【ZiDongHua 之“推好新品榜”收錄關(guān)鍵詞：智能軟硬件 無(wú)人機(jī) 機(jī)器學(xué)習(xí) 傳感器 】
　　
　　田富強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)丨洪水預(yù)報(bào)智能軟硬件一體化產(chǎn)品
　　
　　洪水預(yù)報(bào)智能
　　
　　軟硬件一體化產(chǎn)品
　　
　　Flood Intelligent Forecasting
　　
　　Integrated Hardware and Software Product
　　
　　清華大學(xué)田富強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)
　　
　　引言
　　
　　針對(duì)城市和山區(qū)洪水精準(zhǔn)預(yù)報(bào)預(yù)警需求，聚焦破解當(dāng)前洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)割裂和效率低下難題，創(chuàng)新性應(yīng)用智能和無(wú)人科技賦能洪水預(yù)報(bào)，研發(fā)了精準(zhǔn)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)智能構(gòu)建軟硬件一體化產(chǎn)品，產(chǎn)品在北京和福建得到了業(yè)務(wù)化應(yīng)用。在25年4月第二十屆水利先進(jìn)技術(shù)推介會(huì)上，該產(chǎn)品被水利部科技推廣中心列入“天空地水工”技術(shù)推廣清單。
 
　　
　　洪水預(yù)報(bào)智能軟硬件一體化產(chǎn)品一覽
　　
　　01
　　
　　流域地表監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)
　　
　　Water Control Survey Drone
　　
　　水利測(cè)繪特化飛行無(wú)人機(jī)
　　
　　自主研發(fā)水利測(cè)繪特化飛行無(wú)人機(jī)，具備高升阻比，高機(jī)動(dòng)性能，更加適合在復(fù)雜地形山區(qū)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)洪水預(yù)報(bào)模型參數(shù)的快速監(jiān)測(cè)和解算，自主研發(fā)智能算法提取高精度地形、河網(wǎng)、地物單體模型、糙率、冠層截留等參數(shù)。
　　
　　◇ 測(cè)傳相結(jié)合，提升飛控安全性
　　
　　◇ 測(cè)模演相結(jié)合，實(shí)時(shí)校核數(shù)據(jù)精度，一次作業(yè)不返工
　　
　　◇ 設(shè)備全國(guó)產(chǎn)化，符合信創(chuàng)要求
　　
　　◇ 單日作業(yè)面積200km²
　　
　　◇ DEM分辨率30cm，誤差<2cm
　　
　　◇ 閘壩橋涵和建筑等LOD2級(jí)模型
　　
　　02
　　
　　暴雨監(jiān)測(cè)和短臨預(yù)報(bào)
　　
　　Radar QPE & Nowcasting
　　
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　　暴雨雷達(dá)監(jiān)測(cè)
　　
　　多雷達(dá)組網(wǎng)拼圖和暴雨雷達(dá)監(jiān)測(cè)新方案：
　　
　　◇ 充分利用反射率信息優(yōu)化組網(wǎng)拼圖技術(shù)，提升對(duì)流降水系統(tǒng)強(qiáng)度和落區(qū)的識(shí)別精度
　　
　　◇ 在降雨反演中引入云團(tuán)垂直結(jié)構(gòu)的綜合分析，顯著改善極值降雨量的反演表現(xiàn)
　　
　　◇ 結(jié)合天氣學(xué)原理和物理約束條件，強(qiáng)化短臨預(yù)報(bào)模型的物理一致性和科學(xué)性，從而顯著提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性
　　
　　◇ 提供30-500米分辨率，更新頻率5分鐘以內(nèi)的QPE產(chǎn)品
　　
　　23·7北京市特大暴雨雷達(dá)反演
　　
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　　短臨預(yù)報(bào)
　　
　　降雨短臨預(yù)報(bào)的深度時(shí)空表征增強(qiáng)模型：
　　
　　◇ 深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)和時(shí)空表征增強(qiáng)等技術(shù)構(gòu)建
　　
　　◇ 多波段雷達(dá)組網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)訓(xùn)練和推理
　　
　　◇ 相較數(shù)值模式、光流法和其他深度學(xué)習(xí)模型，該模型更能表征降雨空間變異性，從海量雷達(dá)數(shù)據(jù)中捕捉降雨系統(tǒng)的復(fù)雜非線性變化規(guī)律
　　
　　◇ 精準(zhǔn)推演降雨系統(tǒng)的生長(zhǎng)、發(fā)展、消亡過程，提供未來(lái)0–3小時(shí)的區(qū)域降雨強(qiáng)度和降雨量預(yù)報(bào)
　　
　　03
　　
　　洪水預(yù)報(bào)模型
　　
　　Flood model
　　
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　　水文模型
　　
　　◇ 代表性單元流域水文模型：基于主導(dǎo)產(chǎn)流機(jī)制時(shí)空變化規(guī)律定制本地化同位素水文模型
　　
　　◇ 快速建模：云端執(zhí)行河網(wǎng)提取、流域劃分、驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)制備等模型構(gòu)建任務(wù)
　　
　　◇ 一鍵調(diào)參：根據(jù)用戶指定的數(shù)據(jù)源、時(shí)間范圍，用戶可自主或在云端率定參數(shù)
　　
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　　水動(dòng)力模型
　　
　　◇ 采用全域二維水文水動(dòng)力底層耦合，協(xié)同考慮外洪內(nèi)澇演進(jìn)
　　
　　◇ 采用非結(jié)構(gòu)三角網(wǎng)格分級(jí)約束離散，高效兼容多尺度高程數(shù)據(jù)集，滿足流域-山溝-城市跨尺度系統(tǒng)一體化建模需要
　　
　　◇ 采用多GPU加速模型計(jì)算
　　
　　◇ 支持接入暴雨雷達(dá)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，提供基于熱啟動(dòng)模式的洪澇滾動(dòng)預(yù)報(bào)
　　
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　　洪澇全要素代理模擬軟件
　　
　　機(jī)器學(xué)習(xí)代理加速
　　
　　◇ 過程-數(shù)據(jù)融合驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與原物理性模型模擬要素嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的代理模擬
　　
　　◇ 長(zhǎng)短時(shí)記憶單元學(xué)習(xí)水文產(chǎn)流過程，自動(dòng)考慮前期土壤濕度的時(shí)序影響
　　
　　◇ 圖注意力單元學(xué)習(xí)水動(dòng)力匯流過程，自動(dòng)表示非結(jié)構(gòu)化單元的空間關(guān)聯(lián)
　　
　　◇ 3小時(shí)降雨事件解算時(shí)間在0.03秒內(nèi)
　　
　　04
　　
　　無(wú)線土壤水分傳感器網(wǎng)絡(luò)
　　
　　Wireless Sensor Network (WSN)
　　
　　設(shè)備管理和數(shù)據(jù)可視化APP
　　
　　← WSN節(jié)點(diǎn)傳感器
　　
　　◇ 低成本土壤水分傳感器及實(shí)時(shí)傳輸解決方案。節(jié)點(diǎn)傳感器國(guó)產(chǎn)化，性價(jià)比高，具備數(shù)據(jù)中繼功能，采樣周期10秒~1天
　　
　　◇ 一體化無(wú)線傳感器設(shè)計(jì)。集成通信、控制、電源和測(cè)量模塊，便于攜帶安裝?？蓽y(cè)量土壤剖面體積含水量、土壤溫度和土壤電導(dǎo)率等參數(shù)
　　
　　◇ 全自動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理流程。自主開發(fā)了完整的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集、實(shí)時(shí)整理、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)發(fā)布技術(shù)，極大降低了運(yùn)行維護(hù)難度和成本
　　
　　05
　　
　　洪水智能預(yù)報(bào)車
　　
　　Flood Intelligent Forecasting Vehicle
　　
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　　智龍一號(hào)
　　
　　智龍一號(hào)洪水智能預(yù)報(bào)車
　　
　　智龍一號(hào)洪水智能預(yù)報(bào)車集成車載機(jī)場(chǎng)、水利測(cè)繪無(wú)人機(jī)、獵汛智瞳設(shè)備、洪水預(yù)報(bào)模型等，可實(shí)現(xiàn)百平方公里數(shù)字孿生流域的日尺度快速構(gòu)建、亞米級(jí)分辨率山洪和城市內(nèi)澇過程的分鐘級(jí)快速預(yù)報(bào)和實(shí)景三維展示。
　　
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　　獵汛智瞳
　　
　　城市環(huán)境洪澇模型要素感知設(shè)備
　　
　　依托車載移動(dòng)平臺(tái)與多模態(tài)傳感器，配合基于風(fēng)險(xiǎn)感知的地理智能體推理，前瞻指引規(guī)劃最優(yōu)監(jiān)測(cè)路線，高效解譯雨篦子等基底要素和積水等關(guān)鍵信息，降低模型構(gòu)建成本30%，縮短模型更新周期至分鐘級(jí)。
　　
　　產(chǎn)品性能指標(biāo)
　　
　　已授權(quán)和申請(qǐng)中專利：
　　
　　流體高性能CPU-GPU 異構(gòu)的并行仿真計(jì)算系統(tǒng), 2025103342259
　　
　　區(qū)域雨澇測(cè)防車輛及方法, 2024119737047
　　
　　基于激光雷達(dá)的冠層截留量確定方法及裝置, 2024110429021
　　
　　全密封的土壤墑情傳感器, 2024215781559
　　
　　測(cè)量土壤墑情和地表積水的傳感器系統(tǒng)以及測(cè)量方法, 2024108941223
　　
　　水動(dòng)力模擬方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì), 2024107878434
　　
　　洪水智能預(yù)報(bào)車, 2024303277928
　　
　　可起降垂起固定翼無(wú)人機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)的雙機(jī)巢裝置, 2024211908601
　　
　　無(wú)人機(jī)可起降收納的收展平臺(tái), 2024106740111
　　
　　基于無(wú)人機(jī)搭載微波輻射計(jì)進(jìn)行土壤墑情檢測(cè)方法及裝置, 2024105707243
　　
　　無(wú)人機(jī)接駁用運(yùn)載及可擴(kuò)展起降平臺(tái)車廂, 2024208670087
　　
　　應(yīng)用情況：
　　
　　在北京和福建等地開展了業(yè)務(wù)化應(yīng)用，全過程支撐了“23·7”海河流域特大洪水期間首都抗洪救災(zāi)工作。
　　
　　研發(fā)機(jī)構(gòu)：清華大學(xué)極端暴雨和城鄉(xiāng)韌性研究團(tuán)隊(duì)
　　
　　負(fù)責(zé)人：田富強(qiáng)
　　
　　首席科學(xué)家：倪廣恒