黄河设计院自1956年创立以来，凭借深厚的底蕴和持续的创新，已成为水利行业的领军者。作为集规划、勘察、设计、科研、咨询、监理、项目管理等多功能于一体的综合性勘察设计企业，该院完成重大工程逾百项，足迹遍布30多个国家和地区。在水利信息化领域，该院奋勇争先，研究领域涉及水旱灾害防御、水资源管理与配置、工程安全监测、工程建设运行管、BIM/BLM应用、GIS&VR、工程数据库知识库等方面，多项专有技术领跑国内，荣获国家级、省部级科技进步奖及“四优奖”等多达200余项，主编、参编国家、行业标准规范60余项，拥有国家有效专利500余项，持有计算机软件著作权百余项。

作为数字孪生水利领域的先锋，黄河设计院立足流域防汛实战需求，依托国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目，以“强感知、增智慧、促应用”为指引，致力于提升防汛“四预”能力，实现智能模拟与智慧决策。

项目发表论文、授权专利、登记计算机软件著作权

依托新一代信息技术，黄河设计院不断探索与流域水旱灾害防御业务的融合创新，历经10余年攻关，深入开展河防工程安全态势感知能力扩展、大流域多节点预报调度模型算法算力提升、国产化水利时空三维仿真技术构建等领域的系统研究，取得了包括水工程智能感知、预报调度、智慧防汛、三维仿真平台等创新成果，并进行了广泛应用实践。研发成果“智慧防汛关键技术研究与实践”荣获第十二届中国技术市场协会金桥奖一等奖、黄委科学技术奖科技进步特等奖，为智慧防汛建设提供了强大助力。

构建智能感知系统，夯实孪生数据底盘，共筑黄河防汛新防线

感知系统是数字孪生黄河建设的基石。在防汛信息基础设施层感知体系板块，针对存在的堤防隐患及渗漏、险工根石状况监测感知能力弱等问题，通过运用堤防拖曳式电磁感应技术探测、堤防集中渗漏物理场监测、根石监测技术，成功实现了堤防渗漏、根石状况等的监测。这一系统不仅构建了从雨水情到河防工程的全方位感知体系，还实现了从天空到地面的空间数据集建设，为防汛决策提供了坚实的数据支撑。

小禹·拖曳式电磁感应仪

小禹·拖曳式电磁感应仪的研发，成功解决了堤防隐患探测效率低、时效性差的问题。其检测深度可达70米，检测效率从200米每小时提升至10千米每小时，检测盲区小于2米。该方法对堤防渗漏敏感度高，可用于堤防应急抢险勘察和堤防日常巡检巡测，解决了堤防汛期应急巡查难题。业内专家评价其性能稳定、抗干扰能力突出，优于国内外同类型产品。

小禹·堤坝渗漏监测系统

针对传统渗漏监测存在的点状监测、渗漏有出水点才能监测的问题，利用堤防渗漏引起的物理场变化，创新堤防渗漏监测方法，在传感器不接触地下水的情况下，超前感知堤坝内部渗漏发育及演变情况，实现堤防20米深度渗漏破坏全天候实时在线监测与预警。

基于MEMS传感技术的变形感知装备

基于MEMS芯片的变形监测装备采用了国产芯片技术，研发了高精度姿态传感器和适用于根石走失及边坡变形的阵列位移传感装置，解决了汛期根石走失监测技术难题，同时实现了对渠堤、淤地坝等重点部位变形情况的监测，变形精度达到毫米级。

护岸边坡稳定性智能感知系统

针对护岸边坡根石监测困难的问题，研发了基于运动检测及目标识别的根石稳定性监测技术及装备，复杂场景下抗干扰能力强，有效监测范围可达200米，险情识别反应时间小于5秒，识别准确率达到90%以上；采用轻量化深度学习目标检测及识别模型，对水尺刻度值进行自动化读取，提高监测效率，读取精度在2厘米以内，实现了根石稳定性与水情的联动感知。

创新内核引擎强驱动，构建智慧防汛新体系，打造黄河安全新屏障

数学模型是实现“智慧化模拟、精准化决策”的核心，在防汛决策中发挥着重要作用。为了提升“四预”能力，围绕预报调度耦合及正反算能力、暴雨洪水泥沙过程相似性分析、大场景分布式预报模型并行计算等方面开展了深入研究。通过探索构建基于人工智能、大数据、语音识别等新技术的智慧防汛系统，不仅提升了模型算法的算力，还提高了防汛系统的智能化、智慧化程度，从而保障了防汛决策的效率和精准度。

水库—河道—滞洪区多节点预报调度模型

打破了传统规则调度的约束，构建了水库—河道—滞洪区多节点预报调度模型，具备“正向”和“逆向”调度计算功能，可自上而下生成防洪优化调度方案，或自下而上逆向推演上游水库群的调度方案，实现了秒级响应和实时滚动生成优化调度方案。

雨洪沙相似事件智慧分析模型

利用同一流域、不同时期产汇流过程具有相似性的特点，引入图像处理、特征工程以及相似度匹配技术，研发了雨洪沙相似样本智能匹配模型，通过分析挖掘海量历史暴雨洪水信息，可快速输出相似降雨洪水泥沙方案，为雨水情势发展预测及防汛调度应对提供了新途径。

分布式模型并行处理新方法

复杂流域时空过程的精细化模拟需要进行大规模运算，计算时效成为关键。在流域汇流层数划分、水文水动力学模型二维流并行求解等方向，基于流域的地形特点和单元间的空间联系，创新设计并行计算算法，定义新的数据结构，实现了计算单元间无依赖关系和有依赖关系的全部并行计算，普通单机配置实现万平方千米以上流域分钟级计算。

小禹智慧防汛系统

小禹智慧防汛系统是提高防汛指挥决策效率的有效工具。构建了水利行业专用防汛特征语音语义识别库，以及涵盖防汛全要素问题的水利防汛语音智能问答体系。借助大数据分析技术，提供了防汛全要素信息语音综合查询、汛情实时预警警示、水事件状态智慧分析等功能，通过检索驱动数据知识和相关应用，大幅提高防汛指挥决策效率。

融合多源时空数据，自研三维仿真引擎，创造智慧黄河新纪元

三维仿真平台，作为精细化模拟的底座，正引领着水利行业的技术革新。黄河设计院创新多源时空异构数据融合技术与高效加载模式，自主研发了支持流域复杂三维场景推演与交互的仿真引擎技术，创建了多源水利时空仿真平台——“云河地球”，为水利场景可视化带来了新突破，为智慧黄河建设注入强大动力。

利用BIM、倾斜摄影、激光点云、物联网、虚拟现实、人工智能等技术，构建一个多时空、多尺度、多层次描述现实物理世界的虚拟地球仿真环境，具有全要素表达能力、时空多维度数据可视化能力、场景虚拟化能力、空间计算和叠加分析能力、仿真模拟能力、远程控制能力、虚实融合能力等，可实现对流域的数字化管理和智能决策，加速推动流域治理、防洪抗旱等水利行业创新发展。项目通过近10年攻关，从底层搭建了“云河地球”——三维孪生仿真平台，可为防汛减灾、水资源调度、工程运行管理等提供全空间、全过程、全要素、智能化的决策支持环境。

创新多源时空异构数据融合技术与高效加载模式

针对海量多源异构数据融合、水陆一体数字地形构建等技术难题，研发了水利多源时空异构数据融合技术，通过在三维空间融合矢量、地形、影像、倾斜摄影、激光点云、BIM模型等海量多源异构数据，构建多层级渐进式数字映射场景，实现了不同层级场景和模型的无缝衔接、自然过渡，并基于全球剖分、动态调度、GPU加速等技术，对场景进行优化与效率提升，实现了海量空间数据的高性能调度管理和高效加载。

自研复杂流域三维仿真引擎技术

为实现自主可控的水利场景可视化仿真和智能化分析，研发了基于GPU渲染的三维仿真技术，可在三维场景中进行建模和动态驱动，直观逼真地表达不同天气、季节等自然背景，呈现水利工程调度运行中的水流演进、淹没过程、冲淤变化、库水位变化等场景，展示如机组启闭等水利机电设备操控运行过程，模拟渗流、变形、滑坡等工程安全状态，实现数字孪生流域与原型流域实时同步仿真运行和模拟仿真表达。

多源水利时空仿真平台——“云河地球”

“云河地球”搭载了国内2米影像图与30米地形、黄河流域0.5米影像图与5米地形等，深度整合了多尺度、多种类、多空间、多时态时空数据，构建了GIS+BIM+VR+数学模型的数字孪生环境，可为防汛管理提供可视化、沉浸式、全时空、多要素的决策支持环境，场景初始化渲染响应时间不超过3秒、加载效率是其他主流产品的1.5倍。

多源水利时空仿真平台——“云河地球”

水利工程仿真管理

洪水淹没实时仿真

项目研发成果已广泛应用于黄河和淮河流域、南水北调中线工程等重要堤防、水库工程的隐患检测，黄河流域、黄河古贤水利枢纽工程、泾河东庄水利枢纽工程等重大工程数字化场景构建，为黄河流域、河南省、深圳市防汛决策管理提供了有力支撑。如河南“21·7”特大暴雨灾害后，郑州140余座水库大坝灾后病害检测、南水北调中线干线辉县—鹤壁段109千米渠堤的检测、2021年黄河流域罕见秋汛洪水防御等。2022年，小禹智慧防汛系统相关核心技术成功推广至三门峡水利枢纽工程、广东省水利厅，研发的三门峡智慧防汛机器人、小粤防汛机器人，实现了雨水情势的实时跟踪、防汛信息的快速精准查询、汛情智能分析推送，大大提升了工作效率。

强化技术支撑，广泛应用实践，全力服务水利高质量发展

随着相关产品在应用实践中不断显身手见成效，黄河设计院研发的智慧防汛系列产品受到了越来越多的关注和认可。2023年，小禹智慧防汛系统入选水利部《水利先进实用技术重点推广指导目录》，“小禹防汛智能机器人”等装备参展中国国际高新技术成果交易会并获“优秀产品奖”。2024年，智慧防汛系列技术装备先后在印尼举行的第十届世界水论坛和在北京举行的第三届亚洲国际水周活动上亮相、展示，获得了与会人员的广泛关注和良好口碑。

小禹智慧防汛系统应用于深圳市防汛

黄河堤防郑州段马渡险工渗漏监测

郑州“21·7”特大暴雨灾后140余座水库病害检测