智慧防凌“四预”协同技术

▲技术原理

本技术以“多源数据汇集-模型集成耦合-云端仿真计算-虚拟现实展示”为技术主线，基于数据仓库、虚拟现实、人工智能和云计算等技术研发完成智慧防凌平台。实现了典型河段凌情全要素和防凌减灾全过程的数字化映射和智能化模拟，具有凌情数据信息查询、凌情监测与灾害预警、凌汛洪水风险动态评估、凌汛灾害情景推演、水库群防凌调度和凌灾防控决策支持方案优选等功能，全链条支撑防凌“四预”（立体感知监控、预报调度、方案预演、智能决策和预警发布）协同，覆盖了监测预警、风险管理、调控决策和效果评估等凌汛灾害防控全过程。

▲技术特点

1.凌情监测

集成调用多源异构凌情数据仓库、野外观测站、视频监控和移动终端等监测数据，立体感知气温、水位、流量、槽蓄水增量等凌情信息。

2.开河日期预测

进入封河期后，调用云端预测模型，滚动预报各站开河日期。

3.凌情预警

实时计算水位涨率，达到阈值后自动触发预警引擎，以网页突出显示和手机短信方式发布提醒信息。

4.凌灾情景推演预警

通过调用云端的冰水动力学模型与水上水下一体化实景三维河道自适应耦合模型，实现虚拟现实环境下凌汛过程与凌灾情景推演预警，将凌汛险情、灾情观察视角从远景转变为近景和实景。

5.水库调度预案

以日为计算时段，在云端采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法求解黄河上游水库群与分凌区多目标联合优化调度模型，生成防凌调度预案。

6.凌灾防控预案

由凌情监测信息触发，调用云端凌灾防控方案智能优选模型，生成凌灾防控（处置）预案并在线预演，实现凌灾防控方案决策从“经验制订+会商”到“智能生成优选+会商”的转变。

7. 溃堤洪水预演

针对凌汛期典型堤段溃决风险，调用云端凌灾防控风险模型、凌灾损失评估模型，对溃堤冰凌洪水演进过程进行在线预演。

▲技术指标

根据防凌减灾业务需求，智慧防凌平台体系结构具有高度可维护性、可移植性和可扩展性，通过凌情视频监测系统、水文监测站网、移动巡查系统的数据接入，实现凌情动态感知。运用模型标准化封装技术，集成封开河预报模型、一维河道模型、二维冰水动力学模型、凌灾损失评估模型等，构建凌情模型库，进行多时序、多类型模型间的交互计算，耦合冰水动力学模型与水上水下一体化三维实景河道模型，实现虚拟现实环境下凌汛过程与凌灾情景推演预警。系统平台采用云服务架构，模型上云，数据上云，实现云端共享。

▲应用范围及前景

该技术成果可在高纬度寒区河流推广应用，通过有效控制凌汛险情和灾情，可避免和降低凌汛洪水对沿黄地区生产、生活和环境条件的破坏，及时警示和避免凌汛变化所带来的重大生态危机（如凌汛决口后淹没区生态的破坏，沙漠化，人类生存条件的恶化等），提高易发生凌汛灾害河段生态治理保障水平。

图1 平台首页

图2 二维冰水动力学模型实时计算

图3 二三维模型耦合与情景推演仿真

图4 防凌联合调度模型方案计算

图5 封开河期防控方案智能优选

▲持有单位信息

持有单位：黄河水利委员会黄河水利科学研究院

联系人：徐路凯

电话：15890082917