1、智慧水利的基础-数字流域,2020年元月,GOALS,PART ONE,一、背景分析,报告内容,十九大报告中指出：加强应用基础研究，拓展实施国家重大科技项目，突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。,习近平,智慧社会建设引发新思考？,中共中央政治局12月8日下午就实施国家大数据战略进行第二次集体学习。习近平指出，大数据是信息化发展的新阶段,实施国家大数据战略 加快建设数字中国。,1.1 智慧社会的发展引起高度重视,先数字，后智慧,汪部长：数字流域和智慧水利是实现水利现代化的主要手段,向2、矫勇同志汇报“智慧水利”没有数字，何以智慧？,智慧水利的基础-数字流域,智慧水利,新楼与旧楼的故事-基础尤其重要没有基础，何来大厦？,鄂竟平,思想上要有智慧水利的高度，行动上要从数,字流域开始，迈出坚实的步伐。,1.2 水利信息化发展现状,全国水利信息化规划（金水工程）:传统水利向资源水利发展,中央一号文件吹响了全面加快水利建设的新号角：水利信息化高速发展水利信息化“十三五”：指出：,水利现代化建设的关键时期,包括：基础互联网构建，数字化信息系统建设如：SCADA监测,系统、营收系统等；,包括：建立GIS地理信息系统、以GIS为基础完善管网资产管理系统、完善SCADA在线监测系统等,包括：基于3、精准的管网资产数据实现分区计量管理、基于GIS地理信息系统建立移动化巡查系统、,建立离线水力模型及水质模型等应用,包括：利用物联网、实时水力模型、大数据分析等技术，整合各类数据源的数据，建立数据中心，通过各类应用算法的支持实现智慧决策的实时综合调度平台。,国家或行业层面都明确提出了对水利行业在自动化、信息化技术的建设和应用要求，努力实现“以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”的技术进步发展步骤。,与其他行相比，缺乏全方面感知体系。全国水文、水资源、水质、水土保持监测站中，除了气象要素基本实现了自动化监测以外，径流、泥沙、水温等监测多以人工监测为主。,物联网技术与装备应用比例低。,水利信息化发4、展较快，各应用系统之间难以互联发挥综合效应，信息孤岛现象严重。网络覆盖面窄。还有24%的县级水利部门不能直接连接水利业务网，水利业务网骨干网,带宽很低，运行效率低下。,没有形成水利行业的统一规划体系，缺乏统一的水利信息化标准和规范体系，不同部门组织制订的信息化标准之间不协调。,缺乏科学、实用的水利信息化建设的总体框架；缺乏适合不同类型业务对使用的建设与运行模式。,1.3 水利信息化发展存在的问题,现在多数“智慧”软件系统都是以应用为导向的，,基本没有实现数据独立、地图独立、模型独立、模块,独立，很难做到“总成换装”，数据冗余、地图冗余、,模型冗余、模块冗余相当普遍。,1.3 水利信息化发展存在5、的问题,信息孤岛,数据孤岛,地图孤岛,系统孤岛,1.3 水利信息化发展存在的问题,1.4 数字流域平台在智慧水利建设中的重要作用,流域生态图,v流域自然环境要素：地质、地貌、气候、水文、,土壤、植被等v流域人文环境要素：,人口、经济发展、产业布局v人类活动及影响：,土地利用、水环境质量状况、流域排水排污、流域涉水工,程,目标,v透彻感知流域信息v流域大数据管理模式v应用服务整合，业务,协同v丰富决策手段，提高,决策水平,国家大数据战略、水十条、水资源管理三条红线、水功能区划、水资源承载力保障、河湖长制等，推进管理科学化,国家政策行业科研引领,高科技手段,v遥感（RS）v数据收集系统（DCS）v6、全球定位系统（GPS）v地理信息系统（GIS）v模型计算,v三维技术,v多媒体技术v移动通信技术,v,流域是水利区块链管理体系的基本单元数字流域是智慧水利发展的重要基础,数字流域,水系统与数据字,典,全方位数据采集,与信息存储,智慧水利,水利大脑,大数据融合,智能知识发现,智慧应用,科学决策调度,水利公共服务,数字流域平台科学模型,大感知大网络大应用,政府监管,江河调度,运行管理,应急处置,公共服务,河流湖泊,水利设施,水生态,水环境,社会经济,数据挖掘 信息融合 虚拟现实 模拟分析 深度学习,元数据、数据清洗、数据审核更新,政策法规、标准规范、水资源、水利设施、水生态环,境,科学决策 知识发7、现 评估评价 快速响应 预测预警 业务融通,云与端,水利专网政务外网,高速公网,移动通讯物联网,大数据,大模型,水利大脑,1.5 数字流域平台在智慧水利建设中的重要作用,数字流域平台信息管理 数字流域平台科学决策,基础数据薄弱，流域大感知应用有待完善,区域地位关键，流域大数据与区块链管理思维有待形成,情况复杂，决策难度大，决策模型模拟能力有待加强,1,34,空间地域广，流域大地图技术应,2用有待加强,区-市-县条件艰苦，智能化能力与管理模式亟待优化：信息化冗余度降低,5,业务协同及决策调度能力有待增强，与行业互联共享能力要提升,6,1.6 数字流域平台在智慧水利建设中的情况分析,GOALS,P8、ART ONE,二、总体架构,报告内容,2.1数字流域建设思路,大数据大地图大模型,l整合流域内各级各类相关数据,l建立流域信息资源目录,l实现流域信息资源共享交换,l流域信息资源的深度应用。,l机理关系：水循环，洪水形成过程，生,态水文过程演变等l模型集合：水文计算模型、水动力模型、水质模型、流域生态演变模型、风险评估模型,l空间数据萃取：提取水系数据、居民地数据、交通数据,等,l空间数据分析l动态可视化展示,大感知,l（天）遥感监测l（空）无人机监测l（地）地面监测、,无人船监测l（智能）以高海拔,无人化自动感知+物联网云化感知相结合,以空间多级流域精细化管理为业务单元，以全业务动态模块化9、管控为技术方向，以解决管理中实际落地问题为导向，建设区-市-县联动云化、管理运维一体的智慧应用,2.1数字流域建设思路,结合区域经济发展,考量水利可持续发展,有效支持流域生态环境保护,管理实现多级流域科学化管理,流域监测感知化流域资源共享化流域业务一体化流域决策科学化流域监控规范化流域信息可视化,水少,水脏,水混,水多,数字流域,大数据,大感知,2.2数字流域建设目标,感知水-分析水-模拟水-预测水,解决：信息资源匮乏，基础薄弱,技术为业务服务,解决：水资源禀赋差，超载严重,解决：水环境承载能力低，污染严重,解决：生态空间不足，功能退化,解决：部分河段防洪能力不足，隐患犹存,解决：区域协同管理10、能力薄弱，亟待加强,2.3 数字流域建设初步构架,2.4 数字流域逻辑图,数据字典功能集,数据流,+,逻辑流,业务流,2.5 数字流域建设要点,一个平台：云计算平台；,两个阶段：数字化、智慧化；三个核心：数从哪里来？数到哪里去？数如何演算？四点要求：数据独立、地图独立、模型独立、模块独立；五大板块：大感知、大数据、大地图、大模型、大应用。,GOALS,PART ONE,三、建设内容,汇报内容,水量-水质地表-地下生态-环境,天空地一体化立体监测（无人值守+智能感知）u卫星遥感监测,u无人机、无人船监测,u地表水、地下水监测u大数据辅助分析（相关数据分析）“水量-水质-水生态”一体化监测（流域全11、面监测）u水量目标管理,u水质目标管理,u水生态目标管理,u综合评估,问题识别与靶标确定,u水量问题与靶标,u水质问题与靶标,u水生态问题与靶标,u综合集成与分析,3.1 数字流域-大感知：实现产体透彻感知,空天地立体感知网络,地表水监测水文气象监测湖水动力监测,视频全覆盖监控流域遥感监测,流域污染源智能监控流域闸站智能监控,流域无人机遥感监控,水量水质,主线：控制流域的水量和水质,信息感知,数据整合,立体监测感知网络体系，快速、全面地采集、汇集信息,大数据中心，整合流域内各级各类相关部门数据，建立流域信息资源目录,模型支撑,模型集成，为科学决策提供技术支撑,综合数据,库,大数据展示系统,数据12、管理应用平台,数据共享交换平台,“一张图”支撑平台,智慧应用,智慧化管理，贯穿监控、预警、调控、展现、决策,数字流域感知：可感知、可预判、可预警、可调控、可展示,数据的存储、共享交换、地表水水质分析挖掘、统一管理水文气象,湖水动力,视频监控,环境遥感监测,无人机遥感,监测感知网络体系产汇流河道水动力,水质污染泵闸群联合调度风险评估等模型流域洪水预报突发水质污染闸泵调度风险评估,多,模,型,蓝藻水华预报预警系统流域综合评估系统流域水质监测监控系统水资源配置与调度系统流域防汛综合指挥系统流域水生态展示系统流域监测执法管理系统流域工程项目管理系统信息公开门户系统移动综合服务系统,应用系统,3.1数字13、流域-大感知：实现产体透彻感知,3.1 数字流域-大感知：实现产体透彻感知,水域岸线监测,湖泊水监测,积雪、降水监测,河川径流监测,地表水监测,地下水监测,水资源全面感知体系,水生态环境恶化监测,泥石流监测,江河洪水监测,干旱监测,风暴灾害监测,山洪灾害监测,水灾害实时感知体系,蓝藻监测,生物入侵监测,水生植物监测,水生动物监测,栖息地监测,土壤植被监测,水生态智能感知体系,闸坝监测,水电站监测,堤防监测,灌区监测,排污口监测,水库监测,水环境立体感知体系（适当,调整）,视频监控,水下仿生机器人,监测车,无人船,无人机,卫星遥感,天空地一体化感知体系,政策法规,城市发展,生态规划,人文需求,社14、会经济,网络舆情,涉水活动互联网感知体系,降水,蒸发,自然灾害,工情险情,水质,水库,排污口,气象预报,灌区,实时工情,地下水,地表水,蓄滞洪区,土壤植被,行政人口,泥沙,水污染突发,引退水数据,河道,湖泊,建设堤段建设视频监控、建设险工险段安全监测设施,全方位实现涉水活动互联网信息自动化采集、监测体系,大力完善区域内水库工程安全和数据自动采集系统,建设水库安全监测设施和水情监测报汛设备,大力完善重点灌区开展信息建设试点,建设中、小型灌区的基础信息化建设,大力完善完善农村饮水、中小取水户、自备机井等的监控设施,3.2 数字流域-大数据：实现大数据资源池及思维模式,数据源分析,水生态数据库,数据15、资源目录,水灾害数据库,数据业务流,水利规划主题库,元数据库,标准库,三级水利云中心设施,水资源管控一体化数据池,水利大知识库,水环境数据库,社会舆情库,水利基础信息空间数据库,应急预案库,水文化基础库,数据权限库,模型库,媒体数据库,水文数据库,水安全数据库,任务一：以云化高效应用的区块链水利云基础设施,任务二：以水利业务数据源、数据流和业务流为核心的大数据资源字典体系,任务三：以全过程、全覆盖的水利业务大数据云中心资源池,任务四：以多时相、长序列、高精度的水利工程设施及二、三维一体化的时空大数据,任务五：以场景分析、深度学习、科学决策为核心的融合模型大数据库,任务六：以应急响应、科学决策、16、联动会商为核心的应急预案与专家知识库,任务七：以互联互通、共享服务、标准同步为核心的业务维、空间维标准库,任务八：以信息安全、权限分配、动态授权为核心的安全库,基础地理信息专业涉水数据,二调测绘数据,影像数据,外业调查数据,空间数据库,3.2 数字流域-大数据：实现大数据资源池及思维模式,流域大数据融合与同化,原始数据数据融合数据同化,遥感监测数据,无人机监测数据,地面监测数据,其他数据,融,合,算,法,水利实时监测数据产品,水环境实时监测数据产品,水生态实时监测数据产品,同,化,算,法,水文水资源模拟模式,水环境模拟模式,水生态模拟模式,优化模拟模式,3.3 数字流域-大地图：实现时空立体地17、图大数据支撑平台,遥感地理环境信息,产业结构调整信息,监测点位物联网信息（水量、在线水质、跨界河流断面水质监测）,原始地理信息,原始采集：遥感影像数据、倾斜影像数据、外业观测数据、文本资料,解译提取：洪涝淹没范围、旱情分布、土壤侵蚀因子、蓄水量、水质参数,加工处理：DEM、DOM、三维模型,空间数据可视化,模拟仿真推演服务,应用展示接,口,大地图：结合区域空间分布的实际情况，建设涉水空间数据的集成，可实现图属一体化，支撑水量、水质、水生态等要素信息的多维可视化，让每一处水体都立体呈现，构建数字化立体沙盘,行政区划,水系,3.3 数字流域-大地图：实现时空立体地图大数据支撑平台,流域矢量图参数库18、,参数提取,参数库建立,淹没分析缓冲区分析,叠加分析选址分析,国际首创,3.4 数字流域-大模型：实现流域尺度智能化分析的中枢,让流域业务员管理每一处水，都有模型计算，辅助流域管理智能化,流域地貌形态特征,流域几何特征分布河流类型与分布特征湖泊形成与演变规律物质、能量演化规律等,研究流域土壤类型与分布,流域植被类型与分布流域泥沙运动规律地表侵蚀过程,流域自然地理过程,流域内地貌、植被、土壤和地质等的演变,流域内降水、蒸发、气温、日照、水循环规律、,水环境、河流的演变流域物质降解规律流域合成与分解代谢生态水文过程,人地关系,人类活动对流域各种问题的影响规律,流域地理环境对人类可持续发展的作用,流19、域土地利用模式流域水土流失过程流域代谢功能演变过程,环境水文过程生态水文过程,3.4 数字流域-大模型：实现流域尺度智能化分析的中枢,建立业务深度融合模型、方法和分析核心层建设：和构建数据、算法业务模型融合体系，通过数据挖掘、信息融合、模拟分析、虚拟现实、场景分析、深度学习等手段，构建集知识发现、评估评价、预测预警、业务融通、科学决策为一体、快速响应的智慧水利大脑。,数据挖掘,信息融合,虚拟现实,模拟分析,深度学习,知识库,业务应用,水体空间变化流域水文演变,水旱风险演变水环境演变,工程安全演变水生态演变,流域网格化,水功能区管控,应用场景,多源异构数据,任务一：大数据融合前处理层的基础库建设20、任务二：大数据融合的算法、方法层建设,任务三：业务融合分析、决策成果输出层建设,科学决策,知识发现,评估评价,快速响应,预测预警,业务融通,数据模型库,专家知识库,业务模型库,应用案例库,统计数据定性数据监测数据,非结构数据结构数据定量数据,河湖管理河湖管理河湖管理水工程管理,水旱灾害管理政务管理便民服务绩效管理,省级行政区市级行政区县级行政区乡(镇)级行政区,省级河长市级河长县级河长乡(镇)级河长,村级河长,精细化全要素管理、全过程管理、网格化管理智能化工程智能调度、灾害智能预警预报泛在化移动终端、实时服务,业务化应用 业务单位定制化地域性应用 部级、流域、省级、市级、县级,人性化个性化服务21、资源优化服务,管理与服务特点网格化管理,水资源管理河湖管理,一级水资源分区二级水资源分区三级水资源分区,政务门户定制门户公众门户移动客户端信息推送,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合与智慧应用,区域政府监管,区内江河集合调度,区内业务运行管理,区内联动应急处理,区内信息公众服务,气象信息 雨情信息 水情信息 工情信息 灾情信息 旱情信息 城市内涝,感知网络数据融合,河湖管理,河长湖长制管理水域岸线管理采砂管理,水资源管理,取供用水水资源调配水资源调度计划用水,水生态环境,水功能区入河排污口污染物限排水土保持,绩效管理,最严格水资源管理制度考核,河长湖长制考核生态文明建设绿色发展22、考核中央财政水利发展,资金绩效,水旱灾害管理,防洪会商抗旱应急管理防洪应急管理防汛抗旱资源管理水情预报灾情评估,政务管理,便民服务,其他业务,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合与智慧应用,水质监测,水文监测,气象监测,视频监控,遥感监测,污染源监控,闸站监控,数据统一采集与智能控制,空间数据,基础硬件平台,社会经济数据水利数据环保数据气象数据,数据共享交换平台,流域综合评价系统,流域工程项目管理系统,蓝藻水华预测预警系统,流域水质自动监测监控系统,水资源配置与调度系统,运维管理体系,信息安全体系,泛在应用,数据整合,综合感知,模型支撑流域污染排放河流水质响应水污染事故水质变化计算23、河流水质超标污染源溯源排污许可发放,水质模拟突发事故模拟水污染溯源,水环境容量,总量控制计算,水环境与水生态保护系统,流域污染物排放总量监控系统,流域综合信息化管理平台,流域地理信息系统系统“一张图”展示、统计分析、数据管理,其他行业数据,其他业务应用系统,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合应用,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合应用,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合应用,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合应用,河（湖）岸线卫星遥感监测系统,加强水资源保护,水资源在线监测平台,水务统计管理系统水资源管理系统,加强河湖水域岸线管理保护,河24、湖水域岸线确权河湖水域岸线管理,（无人机、遥感、视频）,加强水污染防治,排污管理考核体系,加强水环境治理,引水安全管理水环境风险评估、,预警预报与响应体系,加强水生态修复,河湖管理系统河湖健康评价体系河长制考核体系水土流失预防监督,加强执法监管,河湖移动执法系统,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合应用,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合与智慧应用,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合应用,水监测点数据突高,预测预判,未来趋于正常,80%,60%,92%,42%,突发事件分析,企业废水排放数据,地表水水质断面自动监测数据,集中式饮用水源地自动监测数据,互联25、网数据,监测点连续监测数据,监测点周围人居情况,溯源分析,58%,未来持续偏高,上游突发事件企业偷排,执法检查,预警防范,精准决策,水流域监控预警大数据分析,3.5 流域智慧平台中大应用：实现流域尺度业务大融合与智慧应用,基于不同尺度水环境承载力分析水资源承载力分析决策支持平台,流域尺度全国尺度,子流域尺度省级尺度,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合应用,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合与智慧应用,应用示例2,国家水资源承载力大数据分析平台,3.5 数字流域-大应用：实现流域尺度业务大融合与智慧应用,总结思考,个人思考,v,第四层次：智慧化阶段,第三层次：信息化阶26、段,第二层次：数字化阶段,第一层次：智能化阶段,第五层次：水利现代化阶段,基于物联网的一个网的万物感知阶段【水利数据智能获取与更新层】,基于云中心、数字化一张图的基础建设大数据云中心资源数化的资源水利阶段,定制化应用为导向，基于网络化的万物互联的城水利云服务阶段,基于大数据模型与模式进行跨行业、跨学科、跨部门的协同驱动的科学决策阶段,基于互联网+大数据（含时空）+人工智能+大地图+大模型+大知识等技术，实现人与自然和谐、可持续发展现代化阶,段,智慧社会,V1.0工程水利,V2.0数字水利,V3.0信息水利,V4.0智慧水利,V5.0现代水利,建议1：建设数字流域为基础的智慧水利发展阶段（五段论27、）,1,2,4,3,观念创新：以数字流域为基础，推进数字水利向智慧水利迈进，实现智慧化、科学化、现代化。,思维创新：以数字流域为基础，解决“数从那来，数到那去，数怎么用”三大关键问题,应用创新：以解决流域问题为导向，以社会应用为价值为目标，智在管理、慧在应用，建立面向管理与服务一体化的数字流域应用创新模式。,技术创新：以大感知、大网络、大地图、大数据、大应用五大数字流域平台建设技术体系,核心是：自然与人的协同发展,创,技术可持续创新新,观念管理模式可持续创新,创新,思维创新,建议2：数字流域特色与创新（四个创新）,宏观定性,微观定量,平面模式,立体模式,数字流域,五大体系,智慧水利,基于数字流域的智慧水利时空化与科学决策应用模模,融入了各类数据信息的深层挖掘与应用理念,建议3：数字流域迈向智慧水利的关键途径,数字化工程：大感知+大数据+大地图,数 字 流 域：大感知+大数据+大地图+,智 慧 水 利：大感知+大数据+大地图+大模型+,第二代河湖长管理系统特点：,1、兼容现行的大多数河湖长管理信息系统；,2、适当增加大感知与大地图功能；,3、增加水量、水质预测预警功能；,3、增加预案执行辅助功能；,4、增加效果评估与纠错功能。,建议4：河湖长制管理软件发展方向,Q&A,不当之处，敬请指正，谢谢聆听,