物联网 AI 助力水文现代化建设方案

Content 01 02 03 目04 录05 水文现代化行业背景 总体设计&系统架构物联网+现代水文AI+现代水文 公司简介 智慧水利发展大背景 一、治水方针：习近平总书记提出“节水优先、空间均衡、系统治理、 两手发力”的新时期治水方针，对水利工作赋予新内涵、新任务、新要求。 二、部委策略：鄂竟平部长明确了“水利工程补短板、水利行业强监管” 的工作总基调。 三、水文现代化：为贯彻落实水利工作总基调，水利部要求加快提升水 文现代化水平，并于2019年9月印发《水文现代化建设技术装备有关要求》。 2018年2月，水利部印发了《加快推进新时代水利现代化的指导意见》（水规计〔2018〕39号）,提出要建设全要素动态感知的水利监测体系、高速泛在的水利信息网络、高度集成的水利大数据中心，大幅提升水利信息化、智能化水平。 2019年7月，水利部印发《加快推进智慧水利指导意见》（水信息〔2019〕22号），细化实化建设措施，保障《智慧水利总体方案》的落地见效。 水文发展现状 水文经历了人工采集、自动测报、对象和过程数字化等发展过程，目前正朝着水文现代化的目标发展。 人工话传测报防汛话传电台水雨情人工观测 …… 建设了自动采集系统水雨情遥测采集系统水闸自动监测系统 泵站自动监测系统水库大坝安全监测系统 …… 信息采集由人工集向自动化采集转变 实现了对象数字化和部分过程数字化“数字水利”工程 防汛信息指挥调度系统供水管理信息系统 排水管网基础信息系统…… 由自动化采集向“数字水文”转变 构建信息共享、业务协同、深度融合水文专业网格化管理云和大数据服务平台 水文现代化 …… 由“数字水文”向“现代水文”转变 198020002010 人工采集 自动测报 对象和过程数字化 业务智能和智慧化 技术背景 算力、数据、算法和互联互通能力飞速发展 Content 01 02 03 目04 录05 水文现代化行业背景 总体设计&系统架构物联网+现代水文 AI+现代水文公司简介 建设目标 水文现代化是通过智能感知+物联网、互联网(移动)+大数据分析、云计算+业务模型、人工智能+智慧应用等高新技术手段，实现信息技术与水文业务的深度融合。 补短板 解决：水文站网不够完善解决：水文监测能力不足解决：水文服务水平不高解决：水文保障水平不强 水文现代化的目标 通过构建透彻感知、全面互联、智能分析、智慧应用、泛在服务、智慧运维的现代化水文体系，提高水灾害防御能力，优化水资源管理、保障工程安全、改善生态环境、服务社会经济发展。 总体设计 以解决水文行业实际问题为导向，以水文大脑为核心，通过”1+4+N+1”模式提现代水文泛在服务 模型分析 水文大脑 水文预报模型 水资优化配置模型水资源联合调度模型 水质模拟分析跨区域调度模拟 水利工程安全分析 ▶科学决策 多目标规划模型 水资源演变分析模型水灾害评价模型 水生态评估评价 水土保持规划模型 ……. ▶知识发现 ▶评估评价 ▶快速响应 ▶业务融通 ▶预测预警 4个平台 N个应用 1个运维 管控机制 大感知平台 大数据平台 应用1：水文业务 应用2：水文+十大业务 大地图平台 大应用平台 应用3：水文+社会服务 智慧运维管控平台 数据挖掘信息融合虚拟现实模拟分析深度学习 云与端 打造“1+4+N+1”水文现代化创新体系、智慧水文应用驱动新模式 系统架构 云、网、端 利用物联网+云平台方式，实现端到端的应用 大平台 建立大数据中心，实现业务整合应用 微服务 模块化应用开发 Content 01 02 03 目04 录05 水文现代化行业背景 总体设计&系统架构 物联网+现代水文AI+现代水文 公司简介 大感知—建立全要素、全过程、多层次的天空地立体感知体系 物联网一体化雨量站-低成本、低功耗、精度高、免维护 基于NB-IoT、设备和雨量筒集成一体，开发的物联网一体化雨量站，能够实现对当地降水量进行24小时无间断实时自动监测采集、预警、上报，通过及时远程监控，处理突发水雨情等情况，为当地防汛抗旱减灾工作提供有力技术保障。 产品特色： 低成本，采用低功耗物联网（NB-IoT）网络传输，20元/年的低资费； 低功耗，内置锂电池，无需外部供电，可以持续使用2年以上； 易施工，只需要固定一个雨量筒即可，省去大量的工程费用； 兼容性强，遥测站升级的情况，可以直接利用现有的雨量筒，直接安装即可； 精度高，实时精准监测降雨量，并及时预警， 可及时处理各种突发情况。 产品已在广西、江西、黑龙江等地投入使用 智能水位图像识别系统 基于智能化摄像头，采用AI技术和深度学习模型，依托海量的、高质量的训练数据，打破传统水位测量方式的瓶颈，自动处理大量的水文监测视频、图像文件，通过处理、分析和理解，实现对水位智能识别和分析，提供包括自动监视、阈值设置、自动判断和智能告警等服务。 产品特色： 无需水位传感器，仅基于断面视频，实现人工智能识别水尺信息，水位滤波； 多根水尺自动选定跟踪，选择最合适的水尺识别； 水位识别的同时，还可进行河流状态、浑浊程度、漂浮物分析； 施工简单，无需靠近水面，大大简化施工，降低土建成本； 中心远程全监管，实现现场零操作。 产品已在江西、广西、云南、四川、吉林、黑龙江、西藏等地投入使用 一体化水位站 一体化水文站是针对水利行业开发的一款智能遥测终端，内部具有高性能的微处理器，可以完成数字、模拟信号采集、 最值转换和滤波处理、数据存储、无线数据传输、接口丰富等功能。 费用低，20元/年的低资费； 内置锂电池，无需外接铅蓄电池； 施工简单，节约工程费用； 采用低功耗物联网（NB-IoT）网络传输； 能够集成市面上主流的水位传感器。 一体化地下水监测站 一体式地下水监测仪是集采集、存储、通信和远程管理等功能于一体的智能遥测数字终端。 产品特色： 低功耗，电池供店可使用4年以上 支持手机App现场管理设备； 支持GSM、GPRS、4G以及NB通讯网络； 精度高（<±0.05%F.S），稳定性强（<0.05%F.S/年）； 防水等级调高（IP68）； 雷达波测流系统-测流稳定、远程控制、过程跟踪 雷达波测流系统，利用多普勒频移效应原理，仪器发送固定频率雷达波，斜向射到水面，反射回来的雷达波产生多普勒频移信息被仪器接收，通过频差计算出水面流速。结合河道断面信息，根据实时水位，用水利数学模型采取流速面积法来计算断面流量。 产品特色： 具有非接触式测量技术 应急监测工作效率高 洪水中测量仪器无受损风险 广西中小河流水文监测系统水文站侧验项目 江西省中小河流水文监测系统建设工程(雷达测流站建) 测量剖面深度范围大 对较高含沙量河流适用性较好 河北省中小河流水文监测系统建设项目(缆道测流设备)黑龙江省中小河流水文监测项目 小艾智能机器人-听得懂、看得清、说得明、动作可控、交互自然 基于智能机器人在语音交互、微秒人脸识别、仿生动作模拟、自主避让、地图创建、智能控制中枢方面的关键技术特点，深入分析水利各项业务融合利用AI技术，打造具有听得懂、看得清、说得明、动作可控、交互自然的一体化的多终端的水利小艾机器人产品家族。 动作 主要功能： 水利业务 语音文字 水利智能交互 视觉 算法模型 水利舆情播报 监测预警 会商主持 水利值班提醒 水利办公互动问答 舞蹈运动….. 业务数据计算 根据公式计算业务数据值 数据统一汇聚平台 数据统一汇聚平台特点： 统一接收 统一过滤 奇异值处理 根据设备上报奇异值解译设备运行异常信息 报文解析 监测数据 …… 协议匹配 （自动） A协议B协议C协议 …… 接收结果： 异常拦截 根据业务数据阈值，过滤异常数据 遥测数据库 统一计算 统一入库 统一管理 兼容80%遥测设备 遥测数据全覆盖 水文站点 OK/NG GPRSGSM 北斗卫星 标准数据库 数据接口 TCP/UDP 短信猫 短信网关 卫星指挥机 数据统一汇聚平台目前已在全国十余个省份投入使用 数据统一汇聚平台 数据统一汇聚平台功能： 数据接收汇聚平台功能: 异常数据自动告警 上报率、及时率、完整率统计 智能识别 智能接收 实时计算 实时告警 数据统一汇聚平台目前已在全国十余个省份投入使用 Content 01 02 03 目04 录05 水文现代化行业背景 总体设计&系统架构物联网+现代水文 AI+现代水文公司简介 AI模型库–多源融合降雨面分析（降雨异常数据分析） 降雨点数据 降雨表面 高程数据 降雨表面分析 降雨质量提升系统 AI模型库–基于机器学习的洪水预报 AI模型库–基于机器学习的洪水预报 KNN模型 DNN模型 水位预测 流量预测 AI模型库–数据自动分析 1、洪水自动提取 2、特征值自动分析 3、洪水自动分类 4、相似洪水分析 5、异常数据分析 AI模型库–多源融合分析、数据趋势预测 传统模型 模型设计降雨分析产流分析汇流分析 1.流域自动分析 2.预报方案构建 3.历史数据整理 4.模型参数率定 5.获取降雨预报 6.洪水自动预报 7.预报成果优选 8.河道洪水演进 洪水预测 洪水演进 参数确定 1.三水源蓄满产流模型 2.三水源滞后演算汇流模型 3.降雨径流相关图模型 4.马斯京根汇流模型 5.地貌单位线模型 6.双超产流模型 7.双超汇流模型 … AI模型库–水动力学模型 1.Flow-3D模型 2.Mike模型 3.Hec-Ras模型 4.河道水动力过程 7.溃坝模拟 河道演进分析 AI模型库–水动力学模型 1.Flow-3D模型 2.Mike模型 3.Hec-Ras模型 4.河道水动力过程 排污口水质模拟 7.溃坝模拟 水闸水动力模拟 AI模型库–水库调度（单库、水库群调度，闸阀调度） 1、遗传算法 并行多点搜索 自组织 自适应 自学习 2、机器学习 随机梯度下降 近端梯度方法 同步梯度下降 遗传算法梯度下降 AI模型库–水污染扩散分析 BUN-SWAT 1.非点源污染模拟 2.河流水污染模拟 非点源污染模拟系统河流水污染突发事故模拟系统 AI模型库–水灾害分析 水灾害分析 1.专业分析工具 涨率过程分析 相似台风分析 历史洪水分析 暴雨洪水分析 上下游对比分析 60+分析工具 2.个性化配置 常用功能入口 关注站设置 专题会商分析 专业分析直观化、历史经验工具化 AI模型库–水环境分析 水环境分析 1.地表水评价 2.湖库营养状态评价 3.地下水水质评价 4.水源地水质评价 5.水质变化趋势分析 6.水功能区水质达标评价 7.水域纳污能力计算 基础检测、采样监督到位、自动分析评价 AI模型库–水资源分析 水资源分析 创新水资源管理模式，提高水资源管理能力和管理效率 1.超采区域分析 2.蓄变量分析 3.同比、环比蓄变量变化分析 4.可供水量预测 5.取用水变化分析 可视化蓄变量分析、智能化可供水量预测