“水利一号 ”及组网的多颗遥感卫星化身“太空侦察兵”，全天候监测汛旱凌情；无人机和无人船组成“水陆空战队
” ，全方位守护河湖健康生命；巡检机器狗“上岗”
，轻松穿越复杂地形，为水库、大坝安全运行提供可靠支撑……

“今年‘七下八上’防汛关键期 ，我们充分发挥‘天空地水工’一体化监测感知体系作用
，建成了覆盖72类2600万水利对象数字孪生平台数据底板，生成10米格网精度的全国数字流域水系 ，多维度掌握河道 、水库
、蓄滞洪区等流域下垫面、淹没面积 、工程险情等动态变化数据，为水旱灾害防御决策提供‘天空地水工’一体化数据支撑
。 ”近日
，水利部信息中心主任付静在水利部“七下八上
”防汛关键期水旱灾害防御工作情况新闻通气会上介绍。

科技感十足的技术设备广泛应用，作为数字孪生水利重要组成部分的“天空地水工”一体化监测感知体系加快构建 ，推动对水利对象全要素、治理管理全过程的智能监测感知能力持续跃升 。

遥感卫星和测雨雷达发力

筑牢水旱灾害防御屏障

目前
，我国已基本形成涵盖31颗遥感卫星
、100余部测雨雷达、4800余架无人机 、13.3万处地面水文报汛站
、30多万处工程安全监测点的“天空地水工 ”一体化监测感知体系，正在告别以往以固定站点和断面为主的监测模式 ，逐步迈向“天空地水工
”监测感知一体化的“立体时代”。

7月10日
，小浪底水库下泄流量压减至600立方米每秒
。

图源：水利部小浪底水利枢纽管理中心

7月10日9时，随着小浪底水库下泄流量压减至600立方米每秒 ，水位回蓄至220.54米
，2025年黄河调水调沙水库调度圆满收官，实现抗旱保供、腾库迎汛 、水库排沙
、生态补水等多目标共赢。

这一复杂调度安全高效落地 ，背后是“天空地水工 ”一体化监测感知体系的硬核支撑 。

“通过RTK（实时动态载波相位差分技术）、无人机等设备
，结合卫星遥感影像等手段，获取调水调沙期间下游水位表现 、河势变化等海量一手数据
。
”黄河水利科学研究院泥沙研究所副所长张防修介绍。这些数据可以通过原型黄河
、模型黄河、数字孪生黄河“三条黄河”联动 ，精准预测工程可能出现的险情及河势演变趋势 。

数字孪生水利为河流 、水库等打造精准的“数字分身 ”，实现数字化映射
、智慧化模拟、前瞻性预演
。而这一切
，都离不开对物理系统全面 、准确、实时的数据采集。单一监测感知手段已难以满足需求，迫切需要“全要素
、高精度、高频率 、连续性
”的监测体系作为支撑 。

水利部党组高度重视数字孪生水利建设 ，要求加快推进“天空地水工”一体化监测感知体系夯基提能
，丰富算据
、优化算法、提升算力，对流域 、水网
、水利工程全要素和水利治理管理全过程进行数字映射、智能模拟 、前瞻预演 ，为推动水利高质量发展
、保障我国水安全提供“前瞻、科学 、精准
、安全 ”决策支持
。

水利部数字孪生平台

2024年7月
，水利部发布《数字孪生水利“天空地水工”一体化监测感知夯基提能行动方案（2024—2026年）》，从顶层谋划构建支撑水利多业务的一体化监测感知网 ，为数字孪生水利的高保真建设运行提供重要算据保障。

“其中‘天’依托遥感、卫星等技术
，实现大尺度全局监测感知；‘空’借助无人机 、高塔搭载测雨雷达等设备，完成中小尺度高精度动态监测感知；‘地’通过地面监测设施设备 ，聚焦关键区域点位要素的精准实时监测感知；‘水’专门针对河湖库水体、水中
、水下水利要素的监测感知；‘工’则聚焦水利工程内外部要素的监测感知 。
”付静介绍
。

天基、空基 、地基
、水基、工基五位一体的监测网络
，从水利行业全局出发，全面覆盖水旱灾害防御 、水资源管理与调配等水利“2+N”业务监测需求。

在全球气候变化背景下 ，极端天气事件多发频发重发 。在防汛战场上，及时畅通
、直达一线的监测感知数据
，可为人员撤离、水库调度 、蓄滞洪区启用以及防御预案生成等决策指挥提供坚实支撑，最大程度减少自然灾害带来的损失。

5月22日凌晨 ，湖南省桃源县牛车河镇遭遇极端强降雨突袭
，在全镇一度断网断电的关键时刻，得益于龙凤山站点新增的北斗卫星信道支持 ，数据持续传输
，助力预警链条不间断
。

7月3日晚到4日凌晨，四川省绵阳市北川羌族自治县夜雨滂沱 ，水利测雨雷达实时传输“云中雨 ”信息
，有效研判山洪泥石流灾害风险，提前转移1155户2636人。

7月23日至7月30日 ，海河流域遭遇入汛以来最强降雨过程 。水利部海河水利委员会水文局充分运用雨水情监测预报“三道防线
”
，加强对云中雨
、落地雨、河中水的立体化监测，提前20小时科学预判新盖房枢纽洪峰流量和出现时间 ，为两次避免东淀蓄滞洪区启用提供了科学支撑
。

……

从苍穹之上到洪浪之下，“天空地水工”各环节在协同中互补融合 、在联动中相互校验
，以“超前感知 ”的敏锐，为水旱灾害防御筑起一道更加牢固的安全屏障。

数字孪生平台和智能模型加持

赋能水资源高效调配

今年春天 ，西辽河干流水头一路奔涌
，抵达内蒙古自治区通辽市教来河口，与下游河道水体“握手相遇
” ，宣告断流27年的西辽河干流首次实现全线过流 。

在这场河流复苏的春日“会战”中
，“天空地水工 ”一体化监测感知体系对西辽河流域开展全方位
、多层次、动态化监测，努力让每一方水都补到“刀刃上
”
。

数字孪生西辽河。图源：水利部松辽水利委员会

“数字孪生西辽河平台实时汇集1.7万余处降水 、地表、地下
、取用水等监测站点的数据 ，再通过二维水动力模型推演河道过流能力、线路 、水量
，以求得调水的最优解 。”水利部松辽水利委员会总规划师林岚介绍
。

除了护航母亲河复苏，“天空地水工 ”一体化监测感知体系还为国家水网调度提供有力的数据保障。

浙东水网密布着7000余条河流
、8类2000余座控制性工程 。在这样复杂的平原河网地区 ，如何实现水资源多目标精细化调度？

“我们新建和接入各类监测设施1747处
，包括450处水位监测点、76处流量监测点 、97处工程运行状态监测
、561处取用水户监测等
。
”浙江省钱塘江流域中心浙东引水部主任严雷介绍。

浙东引水工程初步构建起具有区域特色的水网“天空地水工”一体化监测感知体系，为14个浙东引水特色水网专业模型和3个智能识别模型提供精准算据支撑 ，如同为工程装上“智慧大脑 ”，实现水资源统筹利用、高效配置与安全可控 。

而在水资源管理领域
，智慧化监测技术正持续延伸应用触角：重力卫星技术应用于地下水储量变化反演，在线监测计量体系为用水计量装上“精准标尺” ，量子点光谱设备实时监测水质变化情况……全维度感知
，让水资源管理如臂使指，为提升水资源节约集约利用水平筑牢基础。

热成像和智能监测技术应用

守护河湖健康生命

长江湖北黄冈段 ，矗立江边的通信铁塔架设热成像设备
，穿透浓雾和夜色，实时监控着往来船只 ，精准打击非法采砂等破坏行为
。

湖北省黄冈市智慧水域管理平台。图源：湖北省水利厅

“当船只一段时间内速度接近于一定低值
，且船只持续存在热点时，智慧水域管理平台会自动判断为违法采砂嫌疑并预警 。同时还会对采砂船进行抓拍 、实时弹窗预警和报警录像 ，为后续的违法取证工作提供依据
。
”湖北省黄冈市水利和湖泊局副局长徐正勇介绍。

依托热成像等先进技术
，黄冈智慧水域管理平台目前已成功制止近百起非法采砂行为，并对多起案件完成取证与立案 。

如今 ，高分辨率卫星遥感
、北斗卫星、无人机 、激光雷达
、视频智能识别等监测技术的应用，为河湖水域岸线空间管控和河湖库“清四乱”（清理乱占、乱采 、乱堆、乱建）规范化常态化开展提供了强大的助力
，让河湖库问题无处遁形
。

在甘肃，技术人员借助高分辨率卫星影像和多时相影像分析技术 ，捕捉到位于武山县某河道管理范围内砂场违规采建的完整过程
，并通过算法生成带有坐标定位
、面积测算的可视化证据链。

在浙江省绍兴市越城区，14架无人机搭载AI（人工智能）识别模型 ，编织起严密的智能巡查网络
，覆盖越城区90%以上的水域，每月减少基层河长人工巡河2286人次 。

……

近日 ，水利部部署实施河湖库一体化监测感知体系建设三年行动
，明确提出应用卫星遥感、视频监控 、无人机
、北斗等技术，强化河湖库水域岸线空间管控
。一张贯通监测、研判 、预警
、处置全链条的监测感知网 ，正在加速布局。

机器狗和机器人上岗

护航工程安全运行

在广西大藤峡水利枢纽4公里长的大坝廊道里
，一只银白色的机器狗化身水库“巡检员 ”，灵巧地腾挪四只仿生关节足 ，对监测设施和渗漏、排水等情况开展细致巡检 。

机器狗正在进行大藤峡水利枢纽工程廊道巡检
。图源：大藤峡公司

“这只机器狗深度融合人工智能技术，集成多种功能传感器
，可在无人值守的情况下实时监测廊道结构安全，精准排查裂缝 、渗漏
、积水等异常情况。
”广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司枢纽中心工程师陈虹余介绍 ，通过在“大脑”里植入水库大坝的数字孪生体
，加上持续学习的AI算法，机器狗的主动识别准确率已超过99.5% 。

在大藤峡水利枢纽 ，“天空地水工 ”这个“大家族
”里的各个成员正各司其职
，全方位守护水库和大坝安全——

4000多个安全监测点在施工期间同步布设，涵盖监测变形、渗流等20多种类型的传感器；磁吸爬壁式智能无损检测机器人与全域爬壁巡检机器人 ，广泛应用于坝顶门机等焊接质量检测以及主坝坝体 、引水隧洞混凝土衬砌质量检测；背包式激光扫描测量系统结合即时定位和地图创建技术
，能快速同步获取360度高清全景图和测绘级三维点云……

对于水利工程而言，渗流渗压
、位移形变、应力应变等工情险情要素的实时精细监测感知 ，是安全运行的重要前提。目前
，全国已累计完善425座大中型和5.1万余座小型水库大坝安全监测设施建设；在黄河古贤等12个水利枢纽工程开展智能大坝建设试点；堤防智能巡检 、智能石头等新技术得到成功应用
。

“天空地水工”一体化监测感知体系还广泛应用于农村水利水电等领域——

位山灌区智慧调度中心。图源：山东省聊城市位山灌区管理服务中心

山东位山灌区建成集卫星遥感、2000余处监测站点
、1100余处高清视频监控等于一体的“天空地水工 ”感知体系 。系统结合灌区20多年灌溉试验积累的长序列观测数据，能够分析预测灌域内主要作物需水量、土壤水分 、最优灌溉日期
、灌溉量及作物产量
。

全方位、全覆盖 、全要素的“天空地水工
”一体化监测感知体系 ，将守护江河湖库的感知经纬逐步加密，为水旱灾害防御
、水资源管理与调配等水利业务注入强劲的科技动能。

今年6月
，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于全面推进江河保护治理的意见》，指出要构建雨情水情监测预报体系 ，强化监测设施和信息资源共建共享
，加强河湖水资源动态监测分析 。水利部将继续完善“天空地水工”一体化监测感知体系，不断夯实监测感知技术 、环境
、制度、标准等基础保障 ，加快构建具有“四预 ”功能的数字孪生水利体系
，为水利治理管理提供前瞻性 、科学性
、精准性、安全性支撑
。