“天空地水工”一体化监测感知体系加速构建

时间：2025-08-20 来源：中国水利报

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　　“水利一号”及组网的多颗遥感卫星化身“太空侦察兵”，全天候监测汛旱凌情；无人机和无人船组成“水陆空战队”，全方位守护河湖健康生命；巡检机器狗“上岗”，轻松穿越复杂地形，为水库、大坝安全运行提供可靠支撑……

　　“今年‘七下八上’防汛关键期，我们充分发挥‘天空地水工’一体化监测感知体系作用，建成了覆盖72类2600万水利对象数字孪生平台数据底板，生成10米格网精度的全国数字流域水系，多维度掌握河道、水库、蓄滞洪区等流域下垫面、淹没面积、工程险情等动态变化数据，为水旱灾害防御决策提供‘天空地水工’一体化数据支撑。”8月18日，水利部信息中心主任付静在水利部“七下八上”防汛关键期水旱灾害防御工作情况新闻通气会上介绍。

　　科技感十足的技术设备广泛应用，作为数字孪生水利重要组成部分的“天空地水工”一体化监测感知体系加快构建，推动对水利对象全要素、治理管理全过程的智能监测感知能力持续跃升。

　　遥感卫星和测雨雷达发力……

　　筑牢水旱灾害防御屏障

　　目前，我国已基本形成涵盖31颗遥感卫星、100余部测雨雷达、4800余架无人机、13.3万处地面水文报汛站、30多万处工程安全监测点的“天空地水工”一体化监测感知体系，正在告别以往以固定站点和断面为主的监测模式，逐步迈向“天空地水工”监测感知一体化的“立体时代”。

　　7月10日9时，随着小浪底水库下泄流量压减至600立方米每秒，水位回蓄至220.54米，2025年黄河调水调沙水库调度圆满收官，实现抗旱保供、腾库迎汛、水库排沙、生态补水等多目标共赢。

　　这一复杂调度安全高效落地，背后是“天空地水工”一体化监测感知体系的硬核支撑。

　　“通过RTK（实时动态载波相位差分技术）、无人机等设备，结合卫星遥感影像等手段，获取调水调沙期间下游水位表现、河势变化等海量一手数据。”黄河水利科学研究院泥沙研究所副所长张防修介绍。这些数据可以通过原型黄河、模型黄河、数字孪生黄河“三条黄河”联动，精准预测工程可能出现的险情及河势演变趋势。

　　数字孪生水利为河流、水库等打造精准的“数字分身”，实现数字化映射、智慧化模拟、前瞻性预演。而这一切，都离不开对物理系统全面、准确、实时的数据采集。单一监测感知手段已难以满足需求，迫切需要“全要素、高精度、高频率、连续性”的监测体系作为支撑。

　　水利部党组高度重视数字水利建设，李国英部长明确提出，按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，推进“天空地水工”一体化监测感知体系夯基提能，丰富算据、优化算法、提升算力，对流域、水网、水利工程全要素和水利治理管理全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，为推动水利高质量发展、保障我国水安全提供“前瞻、科学、精准、安全”决策支持。

　　2024年7月，水利部发布《数字孪生水利“天空地水工”一体化监测感知夯基提能行动方案（2024—2026年）》，从顶层谋划构建支撑水利多业务的一体化监测感知网，为数字孪生水利的高保真建设运行提供重要算据保障。

　　“其中‘天’依托遥感、卫星等技术，实现大尺度全局监测感知；‘空’借助无人机、高塔搭载测雨雷达等设备，完成中小尺度高精度动态监测感知；‘地’通过地面监测设施设备，聚焦关键区域点位要素的精准实时监测感知；‘水’专门针对河湖库水体、水中、水下水利要素的监测感知；‘工’则聚焦水利工程内外部要素的监测感知。”付静介绍。

　　天基、空基、地基、水基、工基五位一体的监测网络，从水利行业全局出发，全面覆盖水旱灾害防御、水资源管理与调配等水利“2+N”业务监测需求。

　　在全球气候变化背景下，极端天气事件多发频发重发。在防汛战场上，及时畅通、直达一线的监测感知数据，可为人员撤离、水库调度、蓄滞洪区启用以及防御预案生成等决策指挥提供坚实支撑，最大程度减少自然灾害带来的损失。

　　5月22日凌晨，湖南省桃源县牛车河镇遭遇极端强降雨突袭，在全镇一度断网断电的关键时刻，得益于龙凤山站点新增的北斗卫星信道支持，数据持续传输，助力预警链条不间断。

　　7月3日晚到4日凌晨，四川省绵阳市北川羌族自治县夜雨滂沱，水利测雨雷达实时传输“云中雨”信息，有效研判山洪泥石流灾害风险，提前转移1155户2636人。

　　7月23日至7月30日，海河流域遭遇入汛以来最强降雨过程。水利部海河水利委员会水文局充分运用雨水情监测预报“三道防线”，加强对云中雨、落地雨、河中水的立体化监测，提前20小时科学预判新盖房枢纽洪峰流量和出现时间，为两次避免东淀蓄滞洪区启用提供了科学支撑。

　　…………

　　从苍穹之上到洪浪之下，“天空地水工”各环节在协同中互补融合、在联动中相互校验，以“超前感知”的敏锐，为水旱灾害防御筑起一道更加牢固的安全屏障。

　　数字孪生平台和智能模型加持……

　　赋能水资源高效调配

　　今年春天，西辽河干流水头一路奔涌，抵达内蒙古自治区通辽市教来河口，与下游河道水体“握手相遇”，宣告断流27年的西辽河干流首次实现全线过流。

　　在这场河流复苏的春日“会战”中，“天空地水工”一体化监测感知体系对西辽河流域开展全方位、多层次、动态化监测，努力让每一方水都补到“刀刃上”。

　　“数字孪生西辽河平台实时汇集1.7万余处降水、地表、地下、取用水等监测站点的数据，再通过二维水动力模型推演河道过流能力、线路、水量，以求得调水的最优解。”水利部松辽水利委员会总规划师林岚介绍。

　　除了护航母亲河复苏，“天空地水工”一体化监测感知体系还为国家水网调度提供有力的数据保障。

　　浙东水网密布着7000余条河流、8类2000余座控制性工程。在这样复杂的平原河网地区，如何实现水资源多目标精细化调度？

　　“我们新建和接入各类监测设施1747处，包括450处水位监测点、76处流量监测点、97处工程运行状态监测、561处取用水户监测等。”浙江省钱塘江流域中心浙东引水部主任严雷介绍。

　　浙东引水工程初步构建起具有区域特色的水网“天空地水工”一体化监测感知体系，为14个浙东引水特色水网专业模型和3个智能识别模型提供精准算据支撑，如同为工程装上“智慧大脑”，实现水资源统筹利用、高效配置与安全可控。

　　而在水资源管理领域，智慧化监测技术正持续延伸应用触角：重力卫星技术应用于地下水储量变化反演，在线监测计量体系为用水计量装上“精准标尺”，量子点光谱设备实时监测水质变化情况……全维度感知，让水资源管理如臂使指，为提升水资源节约集约利用水平筑牢基础。

　　热成像和智能监测技术应用……

　　守护河湖健康生命

　　长江湖北黄冈段，矗立江边的通信铁塔架设热成像设备，穿透浓雾和夜色，实时监控着往来船只，精准打击非法采砂等破坏行为。

　　“当船只一段时间内速度接近于一定低值，且船只持续存在热点时，智慧砂石监管平台会自动判断为违法采砂嫌疑并预警。同时还会对采砂船进行抓拍、实时弹窗预警和报警录像，为后续的违法取证工作提供依据。”湖北省黄冈市水利和湖泊局副局长徐正勇介绍。

　　依托热成像等先进技术，黄冈智慧砂石监管平台目前已成功制止近百起非法采砂行为，并对多起案件完成取证与立案。

　　如今，高分辨率卫星遥感、北斗卫星、无人机、激光雷达、视频智能识别等监测技术的应用，为河湖水域岸线空间管控和河湖库“清四乱”（清理乱占、乱采、乱堆、乱建）规范化常态化开展提供了强大的助力，让河湖库问题无处遁形。

　　在甘肃，技术人员借助高分辨率卫星影像和多时相影像分析技术，捕捉到位于武山县某河道管理范围内砂场违规采建的完整过程，并通过算法生成带有坐标定位、面积测算的可视化证据链。

　　在浙江省绍兴市越城区，14架无人机搭载AI（人工智能）识别模型，编织起严密的智能巡查网络，覆盖越城区90%以上的水域，每月减少基层河长人工巡河2286人次。

　　…………

　　近日，水利部部署实施河湖库一体化监测感知体系建设三年行动，明确提出应用卫星遥感、视频监控、无人机、北斗等技术，强化河湖库水域岸线空间管控。一张贯通监测、研判、预警、处置全链条的监测感知网，正在加速布局。

　　机器狗和机器人上岗……

　　护航工程安全运行

　　在广西大藤峡水利枢纽4公里长的大坝廊道里，一只银白色的机器狗化身水库“巡检员”，灵巧地腾挪四只仿生关节足，对监测设施和渗漏、排水等情况开展细致巡检。

　　“这只机器狗深度融合人工智能技术，集成多种功能传感器，可在无人值守的情况下实时监测廊道结构安全，精准排查裂缝、渗漏、积水等异常情况。”广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司枢纽中心工程师陈虹余介绍，通过在“大脑”里植入水库大坝的数字孪生体，加上持续学习的AI算法，机器狗的主动识别准确率已超过99.5%。

　　在大藤峡水利枢纽，“天空地水工”这个“大家族”里的各个成员正各司其职，全方位守护水库和大坝安全——

　　4000多个安全监测点在施工期间同步布设，涵盖监测变形、渗流等20多种类型的传感器；磁吸爬壁式智能无损检测机器人与全域爬壁巡检机器人，广泛应用于坝顶门机等焊接质量检测以及主坝坝体、引水隧洞混凝土衬砌质量检测；背包式激光扫描测量系统结合即时定位和地图创建技术，能快速同步获取360度高清全景图和测绘级三维点云……

　　对于水利工程而言，渗流渗压、位移形变、应力应变等工情险情要素的实时精细监测感知，是安全运行的重要前提。目前，全国已累计完善425座大中型和5.1万余座小型水库大坝安全监测设施建设；在黄河古贤等12个水利枢纽工程开展智能大坝建设试点；堤防智能巡检、智能石头等新技术得到成功应用。

　　“天空地水工”一体化监测感知体系还广泛应用于农村水利水电等领域——

　　山东位山灌区建成集卫星遥感、2000余处监测站点、1100余处高清视频监控等于一体的“天空地水工”感知体系。系统结合灌区20多年灌溉试验积累的长序列观测数据，能够分析预测灌域内主要作物需水量、土壤水分、最优灌溉日期、灌溉量及作物产量。

　　全方位、全覆盖、全要素的“天空地水工”一体化监测感知体系，将守护江河湖库的感知经纬逐步加密，为水旱灾害防御、水资源管理与调配等水利业务注入强劲的科技动能。

　　今年6月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于全面推进江河保护治理的意见》，指出要构建雨情水情监测预报体系，强化监测设施和信息资源共建共享，加强河湖水资源动态监测分析。水利部将继续完善“天空地水工”一体化监测感知体系，不断夯实监测感知技术、环境、制度、标准等基础保障，加快构建具有“四预”功能的数字孪生水利体系，为水利治理管理提供前瞻性、科学性、精准性、安全性支撑。