數(shù)字孿生技術(shù)和人工智能技術(shù) 構(gòu)建“數(shù)字閩江”守護(hù)水口安全

　　閩江全長超過500千米，是福建省最大的河流。水口水電站位于閩江干流中段，對閩江防洪調(diào)度和水資源利用十分重要。為了加強(qiáng)閩江水資源利用與防汛抗洪能力，福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司聯(lián)合國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)和人工智能技術(shù)，構(gòu)建專用模型——“數(shù)字閩江”守護(hù)水口安全。

　　福建防汛看閩江，閩江防汛看水口。閩江全長超過500千米，流域面積約占福建全省面積的一半。水口水電站位于閩江干流中段，上承工業(yè)重鎮(zhèn)南平市，下接省會福州。

技術(shù)人員監(jiān)控分析“兩票”作業(yè)現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)。黃鋒 攝

　　為了加強(qiáng)閩江流域防洪調(diào)度與水資源利用，2023年5月起，福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司聯(lián)合國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司成立項目組，結(jié)合水電站實際需求，建設(shè)“數(shù)字閩江”應(yīng)用平臺，為閩江建設(shè)三維模型，構(gòu)建人工智能(AI)洪水預(yù)報模型等專用模型。2023年12月，“數(shù)字閩江”應(yīng)用平臺正式上線，服務(wù)水口水電站生產(chǎn)運(yùn)營與防洪調(diào)度各項工作。

　　預(yù)警衛(wèi)士：精準(zhǔn)預(yù)報 及時應(yīng)對攔洪削峰

　　7月30日，國網(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團(tuán)信產(chǎn)億力科技公司項目經(jīng)理林振華通過“數(shù)字閩江”應(yīng)用平臺虛擬仿真場景，監(jiān)測水口水電站發(fā)電機(jī)組的實時發(fā)電數(shù)據(jù)，為水電站的發(fā)電效率優(yōu)化與防洪調(diào)度提供技術(shù)支撐。

　　洪水預(yù)報是“數(shù)字閩江”的重要功能之一。閩江流量大，流速快，多年平均徑流量達(dá)到584億立方米，面對極端天氣條件時有較高的洪水風(fēng)險。為了延長洪水預(yù)見期、提高洪水預(yù)報精度，針對閩江流域復(fù)雜的地理環(huán)境等造成的洪水預(yù)報難題，項目組將傳統(tǒng)水文學(xué)與AI技術(shù)結(jié)合，創(chuàng)新研發(fā)混合深度學(xué)習(xí)AI洪水預(yù)報模型。AI洪水預(yù)報模型匯集分析閩江上游超百個水雨情遙測站點的水位、雨量等水文氣象信息，上游斷面實測入流數(shù)據(jù)，下游斷面實測出流數(shù)據(jù)和氣象網(wǎng)格數(shù)據(jù)徑流預(yù)報數(shù)據(jù)，可預(yù)測未來24個小時直至10天的徑流量，形成閩江水情預(yù)報“流域一張圖”。

　　同時，AI洪水預(yù)報模型具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力，深度挖掘近30年的閩江流域氣象和水文監(jiān)測數(shù)據(jù)，總結(jié)相關(guān)規(guī)律，實現(xiàn)對閩江流域水位、流量、面雨量等水情要素的多維度、深層次分析。目前，該模型對未來9～24小時洪峰的預(yù)報精度在90%以上，達(dá)到甲級標(biāo)準(zhǔn)，可助力防洪調(diào)度智能化預(yù)警和快速響應(yīng)。

　　6月16日14時，閩江今年最大洪峰安全通過水口水電站，最大入庫洪峰流量2.13萬立方米/秒。今年汛期，通過AI洪水預(yù)報模型與水庫調(diào)度系統(tǒng)的深度融合，水口水電站已經(jīng)對6個流量超過1萬立方米/秒的洪峰攔洪削峰，減輕上下游的防汛壓力，守護(hù)閩江安瀾。

　　調(diào)度專家：科學(xué)研判 防汛發(fā)電聯(lián)合調(diào)度

　　6月25日，閩江上游部分地區(qū)發(fā)生強(qiáng)降雨。水口水電站運(yùn)維人員登錄“數(shù)字閩江”，流域各項關(guān)鍵數(shù)值和實時畫面清晰可見。閩江水位、上游雨量明顯增加，降雨面積有所擴(kuò)大，這些變化都被平臺準(zhǔn)確捕捉。

　　“數(shù)字閩江”以水口水電站及閩江流域的三維模型為基礎(chǔ)，多維度關(guān)聯(lián)分析，結(jié)合水庫調(diào)度業(yè)務(wù)規(guī)則和算法模型，構(gòu)建實時在線更新的防洪調(diào)度方案，實現(xiàn)防汛發(fā)電智能調(diào)度方案秒級生成。

　　同時，“數(shù)字閩江”還能在閩江三維模型上進(jìn)行防汛發(fā)電智能調(diào)度方案預(yù)演，模擬邊界條件調(diào)整和調(diào)度策略改變帶來的影響，完整展現(xiàn)水庫調(diào)度預(yù)騰庫、泄洪、攔洪尾的整個過程。通過不斷仿真預(yù)演，“數(shù)字閩江”可以快速確定最優(yōu)方案，實現(xiàn)流域洪水調(diào)度虛擬模擬先行、決策調(diào)度在后，并提前預(yù)警潛在風(fēng)險，支撐流域防洪精準(zhǔn)調(diào)度和水能利用率提升。

　　通過“數(shù)字閩江”防洪減災(zāi)的同時，水口水電站今年汛期單次增加臨時庫容約7億立方米，預(yù)計年節(jié)水增發(fā)電量約5億千瓦時，實現(xiàn)碳減排約48萬噸。

　　安全醫(yī)生：智能管控 助力安全生產(chǎn)

　　以往，水電站的工作票、操作票管理主要依賴員工在作業(yè)現(xiàn)場開展，但水電站部分區(qū)域空間狹小，在實際工作中，還存在難以肉眼全面監(jiān)視作業(yè)、作業(yè)信息收集速度慢、數(shù)據(jù)分析能力弱等情況。如何把“兩票”管理和現(xiàn)場工作有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)對不同作業(yè)場景與潛在風(fēng)險的全景感知與實時監(jiān)控，是水電站安全生產(chǎn)的重點問題。

　　項目組匯總梳理“兩票”作業(yè)情況，結(jié)合水口水電站中布置的800多個工業(yè)攝像頭數(shù)據(jù)，應(yīng)用人工智能匹配算法，在“數(shù)字閩江”中構(gòu)建“兩票”數(shù)據(jù)與水電工業(yè)視頻貫通模型和“兩票+視頻”應(yīng)用場景。該模型可以自主分析工業(yè)攝像頭回傳的數(shù)據(jù)，分析人員作業(yè)狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，通過人工智能匹配算法研判作業(yè)是否出現(xiàn)違章、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行狀態(tài)是否出現(xiàn)異常。

　　一旦發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險，該應(yīng)用場景可生成缺陷數(shù)據(jù)清單并智能推送相關(guān)數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)“‘兩票’數(shù)據(jù)查詢-詳情展示-視頻一鍵調(diào)用-缺陷分析-缺陷管理”業(yè)務(wù)全流程閉環(huán)管控，并可展示“兩票”數(shù)量、水電站缺陷工單數(shù)量、缺陷等級及缺陷分布、缺陷處置時長等指標(biāo)數(shù)據(jù)，提升電站安全管理的規(guī)范化水平。

　　信產(chǎn)億力科技數(shù)據(jù)資產(chǎn)事業(yè)部項目經(jīng)理王盛介紹：“‘兩票+視頻’的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)水電站作業(yè)監(jiān)管手段中存在的盲區(qū)與實時性不足的問題，能減少人為操作失誤，推動了作業(yè)流程的標(biāo)準(zhǔn)化，為確保作業(yè)安全提供堅實有力的技術(shù)支持。”

　　自2023年12月在“數(shù)字閩江”上線以來，“兩票+視頻”應(yīng)用場景累計監(jiān)測1836張工作票、1094張操作票作業(yè)過程。目前，該場景正向輸電、變電等業(yè)務(wù)領(lǐng)域拓展應(yīng)用。(李金湖 祁含笑 黃鋒)