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数字孪生 | 数字孪生流域

发布时间:2023-01-16 文章来源:

2021年12月23日,李国英部长在水利部推进数字孪生流域建设工作会议上对数字孪生流域提出了建设要求。


2022年水利部先后印发《数字孪生流域共建共享管理办法(试行)》、《数字孪生水利工程建设技术导则(试行)》、《水利业务“四预”基本技术要求(试行)的通知》。


数字孪生流域建设是推进智慧水利建设的关键和核心,以数字孪生技术赋能水文业务,可全面提升水文业务应用能力,需要加快推进。


艾力泰尔深耕水利行业多年,以解决水文行业实际问题为导向,根据数字孪生流域各板块的技术特点,从数字流域一张图、数据服务中心、模型算法中心、应用支持平台、四预平台、智慧应用系统、智慧运维平台分解数字孪生流域具体建设任务。


01、数字流域一张图

数字孪生底座 --- 地理空间数据

地理空间数据是数据底板建设的重点,主要包括DOM(数字正射影像图)、DEM(数字高程模型)、倾斜摄影模型、BIM(建筑信息模型)、水下地形和水利专题等六部分内容,分为L1、L2、L3三级。


L1:水利部本级(大尺度) ,数据底板覆盖全国。


L2:流域&省级(地形轮廓) ,在L1级基础上,进行数字孪生流域重点区域精细建模。


L3:工程实体级(精细外形),在L1、L2级基础上,对关键局部实体场景建模,重点覆盖重要水利工程坝区、库区及其下游影响区域。

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数字孪生场景建模

数字孪生建模有主要采用两种方式:基于浏览器WebGL技术的倾斜摄影三维建模和基于游戏引擎的人工三维建模。

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构建数字流域一张图 --- 点、线、面结合 + 多技术混合

点:重要水库、水文站、主要防洪城镇,重点水利建筑、核心机电设备


线:河道主要干支流,主要防洪河段,主要交通线路,以及重要转移路线


面:覆盖全流域,展现流域地形、植被覆盖情况,以及河流、提防、站点分布

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02、数据服务中心


遥测统一接收平台

对所有遥测、人工报讯数据进行统一接收、过滤、计算处理,提供高并发、高可靠的数据入口。

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数据汇聚处理平台

对现有业务系统数据库、数据文件、以及跨行业相关数据进行汇聚、清洗、整合处理,形成统一的标准数据集。

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数据交换系统

对省市县多级监测数据,以及外省市、流域机构监测数据进行实时交换共享。

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数据质控平台

通过监测数据阈值分析、历史时序数据合理性分析、多要素以及多测站之间的数据关联分析,自动识别异常数据,通过人工判断后,对异常数据进行订正。


数据服务平台

实现统一的数据访问服务,支持多种国产数据库,提供权限控制、访问统计等功能。

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视频汇聚平台

通过对接不同厂家的视频平台,聚合各个分中心以及其他单位相关监控视频,实现统一浏览。

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03、模型算法中心


提供统一的“算法 + 知识”服务,包括水利专业模型、智能识别模型、知识库等。


►水文专业模型

1、洪水预报模型

结合气象预报、降雨及空间分布、边界水位预报、边界交互流量,提供流域内河道流量及湖区水位过程。

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2、水动力模型

根据未来降雨、边界来水预报及河道水下地形,通过二维水力学模型(一、二维耦合水力学模型)的洪水演进模拟,可以模拟预报出洪水在河道内的演进过程,输出河道水面动态变化过程及流场、流速分布。


3、防洪调度模型。

在预报模型基础上,根据实时的水情和调度需求,通过防洪调度模型,对重点区域进行调度分析、计算,并给出相应的调度方案,实现预定的调度目标,为防汛指挥提供决策支持。


► 智能识别模型

1、智能水位图像识别模型

基于智能化摄像头,采用AI技术和深度学习模型,依托海量的、高质量的训练数据,自动处理大量的水文监测视频、图像文件,通过处理、分析和理解,实现对水位智能识别和分析。

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2、水动力模型

根据未来降雨、边界来水预报及河道水下地形,通过二维水力学模型(一、二维耦合水力学模型)的洪水演进模拟,可以模拟预报出洪水在河道内的演进过程,输出河道水面动态变化过程及流场、流速分布。


3、防洪调度模型。

在预报模型基础上,根据实时的水情和调度需求,通过防洪调度模型,对重点区域进行调度分析、计算,并给出相应的调度方案,实现预定的调度目标,为防汛指挥提供决策支持。


► 智能识别模型

1、智能水位图像识别模型

基于智能化摄像头,采用AI技术和深度学习模型,依托海量的、高质量的训练数据,自动处理大量的水文监测视频、图像文件,通过处理、分析和理解,实现对水位智能识别和分析。

►知识库

知识库包括水利知识和水利知识引擎。


水利知识包括预报调度方案库、知识图谱库、业务规则库、历史场景库、专家经验库等;水利知识引擎主要是管理和驱动水利知识,包括知识表示、抽取、融合、推理和存储等。


04、应用支撑平台


为各应用系统提供运行环境、运行资源调度、多种服务及接口。提供统一通用组件、统一用户管理、统一安全服务、统一数据服务、统一网关接口的支撑,避免重复建设。

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05、数字孪生流域四预平台

数字孪生流域四预平台五大功能:实时监测、水雨情预报、预警信息、模拟预演、预案管理。

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06、智慧运维平台

采用线上“集中监管+远程诊断”,  线下“现场检修+按需服务”的O2O运维模式。

► 运行态势可视化 - 监控中心

实时监控预警、智能统计分析。

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► 故障处理闭环化 - 维护中心

发现故障、智能派单、解决故障、上报消单。

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► 绩效评估数字化 – 质量中心

支持业务保障能力量化,服务承诺量化,服务过程量化,服务结果量化。

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► 移动运维 - 智慧运维App

移动运维平台与PC端数据互联互通,管理人员可以随时对站点运行状况进行监控,保障监测数据的连续性与及时性。维修人员可随时随地获取设备故障信息,及时获取维修工单,第一时间赶到故障现场解决问题。

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