数字孪生水利专题第六期|姬勉：水利数字孪生物联网感知解决方案分享

数字孪生水利专题第六期|姬勉：水利数字孪生物联网感知解决方案分享

以下为的广州市度量行电子设备有限公司副总经理姬勉现场分享：

各位嘉宾大家好，今天非常荣幸有机会向大家分享水利数字孪生物联感知解决方案。我将从建设背景、解决方案、典型案例三个方面来展开。

第一部分：建设背景

近年来，尽管水利信息化工作取得了显著成绩，但仍面临以下主要问题与挑战，分别是，第一信息量获取少、不了解具体情况；第二以经验来决策，缺乏科学支撑；第三以人管为主，手段落后，效率较低。

对应体现在信息化上就是透彻感知能力不足、算力欠缺、信息资源开发整合共享有待提高、业务应用智能水平差距较大等方面。

总的来说，国家信息化对智慧水利提出新要求，现代信息技术发展提供了支撑条件。广泛应用智能感知技术，推进国产化软硬件应用，实现对物理流域的实时监控，为数字孪生流域提供全面及时“算据”支撑具有四预功能的2+N业务应用。

图一：水利行业现状（来源于：姬勉《水利数字孪生物联网感知解决方案》）

水安全是涉及国家长治久安的大事。党的十八大以来，习总书记提出了十六字治水思路。李国英部长也多次在工作会议中提出：大力推进数字孪生流域建设，推动新阶段水利高质量发展。

党的十九届五中全会对数字中国建设作出一系列重要部署，指出要加强数字社会、数字政府建设，提升公共服务、社会治理等数字化智能化水平。

进入新发展阶段，我国产业数字化、网络化、智能化转型升级加速，智慧化已成为行业发展水平的重要指标，以信息化驱动现代化已成为各行业的必经之路。

水利部为推进数字孪生流域的建设，从去年底到今年上半年，先后出台了《智慧水利建设的顶层设计》、《十四五智慧水利建设规划》、《十四五期间推进智慧水利建设的实施方案》《大力推进智慧水利建设的指导意见》、《数字孪生流域共建共享管理办法》、《数字孪生流域建设技术大纲（试行）》、《数字孪生水利工程建设技术导则(试行)》、《水利业务“四预”功能基本技术要求(试行)》等政策文件，其中建设规划中明确要求要在十四五期间建成智慧水利体系1.0版本。

根据《数字孪生流域建设技术大纲(试行)》，水利业务“四预”基于智慧水利总体框架，在数字孪生流域基础上建设，其中，预报是基础，对水位、流量、水量、地下水位、墒情、泥沙、冰情、水质、台风暴潮、淹没影响、位移形变等水安全要素进行预测。

水利感知网一览图展示了以新型的水利监测网和传统型的水利监测网为一体的空、天、地的立体感知体系。新型的水利监测网，包括卫星遥感、高清视频、无人机、无人船等新型监测手段；传统的水利监测网，主要包括监测站网的雨情、水情、工情等监测站点，为数字孪生流域的高保真建设提供基础的数据，提升水利管理活动的动态感知能力。

图二：水利感知网一览（来源于：姬勉《水利数字孪生物联网感知解决方案》）

针对以上建设要求，广州市度量行电子设备有限公司结合近10年来在水利、水务物联感知设备的研发和建设实施的经验，为行业提供雨量、水位、流量、位移形变等水安全监测相关的传统感知网监测设备。重点针对水库和水文站的物联监测，分享相应的解决方案。

第二部分：解决方案

众所周知，水库作为我国水利工程体系的重要组成部分，在防洪减灾、水资源优化配置等领域发挥关键性作用，但由于我国水库数量多，特别是中小型水库，病险多，其防汛抗洪能力相对不足，是水利工程安全度汛的薄弱环节。一旦溃坝失事，水库安全则会遭受重大威胁，从而关涉到下游人民的生命财产安全和经济发展。

水库物联感知建设主要是以水库工程安全监管为核心，通过应用智能感知设备实现水库的降雨量、库水位、渗流量、渗流压力、表面变形以及视频图像等全要素采集与传输，并通过物联平台实现对各类信息的分析、预测预报、分级预警和智能推送。

图三：水库物联感知监测（来源于：姬勉《水利数字孪生物联网感知解决方案》）

接下来，将对图上四大类水库监测内容做具体分享。

雨水情的感知监测主要是通过雨量计、雷达水位计、雷达流量计、摄像头等传感设备实现对降雨量、库水位、出库流量、视频图像等监测指标的精准感知；为防汛、抗旱和水资源综合管理提供服务。

作为管理和保护水资源的重要举措，水库水质监测可以过PH分析仪、COD在线监测仪、氨氮在线监测仪等物联传感设备来实现水质的在线不间断自动监测，对保护水环境起着重要作用。

针对水库工况监测，可以通过闸位计、工况采集控制柜、摄像头等智能设备来监测机电设备工况、闸位、视频等，实现水库工况的全过程、全天候监测感知，保障机电设备的安全运行。

最后，对于水库大坝安全监测，通过集成渗压计、量水堰计、GNSS表面位移监测等传感器，来实现对大坝渗流量、渗流压力、表面变形、环境量等监测指标的实时感知，支撑水库安全状态综合评估，提升快速掌握溃坝、决堤、滑坡等各类涉水险情现场情况的能力。

以上是水库感知网物联设备建设方案的内容，而针对水文站的物联感知建设，除了前面提到的雨量、水位和流量监测之外，另外还会使用泥沙自动监测仪进行泥沙监测，它是水土流失监测的重要手段之一，为水土保持、综合治理、流域防洪减灾提供有力的数据支撑。通过水文站物联感知建设，可以获取水网和流域的基础数据，为水利数字孪生提供重要的科学依据。

图四：水文站物联感知建设（来源于：姬勉《水利数字孪生物联网感知解决方案》）

接下来，回顾一下刚才分享的水库、水文站的传统水利感知网监测建设，这张图全面展示了刚才所讲述的物联传感设备的分布情况。包括雨水情测报、大坝安全监测、视频监控等多类型感知系统。它们最大的作用就是提供感知数据，通过数据带来价值，为模拟仿真、推演提供重要的依据和支撑。

另外，在城市水文方面，度量行针对城市内涝、雨污水管网、河涌三大场景也提供相应的物联感知设备及整体解决方案。

针对城市内涝场景的微型一体化水位计，它体积非常小巧（仅有手掌大小）但量程可达2米，路沿安装，不影响交通。自带供电和通讯模块，无需外接主机和电池，即装即用，非常方便。是真正的“小身材大作用”。

而这款窨井水位计，则专门应用于管网水位监测，它采用一体化设计，内部集成了采集模块、通讯模块和供电电池，不需要外接主机，直接把数据传输到物联网平台进行分析和展示，非常方便。电池待机长达2年，IP68级别的防水、并且做到了无盲区、非接触式测量，特别适用于管网这类不方便市政供电的场景，极大地减少了我们的安装、维护施工难度。

以上分享的是水利感知网的感知设备，接下来简单介绍下度量行承载感知数据的物联网平台--水况云。水况云平台是基于云架构的开放式智慧水利监测云平台，它能够实现从设备端到服务端的无缝衔接，实时感知设备运行状态、智能预警预测，并向上为水利业务“2+N”的应用提供数据服务支撑，同时提供手机小程序端和APP端的SaaS服务。