大河“数”新篇——数字孪生山东黄河“十四五”焕新之路

本站1月9日讯   初冬时节的山东黄河济南段，清晨的薄雾尚未完全散去，河面水汽氤氲。一架无人机正沿着设定好的航线低空巡飞，将黄河河道航拍影像实时传输至数公里外的防汛值班室。“看，这是无人机在泺口下游500米航拍的河道情况。”山东黄河河务局工作人员正在查看无人机飞控平台。“如果在五年前，我们的巡查人员需要冒着严寒前往现场观测，现在坐在值班室就能看见实时情况。”

无人机机场

这是“十四五”期间山东黄河河务局大力推进数字孪生黄河建设的一个缩影。五年来，通过构建“天空地水工”一体化监测感知体系、打造具备“四预”功能的数字孪生平台、持续深化“2+N”业务应用系统，山东黄河正在实现从传统管理向数智化治理的历史性跨越。

部署“神经末梢”：织就“天空地水工”感知天网

在黄河牡丹段刘庄险工，古老的黄河装上了敏锐的“数字神经”，新部署的“坝岸智能卫士”正在对坝岸形变进行24小时不间断监测。“以前巡查靠‘人工+经验’，现在有了‘智能卫士’。当坝体发生微小形变时，系统会自动预警，我们能在第一时间处置，真正做到了防患于未然。”

数字孪生的基础在于实时、精准、全面的数据。山东黄河河务局以视频监控、无人机巡查、视频会商“三个全覆盖”为基础，持续完善“天空地水工”一体化监测感知体系，打造了全方位、全链条的数据采集网络。

“励智”智能高精度根石探测无人艇

如今，在628公里的山东黄河沿线，一张无形的感知网络已然织就。从高空俯瞰，卫星遥感提供大范围宏观监测；在天空之中，219台无人机按需起飞，灵活执行巡查、测绘等任务；在地面，2900多路视频监控点如同“千里眼”，昼夜不息地守护着河道与堤防，176套视频会商系统实现指挥调度“面对面”；在水面和工程，94处遥测水位站、58处雨量站、65处取水口在线监测点、22座引黄闸安全监测以及无人船、智能传感设备等，持续采集着水位、流量、雨量、工程应力应变等关键数据。这些来自不同维度的海量数据实时汇聚，形成了覆盖山东黄河全流域、全要素的监测感知网络，为精准决策提供了数据支撑。

构建“驱动核心”：打造“四预”功能孪生平台

山东黄河河务局防汛指挥中心的大屏幕上，正展示着一个与现实黄河同步脉动的数字平行世界。这个具备预报、预警、预演、预案完整功能的“数字大脑”，正将治黄决策带入“精准推演”的新阶段。

山东·云黄河平台

“启动东平湖调洪演算预演。”指令下达，系统迅速响应。五年来，山东黄河河务局研发构建了干流洪峰、洪水过程、二维水沙等10套专业模型用于实现黄河干流洪水预报、预警和预演；新安江、大汶河降雨产流预测、人工智能洪水预报等3套模型，实现了对大汶河流域洪水的精准预测；东平湖调洪演算模型，则为湖区内新老湖闸群的科学调度提供了关键决策依据；知识平台集成了工情、物料、抢险队伍、技术专家等信息，可自动生成工程运行、应急调度、人员防灾避险等应对措施预案。

“以往制定调度方案，需查阅大量资料、组织多方会商。”正在操作预演功能的工作人员表示，“如今平台能根据预演结果，自动关联知识平台中的各类资源数据，一键生成多套备选方案，为我们争取了宝贵的决策时间。”

在数据底板方面，“山东黄河一张图”集成干支流19个基础图层、3个专题图层及3类15种水利对象的可视化信息。完成全域1.7万平方公里L2级、重点河段L3级数据底板建设，以及32处涵闸的精细化实景建模。

山东黄河河务局还研发了冰凌检测、坝岸坍塌、垃圾非法倾倒、浮桥拆除、水位识别、主溜线提取等10套智能识别算法，已在500余处工程中广泛应用。冰凌监测算法在2024至2025年度防凌工作中取得了显著成效；视频主溜线提取算法可在两小时内完成山东全河段主溜线解译，结果与人工查勘总体一致。

从水利模型到预案生成，从数据底板到智能算法，具备“四预”功能的数字孪生平台已成为山东黄河保护治理的“驱动核心”，以科技之力赋能新时代黄河保护治理。

升级“智能中枢”：优化“2+N”业务应用系统

“智慧山东黄河防汛系统上线后，我们的工作效率提升了一大截。”聊城河务局防汛办公室的工作人员正通过系统查看险情处置进度。该系统集成了雨水险灾“四情”信息和队伍、物资、方案等保障要素，实现了干流和东平湖洪水预报预演、工程风险研判、险情处置流程自动化，全面支撑着防汛指挥调度决策。

智慧山东黄河防汛系统

在水资源管理方面，变革同样深刻。通过智慧水资源管理系统，山东黄河实现省、市、县、闸管所四级业务部门计划、调度、监测、监管、数据全链条管理，用水量、流量过程实时预警，水量调度与水资源管理的全业务、全流程再造。“以往水资源调度主要靠经验，现在系统能实现来水需水预报、实时调度与计划管理预演、智能检索与预案生成，这就像给水资源调度装上了‘导航仪’，真正让有限的水资源发挥了最大的效益。”

在工程运行管理方面，新系统实现了工程智能巡查的“人员全面管理、任务统一发布，问题实时分析，处置定点督促”，巡查监测数据全要素自由检索，全面提升了工程安全监管的分析、预测、评估、处置能力。

山东黄河河务局打造的“2+N”业务应用体系，以防汛和水资源两项业务为核心，不断扩展工程建设、水政执法、安全生产、行政管理等N个特色应用场景，持续推动山东黄河保护治理向数字化稳步迈进。

稳固“支撑底座”：夯实数字孪生发展根基

数字孪生黄河的建设离不开强大的支撑保障体系。在算力方面，山东黄河河务局扩充了计算存储硬件设备，双精度浮点高性能计算能力已达每秒百万亿次，为复杂的水利模型计算提供了强大支撑。在数据管理方面，建成大数据中心，持续汇聚各单位多源数据，基本实现了各平台数据的畅通共享、统一清洗、存储、分析和应用。

山东黄河数据资产可视化平台

人才是数字化转型的关键，山东黄河河务局高度重视人才队伍建设。组建数据底板科创小组，完成了100余公里数据底板更新。在2023年和2024年，分别联合陕西河务局、山东黄河工会举办了数字孪生技术应用竞赛和智能感知装置（装备）竞赛，为职工提供了交流学习的平台。设立数字孪生黄河宣传专栏，从“数字孪生科创军”和“智行应用先锋队”两个方面广泛宣传基层工作亮点，营造了浓厚的创新氛围。

山东黄河河务局在技术创新上持续发力。研发“坝岸智能卫士”，构建自主监测与主动探测体系，实现根石状态跟踪和风险隐患早期识别预警，已在山东、陕西共64处工程部署应用。基于涵闸BIM模型的有限元仿真分析技术，为构建三维场景、支撑水闸结构安全分析提供了新手段。“励智”根石探测无人艇通过双体无人艇搭载三路互校探测仪和超声波测深仪，实现了高精度智能探测，推动了根石探测技术革新。规模以上取水口在线监测计量实现全覆盖，其中新改建的17座涵闸流量监测装置精度误差在10%以内。

涵闸BIM模型三维可视化场景

通过夯实算力算据、建强人才队伍、推动创新转化等手段，数字孪生山东黄河建设有了坚实保障。

站在“十四五”收官的新起点，回望山东黄河数字孪生建设的五年征程，从监测感知体系的完善到数字孪生平台的建成，从业务应用系统的持续深化到智能装备的推广应用，一幅智慧治黄的壮丽画卷已在齐鲁大地徐徐展开。在数字孪生的世界里，这条古老的河流正焕发出新的生机与活力，而山东黄河人，将以科技之“智”，继续续写新时代的黄河故事。（刘长江）