数字孪生黄河在基层的具体应用研究

摘要：

数字孪生是一种将物理世界与数字世界相结合的技术，近年来在各个领域得到广泛应用。本文以天桥黄河为研究对象，探讨了数字孪生技术在天桥河务局基层的具体应用实践。通过无人机、视频监控、智巡APP对黄河流域的地理环境、水资源管理、生态保护等方面的覆盖和应用，为上层决策提供了重要的参考依据。显著提高了基层工作效率，有效降低了各类风险情况发生，并为黄河流域生态保护和高质量发展提供科学支撑

关键词：数字孪生，黄河，基层应用，水资源管理，灾害预警，生态保护

1 概念和意义

数字孪生是指将实体世界的物理特征和数字特征相结合的技术，旨在建立一个实时的数字化副本。数字孪生黄河是基于数字孪生技术建立的黄河流域的数字化副本。它以黄河流域为研究对象，利用传感器和多种技术设备等手段，实时采集、监测和分析黄河流域的各种数据，形成数字孪生黄河模型。数字孪生黄河的建设，为基层工作提供了更加广阔的空间和更为丰富的技术手段。为上级制定科学的生态环境保护和资源利用方案提供更加全面和准确的数据支持。另外，数字孪生黄河的建设为基层工作提供更加精细化、智能化的服务。无人机、视频监控等技术的应用越来越成为基层工作中不可或缺的重要工具，在提高基层工作效率的基础上又为当地河段流域的可持续发展提供数据支撑。是推进数字孪生黄河建设和推动黄河流域生态保护和高质量发展的有力举措。

2 具体应用与实践

2.1无人机在数字孪生黄河中的应用

无人机可以实现对黄河流域大面积、高分辨率的数据采集，还可以进行图像识别和数据分析，例如利用无人机采集的高清晰度图像或红外图像对河段流域进行水情水势、土地利用、违建垦殖等方面的监测和分析，进一步提高数字孪生黄河模型的精度和可靠性。此外，无人机还可以进行水资源监测、工程测量、环境监测等方面的应用，为基层工作提供更加全面和准确的数据支持。

2.1.1无人机在基层工作中的案例分析

例如天桥河务局的八里滩区，长约5公里，宽约1公里，人工巡查费时费力，雨季更是难进难出，并且肉眼范围十分有限，而无人机的使用极大便利了人员巡查，可视范围大大提高，巡查效率大大提升，在险情查看和工程巡查上，无人机能够多视角多角度对工程面貌进行查看，改变了仅从肉眼高度查看的历史，大大降低因视觉差造成的误判；无人机在水资源监测、灾害预防和救援、环境监测以及查找违章垦殖等方面都得到了广泛的应用，为基层工作提供更加全面、准确和智能化的服务。未来，随着无人机技术的不断发展和完善，无人机在数字孪生黄河中的应用将会越来越广泛，为数字孪生黄河的建设和基层工作的发展提供更加有力的支持。

2.2视频监控在数字孪生黄河中的应用

视频监控技术的应用，为河段流域的安全管理、环境监测等方面提供更加全面、准确和及时的数据支持，针对不同的应用场景，采用不同的视频监控技术和方法。应用场景主要包括：

河道水势监测。通过设置水尺读数监测，对黄河流域的河道水位进行实时监测，及时发现水位变化和异常情况，为防洪减灾提供参考和预警。

水污染和垃圾监测。通过监控设备设置，对黄河流域的水面进行实时监测，及时发现水质变化和异常情况，为水环境保护和治理提供数据支持。

灾害监测和预警。通过设置视频监控设备和智能分析系统，进行实时监测和分析，及时发现灾害事件和异常情况，为灾害预警和应急救援提供支持。

安全态势监测。通过设置视频监控电子围栏等功能，对黄河流域的重点进行实时监测和分析，对车辆、动物、人物在区域内进行检测识别报警，为安全形势提供数据支持。

2.2.1视频监控在基层工作中的案例分析

以天桥河务局大王庙险工为例，视频监控目前已经在关键位置、优势位置安装了360度可旋转高清监控设备，人员在办公室即可远程查看现场情况，特别是汛期读取水尺水位时，过去驱车前往要耗费更多时间和人力且每次靠近河水都有危险性，而使用监控读取极大减少了人力成本和时间成本。此外，对于车辆碾压工程埽面草皮、游客烧烤、下河戏水等情况，都能及时发现予以劝离，有效保证了工程面貌不被破坏。另外监控设备具有夜视功能，一定成都解决了夜间巡查受灯光限制视距受限的问题。

2.3智巡APP在数字孪生黄河中的应用

智巡APP是一款针对河段流域管理和保护的移动应用软件，主要用于记录黄河河道、工程情况以及水情、汛情等数据，并提供上报问题进行全程在线处理的工程流程。在数字孪生黄河中，智巡APP的应用方法和优势主要包括以下几个方面：

移动化和便携性。智巡APP可以随时随地使用，用户只需要通过手机或平板电脑等移动设备，即可录入相关数据，方便快捷。

实时性和准确性。智巡APP可以实时监测和反馈黄河流域的水情、汛情以及工程情况，数据准确性高，及时性强。

数据共享和协同性。智巡APP可以将采集到的数据共享给其他相关部门和机构，实现数据的协同和共享，提高数字孪生黄河的管理效率和应用效果。

2.3.1智巡APP在基层工作中的案例分析

以智巡APP在天桥河务局大桥管理段应用为例，每日对所辖工程范围进行3-6处巡查打卡，智巡APP采用全球定位技术、结合巡查线路和人员等工作特点，限定时间、地点进行有计划巡查，严格的工作流程杜绝了人员怠工导致的巡查不到位情况，实时的记录确保了数据的真实可靠性。上级部门通过网络登录可随时查看巡查到位情况，结合电子地图、现场照片等可对上报的异常情况及时采取必要措施进行处理，从而实现了对水利工程管理巡查工作的信息化、数字化、全过程的管理，为巡查制度的落实及数据分析提供了技术上的保障及手段。

3当前面对问题和挑战

3.1无人机在数字孪生黄河中的应用面临着以下几个挑战：

1.技术标准和规范的缺乏。根据2024年1月即将实施的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》的要求，目前天桥局在操控人员资质要求、飞行活动管理、活动申请制度、应急处置等方面还亟待完善，这给无人机的应用带来了一定的风险和不确定性。

2.安全风险和隐私问题。无人机在工作的应用中涉及大量的飞行频次，不可避免的可能会出现“炸机”情况，空中坠落可能会引发砸伤人员，起火燃烧、敏感数据和信息丢失等情况，将会给社会和公共安全带来风险。

3.专业人员不足。目前飞行无人机在经过基本知识学习以及多次练习飞行后，基层人员都能掌握基本的飞行技术，但在实际工作中，空中视角与地面视角存在认知差异，特别是面对工程范围大，飞机飞行时间短的紧迫形势下对人员的要求大大提高，因此，形成一个业务能力强、熟练操作的人员团体仍然需要加快培养后备力量。

3.2视频监控技术的应用方法和挑战

1.工程面过于庞大，现有设备是点状分布覆盖，仅满足对重点位置地监控，并且还要有网络、电力、检修、设备更换等大量配套成本，覆盖面小则获取的信息有限，覆盖面大则经济压力过大。

2.数据处理和智能化水平不高。当前虽然能够实现一定程度的自动化但都是非智能化的应用，多数功能仍然依靠人力来识别分析，数据价值没有得到更大程度开发。

3.安全风险和隐私问题。视频监控涉及大量的敏感数据和信息，如果监控设备本身存在安全漏洞或者数据泄露，将会给社会和公共安全带来风险。同时，视频监控也需要遵守相关的隐私保护规定，保护公民个人隐私权益。

3.3智巡APP在数字孪生黄河及基层应用中面临着以下几个挑战：

1.使用终端有限制，目前智巡APP仅用于安卓系统手机、缺乏对IOS系统以及小程序的支持。由于人员使用设备不一，因此开发多种应用以适配用户终端是势在必行的趋势。

2.安全风险和隐私问题。智巡APP涉及大量的敏感数据和信息，目前安装在人员私人手机上，如果手机存在安全漏洞或者用户手机数据泄露，将会给社会和公共安全带来一定风险。

3.数据处理能力和用户体验有待加强，随着数据量的不断增加，需要引入更加高效的数据处理和应用技术，进一步提高数据的利用价值和应用效果。此外，还需要不断优化用户体验和服务质量，提高用户参与度和应用效果。

4 解决方案和建议

4.1为了克服无人机应用面临的挑战，需要采取以下解决方案和建议：

1.认真研究即将实施的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》，提早部署，加强技术标准和规范的制定和执行，建立健全全局的技术标准和规范体系，规范无人机在法规条例和数字孪生黄河中的应用。

2.加强安全保障和隐私保护，建立健全的安全管理和数据保护制度，对无人机在数字孪生黄河中的应用进行有效的监管和管理，防范无人机应用中的安全风险。

3.推动技术创新和人员培养，加大对无人机采集数据的研发和创新力度，加强人员培训不断提升专业技术能力，不断提高无人机在数字孪生黄河中的数据处理和应用能力。

4.2为了克服视频监控应用的挑战，需要采取以下解决方案和建议：

1.全局系统性规划监控安装点，同时结合地理位置实际情况，联系系统内其他单位共用监控点，尽可能的节约成本达到利益最大化，如天桥河务局八里滩区未设定监控点，可使用历城河务局监控点朝向河对岸进行巡查。

2.加强交流与合作，建立数字孪生黄河相关部门和机构之间的协调机制，推动视频监控技术的共性化、标准化和规范化，为数字孪生黄河的建设和发展提供更加有力的支持。同时，加强技术标准和规范的制定和执行，建立健全的技术标准和规范体系，规范视频监控在数字孪生黄河中的应用。

3.加强安全保障和隐私保护，建立健全的安全管理和隐私保护制度，对视频监控在数字孪生黄河中的应用进行有效的监管和管理，防范视频监控应用中的安全风险和隐私问题。

4.3为了克服智巡APP应用面临的挑战，需要采取以下解决方案和建议：

1.加强技术创新和升级，提高智巡APP的数据处理和应用能力，引入新一代技术和方法，增加和完善不同设备的使用，提高应用效果和用户体验。

2.设立健全的安全管理和数据保护制度，建立安全风险评估和防范机制，加强对敏感数据和信息的保护和管理。

3.推动数字孪生黄河相关部门和机构之间的协作和合作，建立数据共享和协同机制，提高数字孪生黄河的管理效率和应用效果。加强用户参与和反馈机制，建立用户服务平台和社区，提高用户的参与度和认知度，优化用户体验。

5结论与展望

无人机、视频监控、智巡APP在基层的广泛应用可以为数字孪生黄河模型提供更加全面、准确和智能化的数据支持，同时也为基层工作提供更加科学、高效和精细化的服务。

通过对无人机、视频监控、智巡APP在数字孪生黄河中的应用案例分析和挑战的探讨，可以看出这几项基础应用在数字孪生黄河中的应用具有广泛的应用场景和不断创新和升级的技术趋势，但同时也面临着一系列的挑战和问题，如技术标准和规范的缺乏、安全风险以及管理和监管的不足等。为了克服这些挑战，需要采取加强技术标准和规范、加强安全保障和加强管理和监管、推动技术创新升级和产业合作等解决方案和建议。

未来，随着技术的不断创新和发展以及技术管理的更加规范，无人机、视频监控、智巡APP将在数字孪生黄河中不断深挖，为数字孪生黄河的建设和发展提供更加坚实的技术支持和保障。（陈道宇）