融合水利水文專業(yè)知識(shí)的智慧水利關(guān)鍵技術(shù)研究

張大富 韓留生 孫廣偉 范俊甫 劉本春 朱從軍

摘要：針對(duì)當(dāng)前智慧水利的建設(shè)主要從信息化建設(shè)的角度展開(kāi)，缺乏專業(yè)知識(shí)驅(qū)動(dòng)的洪水信息智能推演與管理的問(wèn)題。本文通過(guò)分析智慧水利的內(nèi)涵與主要特征，設(shè)計(jì)了融合專業(yè)機(jī)理知識(shí)的智慧水利建設(shè)總體框架，并從水利信息的感知、預(yù)警、調(diào)度、管理的角度探討了智慧水利建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。提出了將空間信息技術(shù)的格網(wǎng)劃分以及多粒度認(rèn)知計(jì)算用于氣象與水文數(shù)據(jù)融合模型的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)多粒度、多層級(jí)氣象數(shù)據(jù)與水文數(shù)據(jù)的融合；基于智能分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，結(jié)合水利水文專業(yè)模型與知識(shí)，依據(jù)專業(yè)的降雨洪水、洪水調(diào)度、洪水演進(jìn)等機(jī)理推演水循環(huán)的態(tài)勢(shì)變化；利用GIS（Geographic Information System）、BIM（Building Information Modeling）等三維場(chǎng)景大數(shù)據(jù)可視化、實(shí)景融合、動(dòng)畫模擬、場(chǎng)景交互技術(shù)，搭建一個(gè)融合專業(yè)機(jī)理、情景交互式、三維風(fēng)險(xiǎn)模擬的智慧水利平臺(tái)；真正實(shí)現(xiàn)水利對(duì)象或過(guò)程的智能感知、記憶、研判（應(yīng)用知識(shí)）和升華（創(chuàng)造知識(shí)），為河湖智能化管理提供必要的技術(shù)支撐，深化智慧水利的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：智慧水利；數(shù)據(jù)融合；態(tài)勢(shì)推演；水文模型

中圖分類號(hào)：TV21-39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ADOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2020.05.015

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

基金項(xiàng)目：廣東省科學(xué)院建設(shè)國(guó)內(nèi)一流研究機(jī)構(gòu)行動(dòng)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2019GDASYL-0103003）；廣東省遙感與地理信息系統(tǒng)應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（2017B030314138）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFB0503500）；山東理工大學(xué)研究生教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目（4053-219059）

0引言

水科學(xué)涉及領(lǐng)域廣泛，水文過(guò)程也極其復(fù)雜，這給水安全問(wèn)題的監(jiān)測(cè)與管理帶來(lái)了巨大難題[1-3]。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等新一代信息技術(shù)發(fā)展，為水利對(duì)象的透徹感知、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、廣泛共享、智能分析，為水旱災(zāi)害防范與抵御、水資源開(kāi)發(fā)與配置、水環(huán)境監(jiān)管與保護(hù)、河湖生態(tài)監(jiān)督與管理等提供現(xiàn)代化支撐條件。融合新資源、新技術(shù)和新理念的智慧水利為解決水安全問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑，并指明新的方向，對(duì)認(rèn)識(shí)水規(guī)律、強(qiáng)化水管理、謀劃水未來(lái)具有重要價(jià)值。

目前，水利相關(guān)學(xué)者們結(jié)合水利建設(shè)的需要和實(shí)際的開(kāi)展工作[1-2，4-5]，提出了智慧水利的技術(shù)構(gòu)成、建設(shè)的體系內(nèi)容以及總體框架，通過(guò)信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，將涵蓋洪水、干旱、水工程安全運(yùn)行、水工程建設(shè)、水資源開(kāi)發(fā)利用、城鄉(xiāng)供水、節(jié)水、江河湖泊、水土流失和水利監(jiān)督等主要水利業(yè)務(wù)進(jìn)行一體化管理，這對(duì)開(kāi)展智慧水利建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。位置感知作為智能感知與信息化的重要組成成分，智慧水利的建設(shè)需結(jié)合高精度的位置信息，隨著我國(guó)北斗衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，高精度的空間位置信息感知技術(shù)已經(jīng)逐步成熟。地理信息科學(xué)、測(cè)繪工程等相關(guān)學(xué)者結(jié)合最新的BIM（Building Information Modeling）+ GIS（Geographic Information System）、無(wú)人機(jī)+衛(wèi)星遙感技術(shù)、云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探討了水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的透徹感知、數(shù)據(jù)的互聯(lián)共享、集約型基礎(chǔ)平臺(tái)設(shè)施的搭建[6-7]，通過(guò)結(jié)合位置大數(shù)據(jù)構(gòu)建智能化的空間服務(wù)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)水利信息的精細(xì)化管理、更新、共享等。

綜上所述，關(guān)于智慧水利的建設(shè)主要是從信息化建設(shè)的角度研究了水利信息的透徹感知、全面互聯(lián)與廣泛共享，從知識(shí)驅(qū)動(dòng)的角度研究洪水信息的智能推演與管理的研究較少。本文通過(guò)利用專業(yè)機(jī)理知識(shí)，從水利信息的感知、預(yù)警、調(diào)度、管理的角度探討了智慧水利的建設(shè)。

1智慧水利的內(nèi)涵及特征

智慧是生命所具有的基于感覺(jué)和認(rèn)知器官的一種創(chuàng)新思維能力，包含對(duì)自然和非自然（人類活動(dòng)、動(dòng)物行為等）的感知、記憶、研判（應(yīng)用知識(shí)）和升華（創(chuàng)造知識(shí)）等所有能力。將云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新一代信息技術(shù)應(yīng)用于水利對(duì)象，利用物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)透徹感知獲取各種水利業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，廣泛共享數(shù)據(jù)與信息資源，實(shí)現(xiàn)各種信息平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，能夠提供專業(yè)化的智能分析和泛在服務(wù)[8-10]。通過(guò)深度融合水利業(yè)務(wù)與新一代信息技術(shù)，全面提升水利信息化的管理水平，大力推動(dòng)水治理體系、水治理能力的現(xiàn)代化[11-12]。智慧水利應(yīng)具備以下六個(gè)主要特征。

1.1水利全要素的透徹感知

在現(xiàn)有的地面監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)、無(wú)人船和視頻監(jiān)控技術(shù)，采集自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)的各種指標(biāo)數(shù)據(jù)以及狀態(tài)、位置等數(shù)據(jù)，充分利用圖像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別等人工智能技術(shù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，獲取必要的信息，建立對(duì)江河湖泊、水利工程、水利管理活動(dòng)等水利全要素天地一體化全面動(dòng)態(tài)感知。

1.2感知對(duì)象與各級(jí)平臺(tái)的全面互聯(lián)

充分利用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通訊等技術(shù)，延伸水利業(yè)務(wù)網(wǎng)，建立水利感知對(duì)象和各級(jí)信息平臺(tái)的全覆蓋、大容量高速傳輸?shù)姆涸诰W(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的全面整合與信息平臺(tái)的互聯(lián)暢通。

1.3行業(yè)內(nèi)外數(shù)據(jù)的廣泛共享

基于云計(jì)算，強(qiáng)化涉水信息計(jì)算存儲(chǔ)和共享服務(wù)等能力，以集成水利感知、水利業(yè)務(wù)和涉水共享等數(shù)據(jù)，建立集約統(tǒng)一、共享共用和動(dòng)態(tài)適應(yīng)的水利大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，通過(guò)各類數(shù)據(jù)的全參與、全交換，實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的共用、復(fù)用和再生，為各部門隨需、隨想提供豐富的數(shù)據(jù)支撐。

1.4水利智能應(yīng)用的創(chuàng)新

利用大數(shù)據(jù)、影像與語(yǔ)言處理、專家系統(tǒng)和深度學(xué)習(xí)等智能化技術(shù)，面向江河調(diào)度、政府監(jiān)管、工程運(yùn)行保障、綜合決策和公共服務(wù)等水利業(yè)務(wù)全方位應(yīng)用需求，建立融合高效、智能分析、主動(dòng)服務(wù)的智能化應(yīng)用。

1.5專業(yè)化知識(shí)的驅(qū)動(dòng)

利用智能分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，結(jié)合水利水文專業(yè)模型與知識(shí)，對(duì)復(fù)雜的水利問(wèn)題進(jìn)行整體把握，根據(jù)問(wèn)題求解的需要進(jìn)行逐步的細(xì)化，逐步切換到較細(xì)粒度上進(jìn)行更加深入的分析求解，實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)與數(shù)據(jù)雙向驅(qū)動(dòng)的認(rèn)知計(jì)算。

1.6場(chǎng)景式態(tài)勢(shì)智能推演

依據(jù)專業(yè)的降雨洪水、洪水調(diào)度、洪水演進(jìn)等機(jī)理推演水循環(huán)的態(tài)勢(shì)變化，利用GIS、BIM等三維場(chǎng)景大數(shù)據(jù)可視化、實(shí)景融合、動(dòng)畫模擬、場(chǎng)景交互技術(shù)，實(shí)現(xiàn)洪河流、水庫(kù)等水利對(duì)象的情景交互式三維風(fēng)險(xiǎn)模擬與分析，為河流水庫(kù)洪水調(diào)度提供必要的技術(shù)支撐。

2智慧水利建設(shè)的總體框架

智慧水利的建設(shè)應(yīng)以河流水庫(kù)的監(jiān)測(cè)和云、雨、洪水等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集為基礎(chǔ)，以河流、水庫(kù)、流域的洪水預(yù)報(bào)調(diào)度為主線，以專業(yè)化的流域雨水模型為引擎，以云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能前沿技術(shù)的融合為支撐，真正實(shí)現(xiàn)水利管理有序化、決策科學(xué)化、應(yīng)用綜合化、運(yùn)行現(xiàn)代化。本文對(duì)智慧水利系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)（如圖1所示）。智慧水利系統(tǒng)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)分析層、業(yè)務(wù)分析層、決策層和應(yīng)用層五部分。

（1）數(shù)據(jù)層主要是包含水利對(duì)象基礎(chǔ)信息、水文資源、云/雨氣象、生態(tài)環(huán)境和地理信息等數(shù)據(jù)的感知、存儲(chǔ)與管理，為智慧水利的建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）數(shù)據(jù)分析層主要是利用云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的挖掘與分析，為雨情、水情預(yù)報(bào)提供技術(shù)支撐。

（3）業(yè)務(wù)分析層主要以水利水文專業(yè)知識(shí)為驅(qū)動(dòng)，建立集雨洪耦合預(yù)報(bào)模型、河道洪水演進(jìn)模型、二維水動(dòng)力學(xué)模型于一體的流域雨水運(yùn)行模型，為智慧水利建設(shè)提供專業(yè)引擎。

（4）決策層以洪水演算耦合作為模型內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)降雨、洪水的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，利用GIS的空間表達(dá)、分析與輔助決策功能，為洪水的預(yù)報(bào)調(diào)度、河流安全等問(wèn)題提供相關(guān)調(diào)度與防洪預(yù)案。

（5）應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)水位監(jiān)視預(yù)警、河流水庫(kù)薄弱環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)分析以及其他綜合應(yīng)用功能，為水利、應(yīng)急管理等相關(guān)部門的客觀科學(xué)決策提供有效支撐。

3智慧水利建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

3.1空間一體化氣象水文的融合

降雨數(shù)據(jù)是影響陸地水文過(guò)程中地表徑流的主要因素，降雨數(shù)據(jù)時(shí)空分布的精確程度以及預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性是水文氣象中最基本的科學(xué)問(wèn)題。目前降雨數(shù)據(jù)主要有地面氣象站格點(diǎn)數(shù)據(jù)和TRMM（3B40RT、3B41RT、3B42RT）、CMORRH、GSMaR、HYDRO以及國(guó)產(chǎn)的風(fēng)云二號(hào)D星（FY-2D）等0.25°×0.25°衛(wèi)星反演的降雨數(shù)據(jù)[13]，地面氣象站格點(diǎn)數(shù)據(jù)具有較高的精度而衛(wèi)星降雨產(chǎn)品能獲得大范圍的空間分布信息，結(jié)合長(zhǎng)時(shí)間序列的歷史衛(wèi)星降雨產(chǎn)品以及植入專業(yè)氣象部門的氣象中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式生成未來(lái)3～7天精細(xì)預(yù)報(bào)格點(diǎn)數(shù)據(jù)。隨機(jī)森林模型可有效挖掘目標(biāo)變量與解釋變量的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以進(jìn)一步提高預(yù)報(bào)降雨數(shù)據(jù)的時(shí)間尺度與空間尺度?；陬A(yù)報(bào)模式數(shù)據(jù)結(jié)合隨機(jī)森林算法可以快速預(yù)測(cè)未來(lái)3h、6h、12h、24h、3day精細(xì)降雨雨量，為水文預(yù)報(bào)模型提供高精度的降雨數(shù)據(jù)支撐。

SWAT（Soil and Water Assessment Tool）、SWIM（Soil and Water Integrated Model）、VIC（Variable InfiltrationCapacity）、SWMM（StormWater Management Model）等水文預(yù)報(bào)模型描述了從降水到達(dá)地面開(kāi)始的產(chǎn)流和匯流的過(guò)程[14-15]，通過(guò)輸入流域空間分布、地表覆蓋、土壤類型，以及流域的匯流方式，以及支流等信息，可輸出河流的水位、流量和洪水等水文數(shù)據(jù)。

氣象學(xué)與水文學(xué)基本上是獨(dú)立進(jìn)行研究[14-16]，并且氣象數(shù)據(jù)與水文數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不同的語(yǔ)義、尺度、維度、時(shí)態(tài)和屬性等多尺度、多層級(jí)和多時(shí)態(tài)特征，這為兩者之間的融合帶來(lái)了困難。粒計(jì)算理論以及空間信息技術(shù)的發(fā)展為多尺度、多層級(jí)和多時(shí)態(tài)特征數(shù)據(jù)的融合提供了新的方法與技術(shù)支撐[17-19]。針對(duì)目前智慧水利中氣象、降雨弱聯(lián)系，“云中雨”“空中雨”“地面雨”不融合的信息資源問(wèn)題，結(jié)合降雨和洪水天然不可分割的事實(shí)，根據(jù)空間信息技術(shù)的格網(wǎng)劃分以及多粒度認(rèn)知計(jì)算構(gòu)建氣象與水文數(shù)據(jù)的多層次粒度融合模型，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)與水文數(shù)據(jù)的融合。以雨洪耦合預(yù)報(bào)模型為內(nèi)核，建立集降雨實(shí)況、降雨預(yù)報(bào)、作業(yè)預(yù)報(bào)、方案管理為一體的空間降雨洪水耦合預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

3.2場(chǎng)景式洪水態(tài)勢(shì)推演平臺(tái)構(gòu)建

場(chǎng)景洪水態(tài)勢(shì)推演平臺(tái)對(duì)全面掌握河湖狀況并為相關(guān)部門快速響應(yīng)與科學(xué)處置決策扮演至關(guān)重要角色[20]。洪水態(tài)勢(shì)推演可以將洪水災(zāi)害事件隨時(shí)間動(dòng)態(tài)演化的機(jī)理以及處理決策對(duì)態(tài)勢(shì)演化影響進(jìn)行客觀科學(xué)的表達(dá)，因此，依據(jù)其功能可以將場(chǎng)景式洪水態(tài)勢(shì)推演平臺(tái)構(gòu)建分為態(tài)勢(shì)推演引擎和態(tài)勢(shì)場(chǎng)景展示兩部分。

洪水態(tài)勢(shì)推演引擎搭建關(guān)鍵在于對(duì)流域?qū)ο笠约皻庀笏倪^(guò)程進(jìn)行抽象建模，模型的準(zhǔn)確性對(duì)于洪水突發(fā)事件和處置行動(dòng)結(jié)果至關(guān)重要?，F(xiàn)代測(cè)繪中，三維激光掃描與無(wú)人機(jī)傾斜攝影取代了傳統(tǒng)的測(cè)繪儀器，可以快速獲取大范圍、高精度的水上地形；對(duì)于水下可以采用無(wú)人船或載人船搭載單/多波束水聲換能器進(jìn)行水下掃描來(lái)獲取水下高精度的地形地貌[21-22]。將水上地形與水下地形進(jìn)行統(tǒng)一整合得到整個(gè)流域的精準(zhǔn)地形數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)景圖像實(shí)現(xiàn)流域?qū)ο蟮恼嫒S建模。將氣象水文過(guò)程可以抽象為預(yù)報(bào)降雨過(guò)程、河流水庫(kù)水位變化過(guò)程、出庫(kù)流量過(guò)程、河道典型斷面流量過(guò)程的組合，根據(jù)水動(dòng)力學(xué)理論以及概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)對(duì)水文過(guò)程的不確定性進(jìn)行定量分析，構(gòu)建河流、水庫(kù)洪水演進(jìn)模型。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為態(tài)勢(shì)感知層，以雨情、水情為態(tài)勢(shì)理解層，以洪水演進(jìn)為態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)層，基于計(jì)算機(jī)仿真、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，以防汛抗旱指揮系統(tǒng)為框架，以氣象、地形、水文、工程等信息為依據(jù)，建立集雨洪耦合預(yù)報(bào)模型、河道洪水演進(jìn)模型、二維水動(dòng)力學(xué)模型于一體的洪水態(tài)勢(shì)推演引擎，真正實(shí)現(xiàn)水利對(duì)象或過(guò)程的智能感知、記憶、研判（應(yīng)用知識(shí)）和升華（創(chuàng)造知識(shí)）等。

水利信息以及氣象水文過(guò)程與空間位置密切相關(guān)，GIS可以管理、分析和處理各種具有空間屬性相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且可以將其以2D/3D地圖的形式進(jìn)行展示與表達(dá)，同時(shí)GIS還具有非常強(qiáng)大的空間分析與輔助決策功能。利用BIM技術(shù)建立水利設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)可視化符號(hào)，GIS可實(shí)現(xiàn)水利空間信息的存儲(chǔ)與管理。以水庫(kù)調(diào)洪演算耦合作為模型內(nèi)核，利用遙感數(shù)據(jù)、三維GIS、3D建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等可視化技術(shù)[23]，以微視頻的模式動(dòng)態(tài)顯示區(qū)域降雨、水庫(kù)水位上漲、下游斷面水位預(yù)警、河道兩岸薄弱環(huán)節(jié)潰堤、周邊區(qū)域洪水淹沒(méi)等場(chǎng)景的模擬結(jié)果，直觀地為區(qū)域內(nèi)洪水態(tài)勢(shì)變化及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提供有效的決策。

4結(jié)論

針對(duì)目前智慧水利建設(shè)中存在專業(yè)知識(shí)缺乏的問(wèn)題，本文從專業(yè)機(jī)理出發(fā)，設(shè)計(jì)了智慧水利系統(tǒng)的總體框架，該框架提出以河流水庫(kù)的監(jiān)測(cè)和云、雨、洪水等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集為基礎(chǔ)，以河流、水庫(kù)、流域的洪水預(yù)報(bào)調(diào)度為主線，以專業(yè)化的流域雨水模型為引擎，共包括數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)分析層、業(yè)務(wù)分析層、決策層和應(yīng)用層五層結(jié)構(gòu)，并根據(jù)建設(shè)框架主線分析了智慧水利的建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)，主要結(jié)論如下：

（1）針對(duì)目前智慧水利中氣象、降雨弱聯(lián)系，“云中雨”“空中雨”“地面雨”不融合的信息資源問(wèn)題，結(jié)合降雨和洪水天然不可分割的事實(shí)，根據(jù)空間信息技術(shù)的格網(wǎng)劃分以及多粒度認(rèn)知計(jì)算構(gòu)建氣象與水文數(shù)據(jù)的多層次粒度融合模型，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)與水文數(shù)據(jù)的融合；進(jìn)一步以雨洪耦合預(yù)報(bào)模型為內(nèi)核，可建立集降雨實(shí)況、降雨預(yù)報(bào)、作業(yè)預(yù)報(bào)、方案管理為一體的空間降雨洪水耦合預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

（2）利用單/多波束水聲換能器和三維激光掃描或無(wú)人機(jī)傾斜攝影獲取流域的精準(zhǔn)地形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)流域?qū)ο蟮恼嫒S建模；將雨洪耦合預(yù)報(bào)模型、河道洪水演進(jìn)模型、二維水動(dòng)力學(xué)模型、水庫(kù)調(diào)洪演算耦合作為專業(yè)驅(qū)動(dòng)模型內(nèi)核，利用遙感數(shù)據(jù)、三維GIS、3D建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等可視化技術(shù)，建立場(chǎng)景式洪水態(tài)勢(shì)推演平臺(tái)。

通過(guò)將專業(yè)知識(shí)融入智慧水利建設(shè)中，真正實(shí)現(xiàn)水利管理有序化、決策科學(xué)化、應(yīng)用綜合化、運(yùn)行現(xiàn)代化，深化智慧水利的建設(shè)，對(duì)認(rèn)識(shí)水規(guī)律、強(qiáng)化水管理、謀劃水未來(lái)具有重要意義。

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Research on Key Technologies of Intelligent Water Conservancy by Integrating the Professional Knowledge of Water Conservancy and Hydrology

ZHANG Dafu1，HAN Liusheng1，2，SUN Guangwei1，F(xiàn)AN Junfu1，LIU Benchun3，ZHU Congjun1（1.Shandong University of Technology， Zibo 255000，China；2.Guangzhou Institute of Geography， Guangzhou 510070，China；3.Zhangdian District Water Conservancy Bureau of Zibo City， Zibo 255000，China）

Abstract： The construction of intelligent water conservancy is now mainly carried out from the angle of information construction， lack of professional knowledge to drive the problem of flood information intelligent deduction and management. Based on the analysis of the connotation and main characteristics of intelligent water conservancy， this paper designed the general framework of intelligent water conservancy construction which integrates professional mechanism knowledge， the key technologies of intelligent water conservancy construction were discussed from the aspects of water conservancy information perception， early warning， dispatching and management. The Grid Division of Spatial Information Technology and multi-granularity cognitive computation were used to build the fusion model of meteorological and hydrological data， which can realize the fusion of multi-granularity and multi-level meteorological and hydrological data Based on intelligent analysis， machine learning， deep learning and other artificial intelligence techniques， combined with hydrologic model and knowledge， the situation change of water cycle was deduced according to the mechanism of rainfall and flood， flood regulation and flood evolution by using GIS （Geographic Information System） ， BIM （Building Information Modeling） and other 3D scene data visualization， real scene fusion， animation simulation， scene interaction technology， an intelligent water conservancy platform integrating professional mechanism were built. Scene interaction and 3d risk simulation were built to realize the intelligent perception， memory， judgment （applied knowledge） and sublimation （created knowledge） of water conservancy objects or processes. This research achievements can provide necessary technical support for the intelligent management of rivers or lakes， and deep the construction of intelligent water conservancy.

Keywords： intelligent water conservancy；data fusion；situation deduction；hydrological model