基于人工智能的城市河网水环境综合调控

提纲

1

城市水环境挑战与治理思路2

水环境提升的智能技术需求3

水环境智能化调控系统架构

4结语与展望

5

城镇化率高，人口密集水系复杂，河网密布涉水工程多，连通性差入河污染负荷强

水环境提升、水生态系统构建

城市河网水环境提升新模式

系统治理理念理论层面

水源量质保障水系格局适配水动力重构技术层面精细化模拟智能互馈物联网+模型云

管理层面研究目标关键环节研究内容控源截污河道整治水系连通动力调控生态修复强化净化精细管理污染源解析与削减

动态需水量确定

水动力调控阈值标志成果核心环节

p 水系连通

p 动力调控

n如何解决复杂河网水环境综合调控问题？？？需要从物联感知、系统思维、系统学习、调度行为等方面，将人工智能与河网水环境综合调度有机融合，满足预报预警、预报调度的应用需求，实现科学精准调度

回字型环状辐射型多级圩型

辐射型X型田字型

提纲

城市水环境挑战与治理思路水环境提升的智能技术需求2水环境智能化调控系统架构3

4

结语与展望

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人工智能（Artificial Intelligence，缩写AI）：它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

机器感知

要让计算机具有类似于人的感知能力，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉，相当于智能系统的输入部分。主要包括：机器视觉、模式识别、自然语言理解

机器思维

让计算机能够对感知到的外界信息和自己产生的内部信息进行思维性加工。主要包括：推理、搜索、规划等方面的研究

机器学习

让计算机能够像人那样自动地获取新知识，并在实践中不断地完善自我和增强能力

机器行为

让计算机能够具有像人那样地行动和表达能力，如走、跑、拿、说、唱、写画等，相当于智能系统的输出部分

n广义的人工智能内容

感知

让终端具有智能感知能力：利用“天-空-地-人”监测技术（物联网）感知“雨、水、工情”多源信息，涉及水文/水动力/水质/工程运行信号的同步实时获取

思维

让计算机能够对感知到的“雨、水、工情”信息和“专业模型”产生的水环境调控预案信息进行思维性加工。包括：数据融合、同化、挖掘，并行计算、智能优选等方面的研究

学习

让计算机能够像人那样在水环境实况调度中自动集成新的调控应对方案，并在实践中不断地更新调度预案仓库，形成调度预案闭环，增强调度的科学性、精准度

调度

让计算机能够具有像人那样决策水环境综合调控预案，对工程发出指令，启动闸门、泵站等工程运行，相当于智能系统输出部分

n水环境综合调控范畴下的人工智能内涵

城市河网水环

境综合调控体系

城市河

网水环

境提升

•自动化控制：闸/泵/堰水利工程群

•智能互馈：模型决策数据与水利工程群状态

•智能模型：异构模型同化、

多尺度分级双向嵌套、模

型离散与拼接

•精准模拟：调度预案集

•智能感知：利用物联网、大数据、无人机、遥感

•感知多源要素信息：水文/水力学/水质/视频要素

的实时同步获取、水利工程信息获取

•物联网+模型云平台

•联控联调系统平台

•决策预案优化：智能算法优选、决策方案的强化学习

•方案自动发布：方案自动滚动计算与实时发布

信息

采集耦合

模拟

智能

决策

联合

控制

运行

保障

5

1

2

3

4

提纲

城市水环境挑战与治理思路水环境提升的智能技术需求2水环境智能化调控系统架构3应用案例与效果

4

5

1

n物联感知

p需要通过建设天-空-地-人一体化的监控网络，实现城市河网雨、水（水动力、水质指标）、工情监测信息的全覆盖

雷达雨量监测

水质监测水位流量监测视频监控闸泵远程测控

n物联感知

p传统监测设备智能化：使其支持物联网传输/互联协议

u水位：基于虚拟、遥测技术实现河湖库、闸站等区域水尺读数及水域范围的自动识别u流量：基于雷达技术实现对河道、城市排水管网流量、流速、流场的在线监测

虚拟、遥测电子水尺自动采集水位雷达流量流速监测

n 物联感知

p 研发智能监测设备：水质智能监测设备、无人机遥感等，丰富监测手段，实现水信息监测的智能化。如在主干河道、重点关注河段，自动监测透明度，太阳能野外无人值守水环境自动监测站（总磷、浊度、溶解氧、等多项水质参数）

透明度自动识别监测仪

太阳能野外无人值守水环境自动监测站

3.5㎡视频监控判别水面垃圾漂浮物无人机遥感发现河道水

浮莲覆盖

n系统思维——模型模拟技术

p借助模型模拟技术、系统开发技术，把人对水环境综合调控思维以“模型库”的形式赋予机器

河网模型“智能”模拟技术需求之一：模型应具有空间多尺度嵌套模拟要求

流域-区域-城市-圩区多尺度模型

流域尺度河网

区域尺度河网市（县）尺度河网街道社区尺度河网

p河道分级定义拓扑关系，粗化和细化模型p时间标签的版本控制，按照时间模型分类p进一步离散模型，按照行政区划和水利分区

河网模型“智能”模拟技术需求之二：模型应具有基础数据动态更新功能

1、解决不同空间尺度模型定制与计算？

2、解决不同时间尺度模型定制与计算？

3、解决不同时空尺度模型嵌套与计算？

4、解决河网模型精细化精准模拟？

5、构建智慧系统解决预报预警、预报调度业务？数据库模型库