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1、智慧水利的基礎-數字流域,2020年元月,GOALS,PART ONE,一、背景分析,報告內容,十九大報告中指出：加強應用基礎研究，拓展實施國家重大科技項目，突出關鍵共性技術、前沿引領技術、現代工程技術、顛覆性技術創新，為建設科技強國、質量強國、航天強國、網絡強國、交通強國、數字中國、智慧社會提供有力支撐。,習近平,智慧社會建設引發新思考？,中共中央政治局12月8日下午就實施國家大數據戰略進行第二次集體學習。習近平指出，大數據是信息化發展的新階段,實施國家大數據戰略 加快建設數字中國。,1.1 智慧社會的發展引起高度重視,先數字，后智慧,汪部長：數字流域和智慧水利是實現水利現代化的主要手段,向2、矯勇同志匯報“智慧水利”沒有數字，何以智慧？,智慧水利的基礎-數字流域,智慧水利,新樓與舊樓的故事-基礎尤其重要沒有基礎，何來大廈？,鄂竟平,思想上要有智慧水利的高度，行動上要從數,字流域開始，邁出堅實的步伐。,1.2 水利信息化發展現狀,全國水利信息化規劃（金水工程）:傳統水利向資源水利發展,中央一號文件吹響了全面加快水利建設的新號角：水利信息化高速發展水利信息化“十三五”：指出：,水利現代化建設的關鍵時期,包括：基礎互聯網構建，數字化信息系統建設如：SCADA監測,系統、營收系統等；,包括：建立GIS地理信息系統、以GIS為基礎完善管網資產管理系統、完善SCADA在線監測系統等,包括：基于3、精準的管網資產數據實現分區計量管理、基于GIS地理信息系統建立移動化巡查系統、,建立離線水力模型及水質模型等應用,包括：利用物聯網、實時水力模型、大數據分析等技術，整合各類數據源的數據，建立數據中心，通過各類應用算法的支持實現智慧決策的實時綜合調度平臺。,國家或行業層面都明確提出了對水利行業在自動化、信息化技術的建設和應用要求，努力實現“以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化”的技術進步發展步驟。,與其他行相比，缺乏全方面感知體系。全國水文、水資源、水質、水土保持監測站中，除了氣象要素基本實現了自動化監測以外，徑流、泥沙、水溫等監測多以人工監測為主。,物聯網技術與裝備應用比例低。,水利信息化發4、展較快，各應用系統之間難以互聯發揮綜合效應，信息孤島現象嚴重。網絡覆蓋面窄。還有24%的縣級水利部門不能直接連接水利業務網，水利業務網骨干網,帶寬很低，運行效率低下。,沒有形成水利行業的統一規劃體系，缺乏統一的水利信息化標準和規范體系，不同部門組織制訂的信息化標準之間不協調。,缺乏科學、實用的水利信息化建設的總體框架；缺乏適合不同類型業務對使用的建設與運行模式。,1.3 水利信息化發展存在的問題,現在多數“智慧”軟件系統都是以應用為導向的，,基本沒有實現數據獨立、地圖獨立、模型獨立、模塊,獨立，很難做到“總成換裝”，數據冗余、地圖冗余、,模型冗余、模塊冗余相當普遍。,1.3 水利信息化發展存在5、的問題,信息孤島,數據孤島,地圖孤島,系統孤島,1.3 水利信息化發展存在的問題,1.4 數字流域平臺在智慧水利建設中的重要作用,流域生態圖,v流域自然環境要素：地質、地貌、氣候、水文、,土壤、植被等v流域人文環境要素：,人口、經濟發展、產業布局v人類活動及影響：,土地利用、水環境質量狀況、流域排水排污、流域涉水工,程,目標,v透徹感知流域信息v流域大數據管理模式v應用服務整合，業務,協同v豐富決策手段，提高,決策水平,國家大數據戰略、水十條、水資源管理三條紅線、水功能區劃、水資源承載力保障、河湖長制等，推進管理科學化,國家政策行業科研引領,高科技手段,v遙感（RS）v數據收集系統（DCS）v6、全球定位系統（GPS）v地理信息系統（GIS）v模型計算,v三維技術,v多媒體技術v移動通信技術,v,流域是水利區塊鏈管理體系的基本單元數字流域是智慧水利發展的重要基礎,數字流域,水系統與數據字,典,全方位數據采集,與信息存儲,智慧水利,水利大腦,大數據融合,智能知識發現,智慧應用,科學決策調度,水利公共服務,數字流域平臺科學模型,大感知大網絡大應用,政府監管,江河調度,運行管理,應急處置,公共服務,河流湖泊,水利設施,水生態,水環境,社會經濟,數據挖掘 信息融合 虛擬現實 模擬分析 深度學習,元數據、數據清洗、數據審核更新,政策法規、標準規范、水資源、水利設施、水生態環,境,科學決策 知識發7、現 評估評價 快速響應 預測預警 業務融通,云與端,水利專網政務外網,高速公網,移動通訊物聯網,大數據,大模型,水利大腦,1.5 數字流域平臺在智慧水利建設中的重要作用,數字流域平臺信息管理 數字流域平臺科學決策,基礎數據薄弱，流域大感知應用有待完善,區域地位關鍵，流域大數據與區塊鏈管理思維有待形成,情況復雜，決策難度大，決策模型模擬能力有待加強,1,34,空間地域廣，流域大地圖技術應,2用有待加強,區-市-縣條件艱苦，智能化能力與管理模式亟待優化：信息化冗余度降低,5,業務協同及決策調度能力有待增強，與行業互聯共享能力要提升,6,1.6 數字流域平臺在智慧水利建設中的情況分析,GOALS,P8、ART ONE,二、總體架構,報告內容,2.1數字流域建設思路,大數據大地圖大模型,l整合流域內各級各類相關數據,l建立流域信息資源目錄,l實現流域信息資源共享交換,l流域信息資源的深度應用。,l機理關系：水循環，洪水形成過程，生,態水文過程演變等l模型集合：水文計算模型、水動力模型、水質模型、流域生態演變模型、風險評估模型,l空間數據萃取：提取水系數據、居民地數據、交通數據,等,l空間數據分析l動態可視化展示,大感知,l（天）遙感監測l（空）無人機監測l（地）地面監測、,無人船監測l（智能）以高海拔,無人化自動感知+物聯網云化感知相結合,以空間多級流域精細化管理為業務單元，以全業務動態模塊化9、管控為技術方向，以解決管理中實際落地問題為導向，建設區-市-縣聯動云化、管理運維一體的智慧應用,2.1數字流域建設思路,結合區域經濟發展,考量水利可持續發展,有效支持流域生態環境保護,管理實現多級流域科學化管理,流域監測感知化流域資源共享化流域業務一體化流域決策科學化流域監控規范化流域信息可視化,水少,水臟,水混,水多,數字流域,大數據,大感知,2.2數字流域建設目標,感知水-分析水-模擬水-預測水,解決：信息資源匱乏，基礎薄弱,技術為業務服務,解決：水資源稟賦差，超載嚴重,解決：水環境承載能力低，污染嚴重,解決：生態空間不足，功能退化,解決：部分河段防洪能力不足，隱患猶存,解決：區域協同管理10、能力薄弱，亟待加強,2.3 數字流域建設初步構架,2.4 數字流域邏輯圖,數據字典功能集,數據流,+,邏輯流,業務流,2.5 數字流域建設要點,一個平臺：云計算平臺；,兩個階段：數字化、智慧化；三個核心：數從哪里來？數到哪里去？數如何演算？四點要求：數據獨立、地圖獨立、模型獨立、模塊獨立；五大板塊：大感知、大數據、大地圖、大模型、大應用。,GOALS,PART ONE,三、建設內容,匯報內容,水量-水質地表-地下生態-環境,天空地一體化立體監測（無人值守+智能感知）u衛星遙感監測,u無人機、無人船監測,u地表水、地下水監測u大數據輔助分析（相關數據分析）“水量-水質-水生態”一體化監測（流域全11、面監測）u水量目標管理,u水質目標管理,u水生態目標管理,u綜合評估,問題識別與靶標確定,u水量問題與靶標,u水質問題與靶標,u水生態問題與靶標,u綜合集成與分析,3.1 數字流域-大感知：實現產體透徹感知,空天地立體感知網絡,地表水監測水文氣象監測湖水動力監測,視頻全覆蓋監控流域遙感監測,流域污染源智能監控流域閘站智能監控,流域無人機遙感監控,水量水質,主線：控制流域的水量和水質,信息感知,數據整合,立體監測感知網絡體系，快速、全面地采集、匯集信息,大數據中心，整合流域內各級各類相關部門數據，建立流域信息資源目錄,模型支撐,模型集成，為科學決策提供技術支撐,綜合數據,庫,大數據展示系統,數據12、管理應用平臺,數據共享交換平臺,“一張圖”支撐平臺,智慧應用,智慧化管理，貫穿監控、預警、調控、展現、決策,數字流域感知：可感知、可預判、可預警、可調控、可展示,數據的存儲、共享交換、地表水水質分析挖掘、統一管理水文氣象,湖水動力,視頻監控,環境遙感監測,無人機遙感,監測感知網絡體系產匯流河道水動力,水質污染泵閘群聯合調度風險評估等模型流域洪水預報突發水質污染閘泵調度風險評估,多,模,型,藍藻水華預報預警系統流域綜合評估系統流域水質監測監控系統水資源配置與調度系統流域防汛綜合指揮系統流域水生態展示系統流域監測執法管理系統流域工程項目管理系統信息公開門戶系統移動綜合服務系統,應用系統,3.1數字13、流域-大感知：實現產體透徹感知,3.1 數字流域-大感知：實現產體透徹感知,水域岸線監測,湖泊水監測,積雪、降水監測,河川徑流監測,地表水監測,地下水監測,水資源全面感知體系,水生態環境惡化監測,泥石流監測,江河洪水監測,干旱監測,風暴災害監測,山洪災害監測,水災害實時感知體系,藍藻監測,生物入侵監測,水生植物監測,水生動物監測,棲息地監測,土壤植被監測,水生態智能感知體系,閘壩監測,水電站監測,堤防監測,灌區監測,排污口監測,水庫監測,水環境立體感知體系（適當,調整）,視頻監控,水下仿生機器人,監測車,無人船,無人機,衛星遙感,天空地一體化感知體系,政策法規,城市發展,生態規劃,人文需求,社14、會經濟,網絡輿情,涉水活動互聯網感知體系,降水,蒸發,自然災害,工情險情,水質,水庫,排污口,氣象預報,灌區,實時工情,地下水,地表水,蓄滯洪區,土壤植被,行政人口,泥沙,水污染突發,引退水數據,河道,湖泊,建設堤段建設視頻監控、建設險工險段安全監測設施,全方位實現涉水活動互聯網信息自動化采集、監測體系,大力完善區域內水庫工程安全和數據自動采集系統,建設水庫安全監測設施和水情監測報汛設備,大力完善重點灌區開展信息建設試點,建設中、小型灌區的基礎信息化建設,大力完善完善農村飲水、中小取水戶、自備機井等的監控設施,3.2 數字流域-大數據：實現大數據資源池及思維模式,數據源分析,水生態數據庫,數據15、資源目錄,水災害數據庫,數據業務流,水利規劃主題庫,元數據庫,標準庫,三級水利云中心設施,水資源管控一體化數據池,水利大知識庫,水環境數據庫,社會輿情庫,水利基礎信息空間數據庫,應急預案庫,水文化基礎庫,數據權限庫,模型庫,媒體數據庫,水文數據庫,水安全數據庫,任務一：以云化高效應用的區塊鏈水利云基礎設施,任務二：以水利業務數據源、數據流和業務流為核心的大數據資源字典體系,任務三：以全過程、全覆蓋的水利業務大數據云中心資源池,任務四：以多時相、長序列、高精度的水利工程設施及二、三維一體化的時空大數據,任務五：以場景分析、深度學習、科學決策為核心的融合模型大數據庫,任務六：以應急響應、科學決策、16、聯動會商為核心的應急預案與專家知識庫,任務七：以互聯互通、共享服務、標準同步為核心的業務維、空間維標準庫,任務八：以信息安全、權限分配、動態授權為核心的安全庫,基礎地理信息專業涉水數據,二調測繪數據,影像數據,外業調查數據,空間數據庫,3.2 數字流域-大數據：實現大數據資源池及思維模式,流域大數據融合與同化,原始數據數據融合數據同化,遙感監測數據,無人機監測數據,地面監測數據,其他數據,融,合,算,法,水利實時監測數據產品,水環境實時監測數據產品,水生態實時監測數據產品,同,化,算,法,水文水資源模擬模式,水環境模擬模式,水生態模擬模式,優化模擬模式,3.3 數字流域-大地圖：實現時空立體地17、圖大數據支撐平臺,遙感地理環境信息,產業結構調整信息,監測點位物聯網信息（水量、在線水質、跨界河流斷面水質監測）,原始地理信息,原始采集：遙感影像數據、傾斜影像數據、外業觀測數據、文本資料,解譯提取：洪澇淹沒范圍、旱情分布、土壤侵蝕因子、蓄水量、水質參數,加工處理：DEM、DOM、三維模型,空間數據可視化,模擬仿真推演服務,應用展示接,口,大地圖：結合區域空間分布的實際情況，建設涉水空間數據的集成，可實現圖屬一體化，支撐水量、水質、水生態等要素信息的多維可視化，讓每一處水體都立體呈現，構建數字化立體沙盤,行政區劃,水系,3.3 數字流域-大地圖：實現時空立體地圖大數據支撐平臺,流域矢量圖參數庫18、,參數提取,參數庫建立,淹沒分析緩沖區分析,疊加分析選址分析,國際首創,3.4 數字流域-大模型：實現流域尺度智能化分析的中樞,讓流域業務員管理每一處水，都有模型計算，輔助流域管理智能化,流域地貌形態特征,流域幾何特征分布河流類型與分布特征湖泊形成與演變規律物質、能量演化規律等,研究流域土壤類型與分布,流域植被類型與分布流域泥沙運動規律地表侵蝕過程,流域自然地理過程,流域內地貌、植被、土壤和地質等的演變,流域內降水、蒸發、氣溫、日照、水循環規律、,水環境、河流的演變流域物質降解規律流域合成與分解代謝生態水文過程,人地關系,人類活動對流域各種問題的影響規律,流域地理環境對人類可持續發展的作用,流19、域土地利用模式流域水土流失過程流域代謝功能演變過程,環境水文過程生態水文過程,3.4 數字流域-大模型：實現流域尺度智能化分析的中樞,建立業務深度融合模型、方法和分析核心層建設：和構建數據、算法業務模型融合體系，通過數據挖掘、信息融合、模擬分析、虛擬現實、場景分析、深度學習等手段，構建集知識發現、評估評價、預測預警、業務融通、科學決策為一體、快速響應的智慧水利大腦。,數據挖掘,信息融合,虛擬現實,模擬分析,深度學習,知識庫,業務應用,水體空間變化流域水文演變,水旱風險演變水環境演變,工程安全演變水生態演變,流域網格化,水功能區管控,應用場景,多源異構數據,任務一：大數據融合前處理層的基礎庫建設20、任務二：大數據融合的算法、方法層建設,任務三：業務融合分析、決策成果輸出層建設,科學決策,知識發現,評估評價,快速響應,預測預警,業務融通,數據模型庫,專家知識庫,業務模型庫,應用案例庫,統計數據定性數據監測數據,非結構數據結構數據定量數據,河湖管理河湖管理河湖管理水工程管理,水旱災害管理政務管理便民服務績效管理,省級行政區市級行政區縣級行政區鄉(鎮)級行政區,省級河長市級河長縣級河長鄉(鎮)級河長,村級河長,精細化全要素管理、全過程管理、網格化管理智能化工程智能調度、災害智能預警預報泛在化移動終端、實時服務,業務化應用 業務單位定制化地域性應用 部級、流域、省級、市級、縣級,人性化個性化服務21、資源優化服務,管理與服務特點網格化管理,水資源管理河湖管理,一級水資源分區二級水資源分區三級水資源分區,政務門戶定制門戶公眾門戶移動客戶端信息推送,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合與智慧應用,區域政府監管,區內江河集合調度,區內業務運行管理,區內聯動應急處理,區內信息公眾服務,氣象信息 雨情信息 水情信息 工情信息 災情信息 旱情信息 城市內澇,感知網絡數據融合,河湖管理,河長湖長制管理水域岸線管理采砂管理,水資源管理,取供用水水資源調配水資源調度計劃用水,水生態環境,水功能區入河排污口污染物限排水土保持,績效管理,最嚴格水資源管理制度考核,河長湖長制考核生態文明建設綠色發展22、考核中央財政水利發展,資金績效,水旱災害管理,防洪會商抗旱應急管理防洪應急管理防汛抗旱資源管理水情預報災情評估,政務管理,便民服務,其他業務,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合與智慧應用,水質監測,水文監測,氣象監測,視頻監控,遙感監測,污染源監控,閘站監控,數據統一采集與智能控制,空間數據,基礎硬件平臺,社會經濟數據水利數據環保數據氣象數據,數據共享交換平臺,流域綜合評價系統,流域工程項目管理系統,藍藻水華預測預警系統,流域水質自動監測監控系統,水資源配置與調度系統,運維管理體系,信息安全體系,泛在應用,數據整合,綜合感知,模型支撐流域污染排放河流水質響應水污染事故水質變化計算23、河流水質超標污染源溯源排污許可發放,水質模擬突發事故模擬水污染溯源,水環境容量,總量控制計算,水環境與水生態保護系統,流域污染物排放總量監控系統,流域綜合信息化管理平臺,流域地理信息系統系統“一張圖”展示、統計分析、數據管理,其他行業數據,其他業務應用系統,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合應用,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合應用,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合應用,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合應用,河（湖）岸線衛星遙感監測系統,加強水資源保護,水資源在線監測平臺,水務統計管理系統水資源管理系統,加強河湖水域岸線管理保護,河24、湖水域岸線確權河湖水域岸線管理,（無人機、遙感、視頻）,加強水污染防治,排污管理考核體系,加強水環境治理,引水安全管理水環境風險評估、,預警預報與響應體系,加強水生態修復,河湖管理系統河湖健康評價體系河長制考核體系水土流失預防監督,加強執法監管,河湖移動執法系統,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合應用,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合與智慧應用,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合應用,水監測點數據突高,預測預判,未來趨于正常,80%,60%,92%,42%,突發事件分析,企業廢水排放數據,地表水水質斷面自動監測數據,集中式飲用水源地自動監測數據,互聯25、網數據,監測點連續監測數據,監測點周圍人居情況,溯源分析,58%,未來持續偏高,上游突發事件企業偷排,執法檢查,預警防范,精準決策,水流域監控預警大數據分析,3.5 流域智慧平臺中大應用：實現流域尺度業務大融合與智慧應用,基于不同尺度水環境承載力分析水資源承載力分析決策支持平臺,流域尺度全國尺度,子流域尺度省級尺度,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合應用,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合與智慧應用,應用示例2,國家水資源承載力大數據分析平臺,3.5 數字流域-大應用：實現流域尺度業務大融合與智慧應用,總結思考,個人思考,v,第四層次：智慧化階段,第三層次：信息化階26、段,第二層次：數字化階段,第一層次：智能化階段,第五層次：水利現代化階段,基于物聯網的一個網的萬物感知階段【水利數據智能獲取與更新層】,基于云中心、數字化一張圖的基礎建設大數據云中心資源數化的資源水利階段,定制化應用為導向，基于網絡化的萬物互聯的城水利云服務階段,基于大數據模型與模式進行跨行業、跨學科、跨部門的協同驅動的科學決策階段,基于互聯網+大數據（含時空）+人工智能+大地圖+大模型+大知識等技術，實現人與自然和諧、可持續發展現代化階,段,智慧社會,V1.0工程水利,V2.0數字水利,V3.0信息水利,V4.0智慧水利,V5.0現代水利,建議1：建設數字流域為基礎的智慧水利發展階段（五段論27、）,1,2,4,3,觀念創新：以數字流域為基礎，推進數字水利向智慧水利邁進，實現智慧化、科學化、現代化。,思維創新：以數字流域為基礎，解決“數從那來，數到那去，數怎么用”三大關鍵問題,應用創新：以解決流域問題為導向，以社會應用為價值為目標，智在管理、慧在應用，建立面向管理與服務一體化的數字流域應用創新模式。,技術創新：以大感知、大網絡、大地圖、大數據、大應用五大數字流域平臺建設技術體系,核心是：自然與人的協同發展,創,技術可持續創新新,觀念管理模式可持續創新,創新,思維創新,建議2：數字流域特色與創新（四個創新）,宏觀定性,微觀定量,平面模式,立體模式,數字流域,五大體系,智慧水利,基于數字流域的智慧水利時空化與科學決策應用模模,融入了各類數據信息的深層挖掘與應用理念,建議3：數字流域邁向智慧水利的關鍵途徑,數字化工程：大感知+大數據+大地圖,數 字 流 域：大感知+大數據+大地圖+,智 慧 水 利：大感知+大數據+大地圖+大模型+,第二代河湖長管理系統特點：,1、兼容現行的大多數河湖長管理信息系統；,2、適當增加大感知與大地圖功能；,3、增加水量、水質預測預警功能；,3、增加預案執行輔助功能；,4、增加效果評估與糾錯功能。,建議4：河湖長制管理軟件發展方向,Q&A,不當之處，敬請指正，謝謝聆聽,