▲新烽光電技術(shù)總監(jiān)

2025 年 8 月 16-17 日，以 “數(shù)字賦能 AI 驅(qū)動，助力水利高質(zhì)量發(fā)展” 為主題的 2025 數(shù)字孿生水利創(chuàng)新發(fā)展論壇在陜西西安舉行。論壇響應(yīng) 2025 年全國水利工作會議精神，匯聚業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者及企業(yè)代表，聚焦數(shù)字孿生水利創(chuàng)新路徑，為水利高質(zhì)量發(fā)展凝聚智慧。

當(dāng)前，全球氣候變化加劇極端天氣，水災(zāi)害防御壓力凸顯，數(shù)字孿生水利作為破局關(guān)鍵，憑借 “預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案” 四預(yù)功能，在防洪減災(zāi)、水資源調(diào)配等領(lǐng)域作用顯著，而 “天空地水工” 一體化監(jiān)測與 AI 技術(shù)，則為其建設(shè)提供核心支撐。

論壇期間，嘉賓圍繞數(shù)字孿生流域 / 水網(wǎng) / 工程建設(shè)、BIM 與 GIS 技術(shù)融合等議題研討交流，同步分享實踐成果。

武漢新烽光電技術(shù)總監(jiān)潘凌帶隊參與展示，現(xiàn)場重點匯報了公司基于 AI 算法的空地一體堤防災(zāi)害防控系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對堤防災(zāi)害防控實際需求設(shè)計，技術(shù)方向與數(shù)字孿生水利建設(shè)相契合，潘凌總監(jiān)團(tuán)隊通過技術(shù)拆解、功能演示，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的 “空 - 天 - 地 - 水 - 機(jī)” 五位一體感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以及在多模態(tài)數(shù)據(jù)融合、智能決策生成等方面的設(shè)計邏輯與技術(shù)細(xì)節(jié)。

打造 “感知 - 計算 - 決策” 完整閉環(huán)

▲五位一體感知網(wǎng)絡(luò)

新烽光電此次展示的基于 AI 算法的空地一體堤防災(zāi)害防控系統(tǒng)，以 “空 - 天 - 地 - 水 - 機(jī)” 五位一體感知網(wǎng)絡(luò)為基石，構(gòu)建起 “三圈層” 技術(shù)架構(gòu)，實現(xiàn)了從物理世界監(jiān)測到數(shù)字空間分析，再到智能決策的完整閉環(huán)。

▲堤防運(yùn)維管理平臺功能介紹

感知層打破傳統(tǒng)監(jiān)測的局限性，匯聚了多光譜遙感、毫米波雷達(dá)、高精度 GNSS 等多種先進(jìn)的多模態(tài)感知設(shè)備，形成一張全域覆蓋的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。其中，系統(tǒng)配置的穿透式雷達(dá)傳感器，采用 300MHz-1GHz 的特殊波段，對壩體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)掃描，有效解決了植被覆蓋區(qū)隱患檢測存在盲區(qū)的行業(yè)難題，將地形掃描精度提升到 90% 以上。同時，該傳感器搭載的邊緣計算模塊，可對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行本地化預(yù)處理，數(shù)據(jù)壓縮率高達(dá)65%，極大地降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捫枨蟆?/span>

▲穿透檢測革命

計算層引入了 700 億參數(shù)級的空間智能大模型，打造出 “機(jī)理 + AI” 雙驅(qū)計算引擎。該模型巧妙融合傳統(tǒng)水文水動力機(jī)理模型與深度學(xué)習(xí)算法，通過 LSTM-Transformer 混合網(wǎng)絡(luò)對時空序列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，不僅能夠精準(zhǔn)模擬水流運(yùn)動等物理過程，還能借助海量歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)災(zāi)害演化規(guī)律。在算力調(diào)度方面，采用云邊協(xié)同架構(gòu)，邊緣節(jié)點負(fù)責(zé)實時數(shù)據(jù)處理和快速響應(yīng)，云端則承擔(dān)復(fù)雜模型訓(xùn)練和全局優(yōu)化工作，將關(guān)鍵決策的響應(yīng)時延控制在 3 秒以內(nèi)。

▲計算功能實際應(yīng)用

決策層基于知識圖譜與強(qiáng)化學(xué)習(xí)構(gòu)建智能決策系統(tǒng)，實現(xiàn)了從 “數(shù)據(jù)到行動” 的自動化轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)內(nèi)置 10 萬 + 水利災(zāi)害案例庫，通過 RAG 技術(shù)能夠快速匹配相似場景并生成相應(yīng)的處置方案，同時結(jié)合實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對決策建議進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化。比如在白蟻防治場景中，系統(tǒng)可根據(jù)白蟻活動軌跡準(zhǔn)確預(yù)測蟻巢位置，準(zhǔn)確率達(dá)到 85% 以上，并自動生成精準(zhǔn)的投藥方案。

多維度攻克行業(yè)痛點

關(guān)鍵技術(shù)

在算法領(lǐng)域，該系統(tǒng)創(chuàng)新研發(fā)了堤壩安全監(jiān)測多模態(tài)融合算法，借助 Transformer 架構(gòu)實現(xiàn)雷達(dá)點云、光學(xué)圖像、振動信號等異構(gòu)數(shù)據(jù)的深度對齊。該算法引入注意力機(jī)制，能夠自動聚焦堤壩薄弱區(qū)域，對裂縫、管涌等隱患的識別準(zhǔn)確率高達(dá) 98.7%，誤報率降至 5% 以下，相較于傳統(tǒng)單源檢測技術(shù)提升了 34 個百分點。

針對洪澇災(zāi)害預(yù)測這一難題，系統(tǒng)提出 “物理約束 - 數(shù)據(jù)驅(qū)動” 混合建模方法。將圣維南方程組等物理規(guī)律作為先驗知識嵌入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過遷移學(xué)習(xí)解決小樣本場景下的模型泛化問題，將 72 小時洪水過程預(yù)測誤差控制在 5% 以內(nèi)。

硬件方面，AI 堤壩運(yùn)管機(jī)器人集成了激光雷達(dá)與高精度視覺系統(tǒng)，具備自主路徑規(guī)劃與障礙規(guī)避能力。其搭載的自適應(yīng)采樣算法可根據(jù)堤壩風(fēng)險等級動態(tài)調(diào)整巡檢密度，AI 堤壩運(yùn)管機(jī)器人可適應(yīng)堤防沿線復(fù)雜地形，單次作業(yè)續(xù)航能力較強(qiáng)；相較于傳統(tǒng)人工巡檢，單臺設(shè)備能顯著提升巡檢效率，減少人工投入，同時助力降低每百公里堤防的年度運(yùn)維成本。

▲AI堤壩運(yùn)管機(jī)器人

重塑堤防安全管理模式

與傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)實現(xiàn)了三大轉(zhuǎn)變：從人工主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄茏灾鳎ㄟ^自動化巡檢與 AI 分析將險情發(fā)現(xiàn)時效提升 72%；從單點監(jiān)測轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚋兄?，?gòu)建的 “天空地水工” 一體化網(wǎng)絡(luò)使監(jiān)測覆蓋率從不足 60% 提升至 95%；從經(jīng)驗決策轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動，基于大模型的智能預(yù)演可模擬 30 種以上災(zāi)害場景，為 “四預(yù)” 功能提供量化支撐。

▲案例應(yīng)用

在數(shù)據(jù)安全與標(biāo)準(zhǔn)化方面，系統(tǒng)通過 CMMI 5 級與 DCMM 認(rèn)證，建立了多源數(shù)據(jù)動態(tài)對齊體系與設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)。其采用的聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的前提下，可聚合多區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練，使新流域適配周期從 3 個月縮短至 2 周。

數(shù)字孿生水利新方向

此次展會上，新烽光電的基于 AI 算法的空地一體堤防災(zāi)害防控系統(tǒng)憑借其卓越的技術(shù)性能和顯著的應(yīng)用成效，獲得了水利部相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及眾多流域管理機(jī)構(gòu)的高度認(rèn)可。該系統(tǒng)的創(chuàng)新價值不僅體現(xiàn)在技術(shù)層面，更重構(gòu)了堤防安全管理的成本結(jié)構(gòu)與響應(yīng)模式，為數(shù)字孿生水利建設(shè)提供了技術(shù)參考方向。