提 綱1 城市水環境挑戰與治理思路水環境提升的智能技術需求水環境智能化調控系統架構應用案例與效果結語與展望城鎮化率高，人口密集水系復雜，河網密布涉水工程多，連通性差入河污染負荷強1

城市水環境挑戰與治理思路水環境提升、水生態系統構建城市河網水環境提升新模式理論層面技術層面水源量質保障水系格局適配水動力重構管理層面精細化模擬智能互饋物聯網+模型云研究目標關鍵環節研究內容系統治理理念控源截污 河道整治 水系連通

動力調控

生態修復強化凈化 精細管理污染源解析與削減動態需水量確定水動力調控閾值標志成果核心環節水系連通動力調控1

城市水環境挑戰與治理思路回字型環狀輻射型多級圩型輻射型X型田字型如何解決復雜河網水環境綜合調控問題？？？需要從物聯感知、系統思維、系統學習、調度行為等方面，將人工智能與河網水環境綜合調度有機融合，滿足預報預警、預報調度的應用需求，實現科學精準調度1

城市水環境挑戰與治理思路提 綱城市水環境挑戰與治理思路水環境提升的智能技術需求水環境智能化調控系統架構應用案例與效果結語與展望1人工智能（Artificial

Intelligence，縮寫AI）：它是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。2

水環境提升的智能技術需求機器思維讓計算機能夠對感知到的外界信息和自己產生的內部信息進行思維性加工。主要包括：推理、搜索、規劃等方面的研究機器感知要讓計算機具有類似于人的感知能力，如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺，相當于智能系統的輸入部分。主要包括：機器視覺、模式識別、自然語言理解機器學習讓計算機能夠像人那樣自動地獲取新知識，并在實踐中不斷地完善自我和增強能力機器行為讓計算機能夠具有像人那樣地行動和表達能力，如走、跑、拿、說、唱、寫畫等，相當于智能系統的輸出部分廣義的人工智能內容2

水環境提升的智能技術需求感知讓終端具有智能感知能力：利用“天-空-地-人”監測技術（物聯網）感知“雨、水、工情”多源信息，涉及水文/水動力/水質/工程運行信號的同步實時獲取思維讓計算機能夠對感知到的“雨、水、工情”信息和“專業模型”產生的水環境調控預案信息進行思維性加工。包括：數據融合、同化、挖掘，并行計算、智能優選等方面的研究學習讓計算機能夠像人那樣在水環境實況調度中自動集成新的調控應對方案，并在實踐中不斷地更新調度預案倉庫，形成調度預案閉環，增強調度的科學性、精準度調度讓計算機能夠具有像人那樣決策水環境綜合調控預案，對工程發出指令，啟動閘門、泵站等工程運行，相當于智能系統輸出部分水環境綜合調控范疇下的人工智能內涵2

水環境提升的智能技術需求城市河網水環境綜合調控體系城市河網水環境提升智能模型：異構模型同化、多尺度分級雙向嵌套、模型離散與拼接精準模擬：調度預案集智能感知：利用物聯網、大數據、無人機、遙感感知多源要素信息：水文/水力學/水質/視頻要素的實時同步獲取、水利工程信息獲取物聯網+模型云平臺聯控聯調系統平臺決策預案優化：智能算法優選、決策方案的強化學習方案自動發布：方案自動滾動計算與實時發布信息采集耦合模擬智能決策聯合控制運行保障51234自動化控制：閘/泵/堰水利工程群智能互饋：模型決策數據與水利工程群狀態2

水環境提升的智能技術需求提 綱城市水環境挑戰與治理思路水環境提升的智能技術需求水環境智能化調控系統架構應用案例與效果結語與展望1物聯感知需要通過建設天-空-地-人一體化的監控網絡，實現城市河網雨、水（水動力、水質指標）、工情監測信息的全覆蓋3

水環境智能化調控系統架構水質監測水位流量監測視頻監控閘泵遠程測控雷達雨量監測物聯感知傳統監測設備智能化：使其支持物聯網傳輸/互聯協議水位：基于虛擬、遙測技術實現河湖庫、閘站等區域水尺讀數及水域范圍的自動識別流量：基于雷達技術實現對河道、城市排水管網流量、流速、流場的在線監測虛擬、遙測電子水尺自動采集水位雷達流量流速監測3

水環境智能化調控系統架構物聯感知研發智能監測設備：水質智能監測設備、無人機遙感等，豐富監測手段，實現水信息監測的智能化。如在主干河道、重點關注河段，自動監測透明度，太陽能野外無人值守水環境自動監測站（總磷、濁度、溶解氧、等多項水質參數）透明度自動識別監測儀太陽能野外無人值守水環境自動監測站3.5㎡視頻監控判別水面垃圾漂浮物無人機遙感發現河道水浮蓮覆蓋3

水環境智能化調控系統架構系統思維——模型模擬技術借助模型模擬技術、系統開發技術，把人對水環境綜合調控思維以“模型庫”的形式賦予機器河網模型“智能”模擬技術需求之一：模型應具有空間多尺度嵌套模擬要求流域-區域-城市-圩區多尺度模型流域尺度河網區域尺度河網街道社區尺度河網市（縣）

尺度河網河道分級定義拓撲關系，粗化和細化模型時間標簽的版本控制，按照時間模型分類進一步離散模型，按照行政區劃和水利分區3

水環境智能化調控系統架構河網模型“智能”模擬技術需求之二：模型應具有基礎數據動態更新功能1、解決不同空間尺度模型定制與計算？2、解決不同時間尺度模型定制與計算？3、解決不同時空尺度模型嵌套與計算？4、解決河網模型精細化精準模擬？5、構建智慧系統解決預報預警、預報調度業務？數據庫模型庫3

水環境智能化調控系統架構A04A05

A06A03A01

A02城區尺度圩區尺度a05a03a06a04a02a01編號名稱1001a011002a021003a031004a041005a051006a06編號名稱0001A010002A020003A030004A040005A050006A06對應關系000110010002100200031003000410040005100500061006系統思維——模型模擬技術模型雙向嵌套-正向利用模型嵌套耦合技術，小尺度模型外部節點與大尺度模型內部節點自動匹配按照統一的數據交互協議，城區尺度模型為圩區尺度模型自動提供外邊界，滿足圩區模擬和預報的邊界封閉性3

水環境智能化調控系統架構系統思維——模型模擬技術模型雙向嵌套-反向：小尺度模型為大尺度模型外部節點提供產匯流過程根據圩區集水區范圍、下墊面特點、槽蓄量、工程運行參數，建立降雨-徑流-污染物入河診斷3

水環境智能化調控系統架構系統思維——系統開發技術系統集成“模型網絡庫”，利用物聯感知體系、滾動計算接口配置技術（數據同化），加載所有可能的“模型事件庫”，以“水動力閾值+水環境指標”目標最優，優選“調控邏輯庫”

，形成系統調度思維雨水情系統服務預報預警計算引擎實時雨水情系統預報預警子系統預報預警計算服務數據處理服務計算數據資源預報預警數據展示預報預警應用服務預報預警數據數據庫系統實時水情數據實時雨情數據數據庫系統實時水情數據實時雨情數據JDBC/WebServiceLocalAPIHTTPJDBCSocketTCP/

IP物聯感知體系（實時數據接入）滾動計算接口配置（數據同化）系統思維形成3

水環境智能化調控系統架構系統思維——系統開發技術利用模型庫、結果庫數據與系統交互技術，實現調度方案生成；物聯感知信息與模型實時交互，實現單一模型驅動向在線監測聯合模型驅動的水環境綜合調控技術過渡模型庫-預案集模型計算結果庫河道斷面、節點水動力結果（流速、流量、水位）；水質結果（TP、TN等）水文模型1D水力學模型溢流單元模型網絡庫設計洪水（降雨、水位、流量）實況洪水（降雨、水位、流量）事件庫預報洪水（降雨、水位、流量）防洪調度方案水閘運行規則子流域河網管網堤防工程圩區 水文-水動力模型閘壩泵橋涵

水力學計算公式邏輯庫泵站運行規則模型庫模型預案庫、結果庫模型+實時監測聯合驅動實現流程模型結果驅動-解析-發布3

水環境智能化調控系統架構水文-水動力-水質一體化多尺度嵌套專業模型模型庫調度預案集集成至調度系統3

水環境智能化調控系統架構系統學習首先，基于實況調度應用，系統自動以實況雨、水、工情為計算條件，進行歷史調度過程的復演模擬，選擇性的集成“執行調度預案”匯入““綜合調控數據倉庫”那么，每一次調度執行過程也是實現機器不斷的學習過程，形成調度預案的“大數據”，將大數據分析模型與行業機理模型有機融合按照系統思維，未來調度將從“綜合調控數據倉庫”中快速查詢“與當前河網情勢相似的歷史過程”，并將歷史過程的調度方案、效果進行全方位展示與發布，實現對河網水環境的實時精準調度與綜合預報調度自我學習過程自動復演模擬計算人的思維賦予機器3

水環境智能化調控系統架構調度行為基于智能監測技術、物聯網接入技術、專業模型模擬技術、耦合模型-水環境調度系統平臺-水利工程控制信息智能互饋技術形成水環境綜合調控平臺，并通過大數據技術處理調度預案形成“調度知識庫”，以支撐智慧大腦的“智能”訓練，并響應智慧大腦的調度、控制指令，控制水利工程的運行，形成“物聯網監測——專業模型模擬——大數據集成分析——系統決策——物聯網控制”的聯控聯調過程智能互饋控制3

水環境智能化調控系統架構提 綱城市水環境挑戰與治理思路水環境提升的智能技術需求水環境智能化調控系統架構應用案例與效果結語與展望1物聯網平臺考慮萬物接入和萬物聯動。

即對水體、水利工程、調度人員等不同對象的監測、控制和互動接口全部接入物聯網+模型云平臺考慮基于物聯網、大數據的平臺架構模式，構建模型云平臺，實現模型云服務5

應用案例與效果物聯網+模型云平臺河網模型特征統計河道斷面：22699個河段：8751段，長15373km水閘：1145座；泵站：760座圩區：1109個；子集水區：4973個連接節點：8589個湖泊、水庫調蓄點：136個邊界控制點：84個計算效率：一維模型4分鐘計算6天5

應用案例與效果數據庫——模型庫建立了太湖地區多尺度精細化模型提供模型定制與發布服務利用構建的江蘇省太湖地區離散化分區模型以及流域級別-與區域級別、區域級別與城市嵌套耦合模型，模型最小嵌套單元按照行政分區可以到街道社區，按照水利分區嵌套單元可以至圩區基于云平臺模型定制與發布省（市）街道鄉鎮區（縣）流域區域圩區城市村5

應用案例與效果本系統基于B/S架構，以實時監測與預報結果為驅動，以水文～水動力～水質一體化模型為核心，以工程調控為手段，以運行效果為目標，集成了水環境綜合調控預案集，并開發實時監測、調控方案、預報預警、預案管理四個核心功能模塊。系統已在阿里云部署運行5

應用案例與效果模塊一：實時監測：在研究區域內布控了水文、水動力、水質、視頻等物聯感知監控站網，實時采集并以地圖圖表形式展現全要素監控信息。在線提供區域河網水位、水質（NH3-N、總P、總N、DO、COD、藻密度、濁度、電導率等），視頻（水利工程運行狀態，水尺、藍藻、閘門開度識別），水利工程運行過程等數據。建立了實時監測數據與模型數據的交互機制，為模型計算提供數據支撐5

應用案例與效果模塊二：調控方案：基于水環境綜合調控決策預案集與調控閾值，當區域河網發生水位異常、水質惡化時，系統將自動啟動模型計算，并觸發調度方案優選程序，推送該時段最優調控方案。調度人員可根據系統優選區推選的不同調度方案查詢與對比河網水動力、水質效果，并執行調度5

應用案例與效果模塊三：預報預警：與實時雨情、水情、工情數據對接，模型在線滾動計算，預報未來一段時間（1-3天）城市河網區內任意關注點的水位、水質變化過程，依據水動力、水質指標閾值，發布預警信息，為預報調度提供支持5

應用案例與效果模塊四：預案管理：集成了濱湖城市河網區汛期、非汛期，藍藻期、非藍藻期水環境綜合調控預案集，可以查詢、管理、年度更新調度預案信息和模型信息5

應用案例與效果智能技術應用水質、水位、視頻自動監控WebGIS與業務數據融合的數據可視化技術中國國際進口博覽會水環境監控調度系統城市河網智慧管理平臺—城區防洪排澇與水環境提升聯控聯調集控管理系統（SUR-IOS）治理后治理前5

應用案例與