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“人工智能模型和堤防三维数字模型实景展示径流预报、数据汇集、自动适配历史相似的水库调度方案。” “结合会商评价智能优选反馈，推荐迁安救护路线最佳路线、滩区居民迁移方案，启动黄河下游河道防汛超标洪水防御预案。” “实时发布方案预警信息……” 黄委防汛会商中心正在开展的黄河“58.7”洪水预报、小浪底等五库联合调度和黄河下游河道洪水演进演习中，智能的感知监测能力、精准的数字模拟能力、自主的数字孪生能力、科学的防御决策能力……将复杂的预报、预演、预案、预警“四预”场景通过一体化、全链条的场景化进行了模拟与展示，智慧防汛的“四预”协同已从远景逐步成为现实。 业精于专 20余年攻坚数学黄河研究 早在2001年，时任黄委主任李国英，就着眼于抢占治黄信息化战略制高点，提出建设“三条黄河”——原型黄河、模型黄河、数字黄河的重要决策，其中“数字黄河”灵魂与核心就是黄河数学模型系统，并组建了数学模型课题攻关组。2006年，为了满足“三条黄河”建设的算力需求，黄河超级计算中心在黄科院落成运行。 新时代、新起点、新任务、新要求。20年来，黄河水利科学研究院（以下简称黄科院）始终坚守科学务实、开拓创新、潜心钻研的科研精神，接续奋斗创新的脚步从未停止。 夯基垒土，立柱架梁，对标“预报、预警、预演、预案”能力耦合的智慧水利水旱灾害防御新要求，黄科院实抓各项数字赋能和科技攻关工作，动态的感知监测能力、精准的数学模拟能力、自主的数字孪生能力、科学的防御决策能力，成为黄河智慧防汛中的亮眼尖兵。 “要在汛期到来之前拿出研发成果。”这是黄科院信息工程中心负责人给自己和团队定下的硬指标。 构建“黄河大脑”业务知识图谱、开展方案的智能评价反馈、建立数字孪生场景、利用类人脑机器实现防汛调度全程智能辅助……任务艰巨，时间紧迫，为了如期交上高分答卷，技术团队积极推进先进技术和治黄业务深度融合，借助智能化新方法、新手段，扎实推进自主数学模型攻坚克难、追赶超越的艰辛探索。在实战下促进科研攻关，并结合多项国家重点研发计划、国家自然科学基金等国家级智慧水利方向科研项目，取得关键核心技术创新突破，形成了以算据集成、模型计算、决策智能与数字孪生为主的四大自主技术体系——“黄河智慧防汛平台”。 诸多科研成果达到国际先进或领先水平，荣获多项大禹水利科技一等奖、黄委科技进步一等奖，为智慧黄河建设提供了自主知识产权，安全可控的核心技术和能力支撑。 “黄河保护治理进入新的历史时期，数字赋能黄河防汛保安、智慧化管理，用先进的信息化技术，支撑幸福河建设，是‘黄河人’义不容辞的责任。” 黄科院信息工程中心负责人这样说。 精益求精 支撑流域洪水“四预”协同 在“黄河智慧防汛平台”和各类智慧水利项目建设过程中，多源异构的信息获取汇集和复杂条件下终端设备的反馈控制是最关键的信息入口和最后一公里。 黄科院通过联合研发，集成打通近百种不同设备的协议标准，实现对各类气象水文监测设备，视频传感设备，压力与结构监测设备等监测信息的汇集与反馈控制，为水旱灾害防御中的模拟决策提供实时数据支持。 高含沙水流及其伴生要素的循环模拟一直是数值仿真领域的世界难题，黄河数学模型课题攻关组坚持自主研发，建立了覆盖流域气象降雨，河道演进，水库调度，水土保持，冰凌预报，城市管网，河口潮波等类型的数学模型体系，实现不同气象和水文边界下的水循环“预报”能力，实现不同方案按时序过程的“预演”能力。 近年来，又不断加强异构模型耦合能力、模型云服务集成能力、基于DCU模型并行计算能力，实现黄河流域水循环过程的数字刻画。 有了传统的数学模型体系可以获得不同计算方案的数字流场，但是要实现智能决策，系统还需要有自动分析和思考的能力。根据多年来的各类水利业务的知识积累，依托大数据挖掘和人工智能技术，黄科院正在研究具有自主知识产权的防汛知识图谱，将历史上专家决策的过程和经验转化为知识，利用类人脑的机器自学习决策过程指导后续工作，实现智慧调度决策智能辅助。同时，结合专业理解和70年积累的样本训练经验，在基于水力学的涉水图像人工智能识别，水利业务语音分类，智能决策等方面取得了较大进展，为智慧水利智能化决策提供自主核心技术。 着眼未来 技术融合创新探索更广应用场景 好的科技成果也需要好的平台来展现效果，黄科院在开源引擎的基础上自主研发数字孪生场景，基于真实地理坐标和可编辑矢量层的二/三维数字场景，灵活叠加水利工程BIM、三维建模、倾斜摄影以及科学计算中的数字流场等信息，结合黄河数学模型系统和“黄河大脑”的模拟决策结果，实现物理流场的数字化动态映射和反馈，为黄河流域防汛“四预”工作的展示提供精准、动态的数字场景。 黄科院作为数字黄河核心技术支撑单位，着力强化自主创新能力建设，全面加强信息化前沿技术在水利行业创新应用，促进科技成果转移转化。强化科技引领，推进建立流域洪水预报、预警、预演、预案“四预”一体化监测系统，建设数字流域，为防洪调度指挥提供科学的决策支持，“知责于心，担责于身，履责于行”，用科学技术服务幸福河建设。 近年来，黄科院贯彻落实黄河流域生态保护和高质量发展国家战略，积极服务地方水务建设，打造了多个全国领先的智慧水务样板工程，产生了重大标杆效应和示范意义。未来，黄科院将继续以建设更加科学的治黄科研服务体系为目标，以水利专业知识、现有技术手段、已成熟应用的专业模型为基础，以新兴技术为加持，着眼于加速技术成果在实际场景中的应用落地，充分发挥信息化技术优势，为构建更加科学、智能、高效、实用的水利科研体系保驾护航。(黄河水利科学院供稿 吴丹 赵何晶供稿) |
