物联网AI助力水文现代化建设课件

物联网AI助力水文现代化建设课件1水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构02物联网+现代水文03AI+现代水文0405水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构2智慧水利发展大背景一、治水方针：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：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。智慧水利发展大背景一、治水方针：总书记提出“节水优先、空间均3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。198020002010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……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……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……自动测报人工采集业务智能和智慧化对象和过程数字化人工话传测报防汛话传电台水雨情人工观测……信息采集由人工集向自动化采集转变由自动化采集向“数字水文”转变由“数字水文”向“现代水文”转变水文现代化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4技术背景算力、数据、算法和互联互通能力飞速发展技术背景算力、数据、算法和互联互通能力飞速发展5水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构02物联网+现代水文03AI+现代水文0405水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构6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。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。补短板建设目标水文现代化是通过智能感知+物联网、互联网(移动)+7总体设计水文大脑4个平台大感知平台大数据平台大地图平台大应用平台N个应用应用1：水文业务应用2：水文+十大业务应用3：水文+社会服务智慧运维管控平台云与端模型分析水文预报模型 水质模拟分析水资优化配置模型

跨区域调度模拟多目标规划模型 水生态评估评价水灾害评价模型 …….数据挖掘

信息融合

虚拟现实

模拟分析

深度学习水资源联合调度模型

水利工程安全分析▶科学决策▶知识发现水资源演变分析模型

水土保持规划模型

▶评估评价▶快速响应▶预测预警▶业务融通1个运维管控机制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总体设计水文大脑4个平台大感知平台大数据平台大地图平台大应用8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系统架构云、网、端系统架构9水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构02物联网+现代水文03AI+现代水文0405水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构10大感知

—

建立全要素、全过程、多层次的天空地立体感知体系大感知—建立全要素、全过程、多层次的天空地立体感知体系11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。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：物联网一体化雨量站-低成本、低功耗、精度高、免维护产品已在

广西、江西、黑龙江等地投入使用低成本，采用低功耗物联网（NB-IoT）网络传输，20元/12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。产品已在

江西、广西、云南、四川、吉林、黑龙江、西藏等地投入使用产品特色：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。智能水位图像识别系统产品已在江西、广西、云南、四川、吉林、13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；一体化水位站14一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）；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15XX中小河流水文监测系统水文站侧验项目XX省中小河流水文监测项目雷达波测流系统-测流稳定、远程控制、过程跟踪洪水中测量仪器无受损风险测量剖面深度范围大对较高含沙量河流适用性较好雷达波测流系统，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XX省中小河流水文监测系统建设项目(缆道测流设备)XX省中小河流水文监测系统建设工程(雷达测流站建)XX中小河流水文监测系统水文站侧验项目XX省中小河流水文监测16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。主要功能：水利舆情播报监测预警会商主持水利办公互动问答水利值班提醒舞蹈运动…..语音文字水利业务水利智能交互视觉动作算法模型小艾智能机器人-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17数据统一汇聚平台协议匹配（自动）A协议B协议C协议……报文解析监测数据……奇异值处理根据设备上报奇异值解译设备运行异常信息业务数据计算根据公式计算业务数据值遥测数据库数据接口TCP/UDP短信猫短信网关异常拦截根据业务数据阈值，过滤异常数据标准数据库接收结果：OK/

NGGPRSGSM北斗卫星水文站点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统一接收统一过滤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数据统一汇聚平台特点：数据统一汇聚平台协议匹配报文解析奇异值处理业务数据计算遥测数18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数据统一汇聚平台数据统一汇聚平台功能：数据统一汇聚平台目前19水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构02物联网+现代水文03AI+现代水文0405水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构20AI模型库

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多源融合降雨面分析（降雨异常数据分析）高程数据降雨点数据降雨表面降雨质量提升系统降雨表面分析AI模型库–多源融合降雨面分析（降雨异常数据分析）高程数21AI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22AI模型库

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基于机器学习的洪水预报水位预测流量预测KNN模型DNN模型AI模型库–基于机器学习的洪水预报水位预测流量预测KNN23AI模型库

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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–数据自动分析1、洪水自动提取24模型设计流域自动分析预报方案构建历史数据整理模型参数率定获取降雨预报洪水自动预报预报成果优选河道洪水演进降雨分析产流分析汇流分析参数确定洪水演进洪水预测传统模型AI模型库

–

多源融合分析、数据趋势预测三水源蓄满产流模型三水源滞后演算汇流模型降雨径流相关图模型马斯京根汇流模型地貌单位线模型双超产流模型双超汇流模型…模型设计流域自动分析降雨分析产流分析汇流分析参数确定洪水演进25Flow-3D模型Mike模型Hec-Ras模型河道水动力过程7. 溃坝模拟AI模型库

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水动力学模型河道演进分析Flow-3D模型7. 溃坝模拟AI模型库–水动力学模型26Flow-3D模型Mike模型Hec-Ras模型河道水动力过程7. 溃坝模拟AI模型库

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水动力学模型水闸水动力模拟排污口水质模拟Flow-3D模型7. 溃坝模拟AI模型库–水动力学模型271、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AI模型库

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水库调度（单库、水库群调度，闸阀调度）遗传算法梯度下降1、遗传算法AI模型库–水库调度（单库、水库群调度，闸阀28BUN-

SWAT非点源污染模拟河流水污染模拟AI模型库

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水污染扩散分析河流水污染突发事故模拟系统非点源污染模拟系统BUN-SWATAI模型库–水污染扩散分析河流水污染突29AI模型库

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水灾害分析水灾害分析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–水灾害分析水灾害分析专业分析直观化、历史经验30AI模型库

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水环境分析水环境分析地表水评价湖库营养状态评价地下水水质评价水源地水质评价水质变化趋势分析水功能区水质达标评价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–水环境分析水环境分析基础检测、采样监督到位、31AI模型库

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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超采区域分析蓄变量分析同比、环比蓄变量变化分析可供水量预测取用水变化分析可视化蓄变量分析、智能化可供水量预测AI模型库–水资源分析水资源分析可视化蓄变量分析、智能化32物联网AI助力水文现代化建设课件33水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构02物联网+现代水文03AI+现代水文0405水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构34智慧水利发展大背景一、治水方针：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：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）

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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。智慧水利发展大背景一、治水方针：总书记提出“节水优先、空间均35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。198020002010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……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……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……自动测报人工采集业务智能和智慧化对象和过程数字化人工话传测报防汛话传电台水雨情人工观测……信息采集由人工集向自动化采集转变由自动化采集向“数字水文”转变由“数字水文”向“现代水文”转变水文现代化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36技术背景算力、数据、算法和互联互通能力飞速发展技术背景算力、数据、算法和互联互通能力飞速发展37水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构02物联网+现代水文03AI+现代水文0405水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构38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。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。补短板建设目标水文现代化是通过智能感知+物联网、互联网(移动)+39总体设计水文大脑4个平台大感知平台大数据平台大地图平台大应用平台N个应用应用1：水文业务应用2：水文+十大业务应用3：水文+社会服务智慧运维管控平台云与端模型分析水文预报模型 水质模拟分析水资优化配置模型

跨区域调度模拟多目标规划模型 水生态评估评价水灾害评价模型 …….数据挖掘

信息融合

虚拟现实

模拟分析

深度学习水资源联合调度模型

水利工程安全分析▶科学决策▶知识发现水资源演变分析模型

水土保持规划模型

▶评估评价▶快速响应▶预测预警▶业务融通1个运维管控机制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总体设计水文大脑4个平台大感知平台大数据平台大地图平台大应用40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系统架构云、网、端系统架构41水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构02物联网+现代水文03AI+现代水文0405水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构42大感知

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建立全要素、全过程、多层次的天空地立体感知体系大感知—建立全要素、全过程、多层次的天空地立体感知体系43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。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：物联网一体化雨量站-低成本、低功耗、精度高、免维护产品已在

广西、江西、黑龙江等地投入使用低成本，采用低功耗物联网（NB-IoT）网络传输，20元/44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。产品已在

江西、广西、云南、四川、吉林、黑龙江、西藏等地投入使用产品特色：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。智能水位图像识别系统产品已在江西、广西、云南、四川、吉林、45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；一体化水位站46一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）；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47XX中小河流水文监测系统水文站侧验项目XX省中小河流水文监测项目雷达波测流系统-测流稳定、远程控制、过程跟踪洪水中测量仪器无受损风险测量剖面深度范围大对较高含沙量河流适用性较好雷达波测流系统，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XX省中小河流水文监测系统建设项目(缆道测流设备)XX省中小河流水文监测系统建设工程(雷达测流站建)XX中小河流水文监测系统水文站侧验项目XX省中小河流水文监测48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。主要功能：水利舆情播报监测预警会商主持水利办公互动问答水利值班提醒舞蹈运动…..语音文字水利业务水利智能交互视觉动作算法模型小艾智能机器人-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49数据统一汇聚平台协议匹配（自动）A协议B协议C协议……报文解析监测数据……奇异值处理根据设备上报奇异值解译设备运行异常信息业务数据计算根据公式计算业务数据值遥测数据库数据接口TCP/UDP短信猫短信网关异常拦截根据业务数据阈值，过滤异常数据标准数据库接收结果：OK/

NGGPRSGSM北斗卫星水文站点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统一接收统一过滤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数据统一汇聚平台特点：数据统一汇聚平台协议匹配报文解析奇异值处理业务数据计算遥测数50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数据统一汇聚平台数据统一汇聚平台功能：数据统一汇聚平台目前51水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构02物联网+现代水文03AI+现代水文0405水文现代化行业背景01Content目录总体设计&系统架构52AI模型库

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多源融合降雨面分析（降雨异常数据分析）高程数据降雨点数据降雨表面降雨质量提升系统降雨表面分析AI模型库–多源融合降雨面分析（降雨异常数据分析）高程数53AI模型库

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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54AI模型库

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基于机器学习的洪水预报水位预测流量预测KNN模型DNN模型AI模型库–基于机器学习的洪水预报水位预测流量预测KNN55AI模型库

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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–数据自动分析1、洪水自动提取5