2025年元旦前夕，黄河勘测规划设计研究院有限公司（以下简称“黄河设计院”）捧回一项大奖——申报的智慧防汛关键技术探讨研究与实践项目荣获第十二届中国技术市场协会金桥奖一等奖，为满载拼搏奋斗硕果的2024年画上圆满的句号。
金桥奖是全国技术市场领域最高奖项，是我国科技界最高奖项“国家科技进步奖”的补充奖项。此前，智慧防汛关键技术探讨研究与实践项目还获得了2023年黄委科技奖科技进步奖特等奖的殊荣。
十年磨一剑，出鞘必锋芒。黄河设计院等3家单位历时10年联合攻关，立足水利信息化“智慧防汛”领域，开展了一系列技术难题攻关，研发出小禹智慧防汛系列新产品，取得了水工程智能感知、预报调度、智慧防汛、三维仿真平台等创新成果，已得到普遍推广应用，为智慧防汛工作提供了有力的技术支撑。
让我们走近项目研发团队，探寻两项沉甸甸大奖背后，“智慧防汛关键技术”这一守护黄河安澜的“数智利剑”是如何铸就的。
我国是世界上水旱灾害影响最严重的国家之一。自然地理和气候特征决定了水旱灾害将长期存在，并伴有突发性、反常性、不确定性等特点。加强自然灾害防治关系国计民生，要建立高效科学的自然灾害防治体系。
安新代董事长在第二十六届中国国际高新技术成果交易会上介绍智慧防汛创新技术和产品
《“十四五”水安全保障规划》将推进智慧水利建设作为六条实施路径之一，其中，智慧防汛是驱动水旱灾害防御体系和防御能力现代化的关键措施和必由之路，是智慧水利建设的先行领域。
近年来，随着国家防汛抗旱指挥系统工程建设的完成，防汛信息化体系初步形成，在防汛管理中发挥了及其重要的作用。然而，与实现智能模拟、精准决策、提升防汛“四预”能力的智慧防汛建设目标相比，当前智慧防汛建设运用中还存在重要信息感知能力弱、模型算法精度支撑不足、智慧化程度不高、水利时空三维仿真技术薄弱等明显问题。黄河设计院董事长、该项目负责人安新代介绍：“开展智慧防汛关键技术探讨研究与实践，加强新一代信息技术与流域水旱灾害防御业务融合创新，对促进流域管理理念和方式的变革、发展模式的升级扩展，以及完善流域治理体系、提高流域治理能力现代化水平具备极其重大意义。”
这是一项复杂的、需要多学科参与协同完成的研发项目，来自黄河设计院信息化、规划、勘察、设计等专业的几十余名业务骨干组成项目研发团队，与河海大学、南京信息工程大学等高校及科技公司实现产、学、研、用通力合作。
艰难方显勇毅，磨砺始得玉成。谈及项目设计理念和研发过程，该院副总工程师郭玉松和记者说，项目团队立足黄河流域防汛管理决策实战需要，依托国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目，在智慧水利建设总体框架下，按照“强感知、增智慧、促应用”的思路，以提升防汛“四预”能力，实现智能模拟、智慧决策为目标，瞄准防汛信息基础设施层的感知体系板块、数据底板层的水利专业模型和可视化模型板块，以及智慧防汛业务应用建设需求及短板弱项，采用观测资料分析、原型试验、算法研究、模型及系统研发等手段，历经10余年合力攻关，在河防工程安全态势感知能力扩展、大流域多节点预报调度模型算法算力提升、国产化水利时空三维仿真技术构建等领域开展了系统深入的研究。
当前，该项目的研发成果已大范围的应用于黄河和淮河流域、南水北调中线工程等重要堤防、水库工程的隐患检测，黄河流域、黄河古贤水利枢纽工程、泾河东庄水利枢纽工程等重大工程数字化场景构建，为黄河流域、河南省、深圳市防汛决策管理提供了有力支撑。该项目团队累计发表论文100余篇，授权专利15项，登记软件著作权18项，为提升黄河流域防汛“四预”能力、实现智能模拟与智慧决策，铸就“数智利剑”。
洪水来袭时，水库大坝、河道堤防是保障人民群众生命财产安全的第一道防线。堤防如果出现渗漏、裂缝、管涌、坝坡滑塌等险情，将直接威胁黄河防洪安全，后果不堪设想。
水利工程“生病”出现了隐患，怎么样才可以快速找到堤坝内部的“病因”而不贻误“病情”呢？智慧防汛关键技术探讨研究与实践项目的一大创新点是，研发出了河防工程信息感知关键技术与系列成套装备，解决了快速检测水利工程隐患这个“痛点”。
通过构建智能的感知系统，利用信息化手段为防洪工程开展“体检”，能高效精准获取有关数据。“我们自主研发的‘神器’——小禹拖曳式电磁感应仪，重量仅10千克，能对堤防内部结构可以进行‘CT透视’检查，巡查检测10千米黄河堤防只需1小时，能快速及时有效地发现风险隐患，便于精准施策，及时抢护险情。”郭玉松告诉记者。
提起河南“21·7”特大暴雨灾害，至今仍令人心有余悸。当年，小禹拖曳式电磁感应仪“临危受命”，快速批量完成了郑州市周边140余座水库大坝的灾后病害检测，为除险加固提供相关依据，立下“战功”。
为克服防汛信息化建设运用中重要信息感知能力弱、信息利用不充分等难题，该项目团队还研发了小禹堤坝渗漏监测系统、基于MEMS（微机电系统）传感技术的变形感知装备、护岸边坡稳定性智能感知系统等，构建了从雨水情到河防工程的全方位感知体系，实现了从天空到地面的空间数据集建设，为防汛决策提供了坚实的数据支撑。
数学模型是实现“智慧化模拟、精准化决策”的核心，在防汛决策中发挥着及其重要的作用。“只有大脑发出指令，人体骨骼躯干才能与大脑联动发挥作用。智慧防汛中的‘大脑’就是一个个模型。”规划院副总工李荣容说，“该项目的另一个创新点是，建立了水库—河道—滞洪区多节点预报调度动态耦联技术与智慧防汛系统。”
“这可是我们黄河设计院的核心技术！”规划院防汛技术骨干王鹏边在电脑上演示边给记者讲解，“这项技术构建了干支流水库—滞洪区分级拦蓄、河道—滩区多情景模拟的黄河中下游实时调度模型，模型算法能够达到秒级响应，实现了优化调度方案的实时滚动生成，大幅度的提高了防汛会商决策的效率。”
该项目团队研发的小禹智慧防汛系统更是提高防汛指挥决策效率的有效工具。借助大数据分析技术，小禹智慧防汛系统具有防汛全要素信息语音综合查询、汛情实时预警警示、水事件状态智慧分析等功能，提高了防汛业务管理的智能化、智慧化水平。
2021年黄河秋汛洪水期间，黄河设计院应用预报调度耦合模型，开展了每2小时一次“绣花功”似的调度方案滚动计算，支撑了50立方米每秒误差的精准调度。同时，应用小禹智慧防汛系统，随时随地实时跟踪雨水情势、分析不同量级洪水河道演进时间，为黄委高密度的防汛会商提供及时准确的调度信息，使整个调度方案的形成更方便快捷、高效。黄河设计院荣获黄委“2021年黄河秋汛防御先进集体”嘉奖。
小禹智慧防汛系统拥有电脑、手机、大屏幕、机器人等多客户端，适应不一样应用场景，黄河设计院的防汛技术人员手机上都装有“小禹”这个黄河防汛“智能小助手”，随时随地可以查询信息、分析数据，处理防汛业务。2022年以来，小禹智慧防汛系统相关核心技术成功推广至三门峡水利枢纽工程、广东省水利厅、深圳市水务局，研发了三门峡智慧防汛机器人、小粤防汛机器人、大鹏防汛机器人，实现了雨水情势的实时跟踪、防汛信息的快速精准查询、汛情智能分析推送，大幅度的提升了工作效率。2023年，小禹智慧防汛系统被水利部列入《水利先进实用技术重点推广指导目录》。
除“小禹”外，近年来，通过实践应用，黄河设计院持续迭代优化完善水库—河道—滞洪区多节点预报调度模型、雨洪沙相似事件智慧分析模型、分布式模型并行处理新方法等数学模型，构建起支撑黄河防汛决策的“智慧大脑”。
“智慧防汛关键技术探讨研究与实践项目第三个创新点是，创建了具有自主知识产权的水利时空三维仿真技术及‘云河地球’平台。”云河（河南）信息科技有限公司执行董事侯红雨介绍。
三维仿真平台是精细化模拟的底座。当前，仿真引擎、智能分析与可视化仿真模型的构建，多依赖于国外的开源技术或平台，国产化孪生平台产品能力支撑不足，存在安全风险隐患。为摆脱该领域核心技术对国外软件的依赖，黄河设计院迎难而上，创新多源时空异构数据融合技术与高效加载模式，自主研发了支持流域复杂三维场景推演与交互的仿真引擎技术，创建了多源水利时空仿真平台——“云河地球”，为水利场景可视化和仿真引擎国产化带来了新突破，可为防汛减灾、水资源调度、工程运行管理等提供全空间、全过程、全要素、智能化的决策支持环境。
记者观摩了“云河地球”平台的运用。研发人员点开电脑屏幕上旋转的“地球”，江河湖泊，水利工程，滑坡、塌岸等地质灾害，洪水淹没情形等被1∶1仿真还原，一览无余。“‘云河地球’是数字孪生黄河建设的重要载体。”规划院水文泥沙所副所长蔺冬和记者说，“比如预报黄河流域某地将有一场降雨，通过模型预演，可能会影响哪些区域；哪个村庄可能受淹，需要组织人员转移；哪些堤防可能偎水，需要加强防守抢护……这些都能在‘云河地球’上可视化地呈现出来，为防洪预案的制订提供数据支撑。”
“‘云河地球’场景初始化渲染响应时间不超过3秒，加载效率是其他主流产品的1.5倍，提高了同类技术及软件平台的国产化水平。”据侯红雨介绍，目前正在开展的数字孪生黄河建设以该平台为基础底座，融合构建了黄河流域、重点河段，道点工程L1-L3级全要素场景，提供了宏大场景渲染和高效模拟仿真服务，有效支撑了数字孪生黄河数据底板建设。
智慧防汛关键技术研究与实践项目成果已被黄委水旱灾害防御局、南水北调中线干线工程建设管理局、河南省水利厅等单位采用，应用于2020年以来黄河洪水防御调度方案计算，南水北调中线工程辉县—鹤壁段、黄河下游铁谢段等工程的堤防隐患检测，数字孪生黄河、数字孪生小浪底等重大工程场景构建，为智慧防汛工作提供了有力的技术支撑，推广应用前景广阔。
惟创新者进，惟创新者强，惟创新者胜。2025年是黄河流域生态保护和高水平发展重大国家战略实施的关键之年，黄河设计院将继续围绕防汛管理决策实战需要，持续探索新一代信息技术与水旱灾害防御业务融合创新，深耕、细耕智慧防汛领域，为确保黄河防洪安全和人民生命财产安全提供强有力的技术支撑。
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