水利大模型构建与应用场景

文章的核心观点源自中国水利经济研究会2024年资助课题《数字孪生水利产品研制与价值发挥模式研究—以水利部数字孪生模型平台与AI大模型为例》（课题编号：CSWEZZ2024-07）。该课题由水利部信息中心(水利部水文水资源监测预报中心)课题组承担，中国水利经济研究会资助。

一、构建思路

按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，在全国水利一张图、水利数字孪生平台模型平台的基础上，开展适用行业的大模型遴选和领域训练及微调，将大模型与水利行业传统的知识进行融合，形成“可听懂水利话”的理解能力；开展水利知识库建设和知识图谱强化的领域大模型，通过知识图谱技术提供知识引擎的决策支撑和推理约束，形成“会分解水利任务”的分析能力；开展大模型驱动的模型平台组合调用与外引工具计算，实现知识引擎驱动数据、模型运转，形成“可调用水利专业模型”的计算能力；开展基于水利一张图的多模态大模型融合开发，形成“可展示水利需求”的显示能力；开展水利大模型与涉水多终端和芯片研制的耦合联动，形成“可驱动水联网”的终端能力。构建具备先进性、实用性、集成性、开放性、可靠性、安全性的水利大模型平台，并在“2+N”业务中实际运用，逐步形成水利领域大模型共建共享体系。

图2 水利知识引擎构建架构

二、水利部大模型构建模式

通过科学研究和基建前期攻关，水利部信息中心开展水利部大模型建设，构建了灵活自主可扩展水利大模型推理与运营引擎框架，设计了基于预训练和微调的行业领域训练以及知识参数在线更新模式，探索了文档办公、图像识别、专业计算与智能决策类应用。面向水利行业不同层级管理主体，拟通过“1+7+X”建设形式实现标准统一、接口规范、流域、省区、工程按规范自主建设，充分共建共享的水利部大模型。在支撑数字孪生水利建设方面，实现动态更新应用全国水利一张图和数字孪生水利数据底板的数据信息，实现水利大模型对模型平台计算运行驱动并动态更新参数，逐步实现对水旱灾害防御、水资源管理与调配、河湖管理以及其他水利业务的应用赋能，形成水利知识驱动水利业务应用的典型范式，大大提升水利行业的工作效率、决策精准化和管理智能化水平。

图3 水利大模型构建模式

三、水利大模型应用场景

（1）文档类办公应用

办公类应用主要应对用户对智能化、自动化、定制化的办公材料编制的需求，集成了信息检索、公文撰写辅助和摘要提取等功能，具备完成生成会议方案、编写数据图表的文档（初稿）、复杂材料摘要总结等任务的能力，可提高办文办会办事效率、用户体验和表述准确性，降低基础性重复操作。例如，“帮我找一下2021年以来关于数字孪生水利工程建设的规定和领导讲话”、“生成一个2000字左右的数字孪生水利建设投资相关总结报告，并用柱状图展示2012年以来相关投资金额和项目数量变化情况”“参照给定文件的体例格式和内容，生成关于2024年数字孪生水利建设重点的介绍材料”。

图4 数字孪生流域大模型平台办公助手应用

（2）图像识别类应用

为了确保水利管理的精确性与效率，图像识别类应用基于全国水利一张图，致力于满足不同用户群体的个性化需求。通过集成水利大模型与数字孪生技术，该应用平台能够为用户提供定制化的服务。用户可以根据自身需求设置主题，系统则动态生成涵盖降水量分布、水库蓄水量、河流水位等关键水文和空间信息的专题图表。具体应用场景方面，可实现水利大模型基于高分遥感影像，调用遥感智能识别模型识别永定河河道管理范围内的建筑物；通过大模型自动检索河湖遥感平台本底数据库，识别新增的建筑物清单；通过大模型自动生成永定河新增疑似碍洪违建分析报告及现场核查最优路线方案等功能。

图5 水利大模型平台图像识别类应用

（3）专业计算与智能决策类应用

水利专业数学模型和计算是数字孪生水利的核心和关键，但水文预报、水动力学、水利工程多目标优化调度等专业模型对于业务人员专业技术要求较高，一般业务人员面临复杂决策情况时往往无法做出科学合理的水利专业计算和制定精准的决策方案，如在面临流域性特大洪水预报、预警、预演、预案“四预”工作流程时，需要水文预报、预警发布、调度预演、预案执行等多业务部门多人员组成的团队滚动会商数小时乃至数天才能制定合理的防洪预案，制定防洪方案预案的科学性合理性和效率影响着防洪应对的成效，事关广大人民生命财产安全。水利大模型的应用可有效提升管理人员对海量水利业务数据的分析处理能力，另一方面也通过大模型驱动数字孪生技术对各类复杂决策进行低成本、快速的预演并优化评估，有效提升决策效率。