带你深入数字孪生世界

数字孪生水利的一些背景

数字孪生是以数据、模型为主要元素构建的基于模型的系统工程。

数字孪生其实大家多多少少都知道一些，简单说就是物理世界到数字世界（孪生世界）；比如我们在电脑里能看到一个和现实“长的一样”的城。

数字孪生在水利行业应用中，建立防汛减灾、水资源管理与调度、水资源保护、水土保持和流域规划等业务机理模型，逐步建立各水利工程实体的几何外观孪生、全生命周期孪生及多尺度孪生，为实现数字化场景、智慧化模拟、精准化决策的智慧水利建设服务。

2019年开始，水利部大力推广智慧水利数字孪生建设，也是当前最热的信息化领域。

部里陆续出台了各类智慧水利数字孪生技术规程不下20个，可想决心与力度。

 大致说下部里出台的技术规程逻辑：

1、出台政策文件，要大力发展水利数字孪生。

2、部里统一发布顶层设计。

3、优先搞流域，告诉大家数字孪生流域怎么干。

4、孪生场景数据怎么生产、未来怎么共享。

5、孪生流域如何做到“四预”。

6、孪生流域的可视化要达到什么的要求。

……

整体来讲，操作和逻辑都非常好，能够统一标准、稳步推进。

数字孪生水利的一些疑问

实际参与到多个项目实战、听了很多人汇报交流、看了很多行业产品，感觉水利数字孪生走到了一个怪圈。

第一怪：过度强调于模拟的实感。

物理世界到孪生世界，犹如现实到摄影，同样的世界不同的人会有不同的表达。

孪生水利也一样，到底什么样的效果才算是孪生的水利？部里给了答案和要求。

《数字孪生流域可视化模型规范（试行）》，主要约定数字孪生流域模型平台中可视化模型的总体要求，规定自然背景、流场动态、水利工程、机电设备等四类可视化模型的输入参数、表达样式和技术指标等要求，指导可视化模型共建，促进可视化模型共享。

规范写的非常的详细，并且配备了大量的彩页样例图。对于孪生水利建设提供了很好的技术标准，但结合实际需求和目前的一些现实，总觉得追求的有点点偏。

就以光照为例吧，标准是这么要求的。

这……真的那么重要吗？算力资源天天干这玩意。

有兴趣的可以看看标准中对于风、雨、雾、雪、云层、四季变换、流水汇集等的详细要求。

反正一句话：凡是能动的都必须动起来，并且还得动的真实。

第二怪：跑不出的游戏引擎魔咒。

所以啊，做地理信息的兄弟们都傻眼了，纷纷投奔学习上了游戏引擎。

市面上的清一色基于游戏引擎的孪生水利。

一直怀疑背后支撑《数字孪生流域可视化模型规范（试行）》编制的技术单位，绝对跑不出市面上的那几家游戏引擎公司，如果忍不住骂几句娘他们一个跑不掉。

其实，咱不说越真实越不好，但追求的路线稍微有点偏。

另一方面游戏引擎真的就那么好吗？第一波坑大家走过了，已经有多少人要后悔了。

第一：开发难度大，市场上游戏引擎开发者贵。

第二：灵活性差，脚本级的演示挺好不适合业务的应用。

第三：吃算力资源，对GPU、带宽都有要求。

第四：还有真实坐标系的问题、CS/BS融合问题等。

走过的人已经开始慢慢抛弃它。

数字孪生水利提升孪生一个半

水是最宝贵的，是我们生命的源泉！

水，也确实很有意思；因为它是动的，不像土地、房子、城市不动。

所以，我们再看一些智慧城市孪生建设，其实只能算是某个时刻城市快照。城市也会有缓慢的变化，但孪生城市还只是停留在某一刻。

当然孪生城市里面也提到了一些传感器，说感知人类活动、城市变迁等等，其实还是虚的。

所以，诸如孪生城市之类的建设小胡子以为它只能算是数字孪生1.0。

水利行业的应用与需求和孪生技术有了很好的结合点，对于动态的模拟展示需求没有哪个行业有水利迫切。如今孪生水利的建设提升了孪生技术应用半个高度，但还未达到全面的2.0时代。

为什么呢？

水利数字孪生除了一般的孪生建设要求以外更加强调了对“动”的水的产汇流、水流、水质、泥沙运动、洪水演进等过程的动态模拟；注重于水是怎么聚集起来的，水是怎么淹没起来的，水是怎么流出去的，大坝是怎么决堤的……

但，很多动态的模拟只能说是脚本的预演，真正的全场景、真实时动态四预还存在技术难度。

比如下大雨了需要泄水。目前大家都能动态展示如何开闸、动态的泄水过程；但后续的计算和模拟并未实际跟上，比如泄水后，上游水位真实动态下降吗？

比如水质的变换扩散，水面上进行了模拟变化，有没有考虑到不同深度的水质变化？有没有真正时刻保存着最新的数据时刻模拟变化？

这里面其实有三个核心难点需要突破：

第一：基础数据问题。水是动态的，没有形状，它的载体就是低洼之地，类似一个“盆”，但目前大家的“盆”顶多也就考虑了DEM的问题，还有很多复杂问题没考虑。

第二：水利专业模型问题。支撑变化的后台是模型的专业性和准确性，还有实时数据不停修正，才能真正到达物理世界的模拟。

第三：算力问题。真正做到模拟需要大量的不停地计算，还要有一套较好的数据存储机制，才能做到真正的模拟。

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