站在馬渡黃河岸邊，河水滔滔，長堤巍巍。馬渡下延102號壩上，王琴在石頭堆里找到一個椰殼狀的仿真石頭，這是他們埋藏在這里的寶貝——“智能石頭”。她不由想起5年前的那個夏天，她和團隊成員在40℃高溫下第一次在黃河現場布設“智能石頭”。而今5年過去，“智能石頭”已廣泛分布在河南段黃河，它們像一個個小衛士，日夜守護著黃河安瀾向東流。
長江邊長大的“黃河人”
“一條大河波浪寬，風吹稻花香兩岸……”以前，每次聽到這個旋律，王琴想起的總是家鄉的長江，而今，她更多想起的是奉獻了自己青春的黃河。80后的王琴出生成長于武漢，從小與長江為鄰。少時，她對黃河的印象更多是來自書本，“黃河之水天上來，奔流到海不復回。”這是何等的壯闊！只是那個時候，她沒有想到的是，日后她會來到黃河邊工作，日夜與黃河為伴。
黃河鄭州馬渡險工段大壩
“我現在對黃河的了解要遠多于長江。”2005年從華中科技大學畢業后，王琴就告別長江，來到河南黃河河務局工作，成為一名“黃河人”。“與長江的浩蕩相比，黃河多了幾分深厚。”這是王琴對黃河的第一印象。而后，多年的黃河科研工作讓她對黃河的了解越來越多，從淺到深、從外到內，從局部到全域、從過去到未來。每次來到黃河邊，普通人看到的是沙岸綿延、長河落日、金波浩渺，而她看到的是水位高低、流量多少、河勢如何、堤防安全……不是黃河美景吸引不了她，而是她心中更浪漫的事是把她看到的黃河“裝”進計算機，給治黃插上科技的翅膀。
王琴說，把黃河“裝”進電腦，首先要全面準確掌握黃河的各類信息數據，監測是一項基礎性工作。依靠現有設備，有些監測相對容易一些，比如水位、流速等；有些監測則難度很大，需要“上天入地”，比如根石探測。“這就要求我們在監測技術上不斷突破”。
2019年4月，王琴接到一項艱巨的任務——研發“智能石頭”。“‘智能石頭’就是探測堤壩根石動態的硬件設備。”王琴解釋，黃河堤壩由于河水沖刷，經常會出現根石走失的情況，嚴重威脅堤防安全。然而根石探測一直是困擾黃河防汛上的一道難題，河南黃河河務局從2003年就開始了根石走失預警的試驗，但一直沒有取得成功。接到任務后，王琴腦中閃過一絲猶豫，她深知這項任務的艱巨，能否順利完成，她并沒有十足的把握。
開拓拼搏是“黃河人”的精神，迎難而上是王琴一直以來的性格。“事在人為！”王琴決定接下這個任務，她很快就確定下大體的研發思路，并組建研發小組，下決心攻破這塊“硬石頭”。
科研征途上的“破壁者”
“摸著石頭過河，跌跌撞撞前行。”王琴這樣形容他們初期的研發工作。“首先要解決的是水下傳輸問題。”王琴說，考慮到黃河水含沙量大，他們決定采用水下有線傳輸的方式，經過反復試驗，最終才找到合適的線體。緊接著是續航問題，王琴團隊對多種微型電池逐一進行放電試驗，一次次失敗，就再一次次試驗，最終他們做到設備可續航一年以上。此后，王琴團隊又先后解決了軟件平臺搭建、外殼防水保溫等關鍵問題。4個月后，初代“智能石頭”誕生。
“它就像是一個潛伏在根石堆里的偵察兵。”王琴說，“智能石頭”的大致原理就是把一個外形做得像石頭的傳感器埋進黃河堤壩的根石堆里，根石一旦有異動，潛伏其中的“智能石頭”就會立即感知到，并第一時間發出預警。
2019年8月，炎炎夏日下，王琴和她的團隊成員來到開封黑下延工程，他們要在這里進行現場試驗，這也是“智能石頭”第一次從實驗室走進黃河。“智能石頭”到底能不能通過黃河這個“甲方”的檢驗，大家心里都糾著。現場布設也是困難重重，頂著40℃的高溫，王琴和她的團隊成員克服水下安裝等道道難題，3天后，他們完成了“智能石頭”的初次現場布設，大家身上也多了累累曬痕。令人欣喜的是，初次測試是成功的，這表示王琴團隊關于“智能石頭”的研發方向和思路是正確的，這無疑給他們注入了一針強心劑。
王琴至今對2020年7月9日的那次險情記憶猶新。當天，開封黑下延8號壩的“智能石頭”先后發出近20次預警，收到預警信息的巡查人員立即前往現場查看，當時壩體邊緣已經出現開裂，搶險人員迅速投入搶險工作，3個小時后險情得到有效控制。“經過這次險情，‘智能石頭’可以說是完成了從試驗到實戰的蛻變”。
接下來，王琴團隊又先后攻克多項技術難題，設備在防水、抗壓、穩定性、電池續航等方面不斷提升，如今“智能石頭”已更新至第四代。2022年，“智能石頭”首先在馬渡黃河標準化布設，到今天，“智能石頭”已推廣應用至河南、山西、山東等沿黃省份的80余處黃河工程。
數字黃河里的“弄潮兒”
2022年5月，黃河水利委員會印發《數字孿生黃河建設規劃（2022—2025）》，提出以數字化、網絡化、智能化為主線，以數字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的數字孿生黃河。
“數字孿生黃河，其實就是我們常說的把黃河‘裝’進電腦里。‘智能石頭’就是數字孿生黃河建設的一個基礎應用，也是河南數字孿生黃河建設的一個縮影。”走在馬渡黃河大堤上，王琴不僅對“智能石頭”了然于胸，對這里的其他“神兵利器”也如數家珍：河道巡察預警機、天眼巡河系統、飛航一體測繪無人船、自計水尺……這些“神兵利器”上天入地下水，幫助“黃河人”把黃河各方面信息數據盡掌握在手。
技術人員把“智能石頭”放進黃河大壩
同樣80后的張弛是豫黃智慧河務研發團隊負責人，不同于王琴團隊以硬件研發為主，他們所做的主要是把“智能石頭”等監測設備收集到的黃河數據匯集整理入計算機，他們做的正是“裝”這個步驟。在張弛的電腦上，我們可以看到一個高效運轉的河南數字孿生黃河矩陣：一個“豫黃大腦”，統領著“豫黃安瀾、豫黃河湖、豫黃安全、豫黃水資源、豫黃運管、豫黃建設”六大板塊。
張弛打開“豫黃安瀾”下的河南黃河四預一體化平臺，聚焦在馬渡黃河，這里的河道及沿岸情況盡在屏幕顯現，天氣、水位、流量等信息以及“智能石頭”的監測情況都可實時查看。他一邊演示一邊介紹：“在這個平臺上，可以進行水情、雨情預報以及水情、工情、險情、災情等的預警，同時系統還能通過模擬洪水演進過程進行防汛演練，發生洪水預警時，系統還會根據洪水情況自動給出可視化的防汛預案。今年汛期，相關部門就是通過這個平臺進行會商研判和指揮調度的。”
近期，張弛團隊研發的防洪工程安全指數動態評價預警系統也完成了新版本升級。該系統通過人工建模、傾斜攝影，同時結合水下地形勘測成果打造出三維場景，將河南段黃河5606道壩垛全部“裝”進了電腦。
黃河全長5464千米，其中河南段711千米。“把奔流不息、千變萬化的黃河完全‘裝’入計算機，是一項道阻且長的事業。”王琴也好，張弛也好，“黃河人”會像日夜東流的黃河一樣，不舍晝夜前行。
記者 李宇航/文 周甬/圖
《鄭州晚報》版面截圖
