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智慧水利关键一步!数字孪生流域怎么建?

微微菌

| 2023-04-14 10:03 275 0 0

数字孪生流域是推进智能水利建设的核心和关键,也是推动新阶段高质量水利发展的重要举措。全空间数字孪生技术有助于全方位、多层次地整合流域空间数据,构建坚实的平台场景底板,为流域平台的业务信息化和数字化奠定基础。

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数字孪生流域应用现状

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经过多年建设,流域水利信息化已取得了显著性成效,但总体上仍处于智慧水利起步阶段,与城市、交通、电力、气象等智慧先行行业及水利部打造数字孪生流域的要求相比,仍然存在明显短板和薄弱环节。

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▲流域孪生场景

平台建设初步实现了水利设施、水工设备、水利应用方面的信息集成与可视化,但在如何与涉水应用服务深度结合方面仍处于探索阶段,普及程度尚有欠缺,主要存在问题如下:

数据驱动不够,无法支撑流域全要素感知

流域范围内的水文监测数据获取不足,急需扩展数据接入的渠道,提升数据接入的效率,形成科学高效、反应灵敏的流域站网体系;水利工程安全运行监测数据汇集不足,监测数据没有达到分级汇集,难以支撑流域尺度的精准预报和精细调度;流域监测数据采集不足,新型传感器设备、智能视频摄像头、导航定位和遥感等新技术未得到广泛应用,物联网技术未得到充分应用。
模型支撑不足,无法满足业务仿真需求

模型之间衔接性较差,缺乏整体设计与融合;模型持续应用不足,缺乏统一管理;部分水利设施、水工结构模型建设年代较为久远,模型精度不足,需要升级更新;已开展的数字孪生应用中的三维模型建设以试点为主,范围和精度都不足以支撑应用需求。
知识驱动不够,无法达成业务信息化水平的提升

知识平台建设属于探索阶段,且各业务领域信息化发展不平衡、不充分,与实现涉水综合服务应用的需求不匹配,需要将实践成果形式和建设经验进一步沉淀到流域水利板块。
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全空间数字孪生流域建设目标

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全空间数字孪生流域建设主要包括:流域数字孪生模型场景构建、智能应用支撑建设、“2+N”系统应用研发,其主要建设目标如下:

完成流域孪生底座建设,为上层业务应用实现筑基

建设数据底板,实现对流域江河水系、水利工程及影响区域的数字化映射,筑牢数字孪生流域的基础。通过完善物联感知能力建设,为平台提供充足的数据支撑,从而实现物理流域与数字流域之间的动态、实时信息交互和深度融合,保持两者的孪生性。
开展智慧化模拟,实现数字流域和物理流域同步仿真

在数字流域的基础上以“四预”业务为核心,实现对水利现象和治理管理活动全过程的精准化模拟,达成数字孪生流域和物理流域的同步仿真运行、虚实交互、迭代优化,赋能水利业务。
借助知识平台完成决策建议方案生成,实现精准化决策支撑

按照“大平台+微服务”的技术架构,建设面向涉水服务的“2+N”业务应用,强化流域治理工作的数据支撑,确保决策方案的科学以及能有效支撑精准化决策,重点构建智能化业务应用体系,辅助制定满足不同业务目标的最优化方案,以便最大程度规避风险、提高效益、减少损失。

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全空间数字孪生流域平台时空底座构建

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数字孪生流域平台时空底座构建的前提是理清用户需求和数据体系,明确用户定位后,按需组织、分级建设,其主要内容包括:宏观流域场景、微观水利工程场景搭建。

宏观流域场景搭建

宏观流域场景根据业务应用需求有两种构建模式。一是面向服务于宏观流域管理的平台,在汇集影像、地形、水下地形、矢量数据的基础上,还将汇集包括但不仅限于蓄洪区、滞洪区、行洪区及其周边聚集区等重点区域模型数据,全量构建空间场景;二是面向服务于微观水利工程管理的平台,汇集宏观场景影像、地形、矢量数据采用空间叠置的技术手段实现宏观底板构建,与微观水利工程场景组合使用。

依托于瀚涛天图自研的数字孪生平台,结合超图三维GIS游戏引擎开发平台,瀚涛天图完成了宏观流域场景建设,可实现流域的地形地貌、空间分布等信息可视化呈现。为保证宏观流域场景与现实世界高效协同,平台支持按照不同数据精度、更新周期保障数据实时更新。

微观水利工程场景搭建

微观水利工程场景搭建主要包括:汇集水利工程库区、坝区及工程下游影响区影像、地形、水下地形、矢量、三维模型、BIM模型等数据;及时更新不同类型、精度的数据;结合瀚涛天图自研数字孪生平台及超图三维GIS游戏引擎开发平台实现微观水利工程场景重构。
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▲水电站数字孪生

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全空间数字孪生流域平台建设

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数字孪生流域建设以提升“四预”能力为核心,充分完善2项应用,拓展N项业务,完成“2+N”业务应用体系构建,服务用户多级协同、梯级调度。

强化“四预”能力

“四预”分别是预报、预警、预演和预案,是数字孪生流域平台中广泛应用的基础业务能力。强化“四预”能力主要依靠夯实基础算力,全量对接物联感知设备,整合流域相关数据充实算据库,不断训练优化算法模型,全面提升“四预”能力及平台测报精度。
完善2项应用

2项应用分别是流域防洪应用和水资源管理与调配应用,均是数字孪生流域平台应用领域的重要命题。流域防洪将基于国家防汛抗旱指挥系统,扩展定制流域防洪数字化场景,升级完善洪水预报、预警功能,重点建设模拟仿真模块,补充旱情综合监测预警功能和淤地坝洪水预报功能,构建防汛抗旱“四预”业务平台;水资源管理与调配应用结合国家水资源监控能力建设项目、国家地下水监测工程,完善水资源管理与调配数字化场景,整合取水许可审批、水资源税(费)等信息系统以及水资源监管预警、调配管理决策等功能,构建取用水管理政务服务与调配综合平台。

拓展N项业务

平台将结合水利工程建设应用场景,面向水利工程建设和运行管理、南水北调工程、河湖长制及河湖管理、水土保持、农村水利水电等应用领域健全N项业务应用场景,升级完善场景业务应用功能,加快推进数字孪生流域平台与用户业务结合深度;深入理解节水管理、水政执法、水利监督、水利公共服务等应用业务,健全建立数据库,研发完善风险评估模型,整编国家、行业及水利部门标准,加强业务协同深度,打造面向用户级、全周期的数字孪生流域平台。

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创新技术助力平台构建

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优化数字孪生三维引擎渲染技术

平台进一步优化了数字孪生三维引擎渲染技术,有效解决影像、地形等对象渲染难题,助力面向流域级、水利工程级应用场景空间构建。
优化基于算法实现的三维仿真模拟技术

通过算据与算法相结合,平台以算法获取的成果驱动三维仿真模拟,在高渲染引擎能力保障下,实现以算法驱动仿真模拟,令三维仿真结果更具现实指导意义。
研发面向流域的数据标准体系与数据协同治理技术

立足水利行业,平台基于前期业务积累编制一套适配流域管理的数据数据标准体系,服务平台数据汇集、服务分发,从源头约束数据的一致性,保障平台稳定运行。

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赋能多部门水利智慧化建设

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平台整合流域业务应用中的全场景、全业务应用数据,消除系统烟囱、打破数据壁垒,构建覆盖宏观流域场景、微观水利工程场景的空间孪生体,满足数据互通、信息共享、场景共用、协同应用、联动处突的应用需求,提高流域治理的高位调度力、基层能动性,提升流域应用平台的智慧化程度。目前已为多个流域管理公司、省级水利厅、市级水务局等应用部门提供涉水应用平台服务,赋能水利智慧化建设。

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▲流域场景洪水演进模拟


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