科技日报记者 孙越 实习生 杨佳音
在2026年世界水日来临之际，黄河保护治理的科技成色愈发鲜亮。在郑州马渡下延工程现场，河南河务局信息中心工程科的王琴正俯身调试一枚形似椰壳的“石头”。这块看似普通的石头，内部却嵌入MCU芯片与多维传感器，是伪装成天然石块的“智能石头”。
如今，2232枚“智能石头”精准布设于河南境内黄河流域两岸，在14处重点工程、171道坝垛日夜值守。它们不仅可以实时感知水情变化，还能在险情发生的第一时间发出预警，如同守护母亲河的智能“哨兵”，推动黄河防汛从传统治理迈向现代“智理”。
从被动抢险到主动防御
黄河在河南境内是典型的游荡型河道，一旦遭遇大洪水，防汛压力极大。对此，河南河务局信息中心组建了“河南河务局数字孪生第一创新团队”，全力开展研发根石走失智能监测设备。
2019年，第一代“智能石头”的成功问世，迈出了从无到有的关键一步。它如同水下的“感知神经”，与“智感”等装置共同组成水下根石、水上坦石在线监测“哨兵网”，实现险工控导工程工情险情的全天候实时“监测、感知、预警”，为防汛抢险“抢早、抢小”赢得先机。
方向确定后，技术迭代成为重中之重。在一次团队讨论中，椰壳的流线型外观激发了大家的灵感——这种造型既能有效减小水流阻力，又能更好地保护内部元件。自此，“椰壳”便成为“智能石头”的设计雏形，虽然后续在材质上历经超轻黏土、泡沫、橡胶等多次更迭，但其标志性的外形一直保留至今。
“复杂水环境信号弱、野外长期供电难、多源数据融合精度低，这些都是要啃的‘硬骨头’。”研发团队成员王越洋回忆道。面对这些困难，团队对不同规格的微型电池进行了系统化测试，选定最优电源方案，确保设备在极端环境下可持续工作一年以上。同时，他们采用四芯传感线精准感知根石状态，并结合三维可视化告警与大数据分析，可实时回传出险时间、坝岸编号、断面变化及现场图像视频，同步推送至电脑和手机终端。
“以前只知道大概位置有险情，现在‘智能石头’能告诉我们石头是平移了、滑落了还是翻滚了。”开封第一河务局副局长李国顺深有感触。2024年汛期，部署在开封黑下延控导工程的多颗“石头”提前数小时发出根石位移告警。李国顺和队友们精准出击，成功避免了一次可能发生的较大险情。
从河南“试验田”到国际舞台
以“智能石头”为代表的数字孪生技术，正为黄河保护治理打开更多可能。
在河南黄河防汛会商中心，四预一体化平台将“智能石头”传回的数据，与878处摄像头、79架无人机采集的信息深度融合，构建起“天空地水工”一体化监测感知网，实现治黄业务全方位、全链条、全领域“数智化”升级。今年2月，研发团队再获突破，基于图像识别技术与“智能石头”运行数据，研发出AI算法模型，可智能识别并过滤无效告警，进一步提升告警准确率。
“为适应更多应用场景，‘智能石头’不断迭代升级，监测方式由过去的单点扩展至整面。”团队工程师甘天辰介绍。这颗“石头”已具备规模化量产能力，正从河南的“试验田”走向守护全国水网安全的广阔舞台。
在南水北调中线拒马河段，针对扭王字块的护岸监测需求，团队创新性地采用点位串联方式，让这些“石头”成功守护国家水脉安全。目前，“智能石头”已推广至山东、山西、青海等地河道，斩获多项专利与行业奖项，入选水利部“科技推广项目”，亮相国际水利行业舞台。在第十八届世界水资源大会、第三届亚洲国际水周等国际舞台上，这一创新成果也吸引了众多国内外专家的目光。
截至目前，“智能石头”已拥有5项实用新型专利，获得“CMA”和“CNAS”国家质检认证，入选水利先进实用技术重点推广指导目录，被评价为国际先进水平。这枚小小的“智能石头”，不仅筑起了守护母亲河的科技堤坝，更成为中国水利工程数字化、智能化转型的生动缩影，以持续迭代的创新力量守护大河安澜。
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