數字孿生，智慧水利的最佳領航員

    引言

    智慧水利建設是新階段水利高質量發展的重要實施路徑和顯著的標志之一。數字孿生流域是智慧水利的核心與關鍵，數字孿生水利工程是數字孿生流域建設的重要任務，數字孿生水網是建設國家水網的重要內容，數字孿生灌區建設是智慧水利建設的重要內容，是提升灌區管理水平的有效手段，也是新階段灌區高質量發展的方向。

    2023年4月18日，由中國水利企業協會智慧水利分會、北京河湖智慧水利技術中心主辦的“2023智慧水利建設高峰論壇”在武漢歐亞會展國際酒店盛大開幕。此次大會旨在推進 3S、BIM、數字孿生、云計算、大數據、人工智能等新技術在水利中的應用，按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”的要求，全面推進算據、算法、算力建設，加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的智慧水利體系。進一步提升智慧水利建設、管理和服務水平，加強同行間經驗技術交流，推廣新技術新產品應用。

    此次會議以“數智賦能啟新航   智慧水利譜新章”為主題，其間共舉行了會議主論壇、數字孿生專題、水利遙感（空間技術）專題、智慧河湖專題、國家水網專題、水利網絡安全專題等；深入探討智慧水利信息化規劃、設計、建設、管理、服務等創新發展及新一代信息技術在水利應用與發展等內容；會議同期還舉辦了“2023智慧水利建設技術及裝備展”。

    博能股份作為此次會議的支持單位，受邀參加了此次2023智慧水利建設高峰論壇。北京博能科技股份有限公司副總裁兼成都博能數智科技有限公司總經理齊煥然在數字孿生水利專題報告會上發表《數字孿生水利建設的應用與探索》主題演講。

    博能股份作為一家元宇宙基礎設施新基建商，依托于自主研發的數字孿生操作系統BLinkOS，結合多年的技術積累和經驗沉淀，打造了數字孿生水利解決方案，該解決方案以數字孿生、GIS、BIM、5G、大數據、云計算、物聯網、AI等技術為支撐，以發展現代化智慧水利為目標，推動物理實體與數字模型同步交付。

    智慧水利是以“水利設施+互聯網”為理念，融入5G、物聯網、大數據、云計算、數字孿生、GIS等技術，通過三維可視化手段實現從規劃、建設、管理、維護及應急等全流程實現綜合管理。全場景、全時空、全天候進行流域防洪、水資源管理與調配，對現役水利設施進行遠程監測、安全分析和完整性評估，實現流量、壓力及泵、閥、閘等設備的自動控制，自動完成設備檢測、定位、優化配置、運行模擬、培訓模擬及應急模擬等功能，具備預報、預警、預演、預案的特點。

    數字孿生水利解決方案

    博能數字孿生水利解決方案包括流域數字孿生應用+水利工程數字孿生應用+N個具體業務場景應用，即：2+N。通過對流域及水利工程數字孿生體的構建、渲染及發布，搭建水利數字孿生三維可視化應用場景，在數字孿生場景下實現實時顯示洪水預報、山洪預警、水量水質聯合調度等不同場景下的演變過程，以及針對水利工程實現防洪興利、工程安全、生產運營、庫區監管、綜合決策等業務應用。通過模型平臺的構建、知識平臺的預案制定、分析、對比、迭代、優化，最終實現“四預”水利工程運行管理目標 ，為水利事件的精準決策提供知識化依據，實現流域防洪、水資源管理與調配。

    實現路徑

    知識平臺：知識平臺是智慧水利的“算法”，利用機器學習等技術感知水利對象和認知水利規律，為數字孿生流域和數字孿生水利工程提供智能內核，支撐事件正向智能推理和反向溯因分析，實現“數據感知——智能識別——知識圖譜構建——深度學習——智能決策”的循環，推動數字孿生流域和數字孿生水利工程自我優化運行，為即時和精準決策提供支撐。

    模型平臺：模型平臺是智慧水利的“算法”，通過建成標準統一、接口規范、快速組裝的水利模型平臺，在數字空間對水利治理管理活動進行全息智能化模擬，為數字孿生流域和數字孿生水利工程提供模擬仿真功能。

    數據底板：數據底板是智慧水利的“算據”，通過完善時空多尺度數據映射，擴展三維展示、數據融合、分析計算、動態場景等功能，形成基礎數據統一、監測數據匯集、二三維一體化、跨層級、跨業務的智慧水利數據底板，實現水利全要素的數字化映射。

    博能數字孿生水利解決方案依托行政主管單位基礎地理信息數據、河湖資源地理信息數據，補充采集實際地形和業務專題地理信息數據基礎上，以實際地形三維可視化場景為基礎，嵌入重點工程對象三維模型，疊加水雨工情及視頻基礎和實時感知信息，利用水利專業模型+可視化模型智慧化模擬、預演實際流域防洪及水資源管理調配過程，實現時空信息超前仿真推演，通過數字孿生和真實世界的同步仿真運行、迭代優化模型算法，賦能水利業務工作。

    使用場景

    流域防洪

    解決方案圍繞流域防洪、水資源管理與調配，實現在沿線流域、重點水利樞紐工程場景數字化的基礎上，進行水利治理管理活動全過程精準化模擬和跟蹤，以預演為手段，指導預案生成，達到智慧化決策的目標。

    基于信息基礎設施，利用三維仿真技術，對江河湖泊、水利工程、水利治理管理對象、影響區域等進行數字孿生體構建、渲染、映射，實現三維可視化呈現。

    解決方案具備對流域、河道、節點、水庫、水源、分水、洼地等海量水文數據整編處理，通過機器學習和智能算法，實現降雨、蒸發、產流、匯流、演進和水庫調蓄等各類水文過程動態集成，提高洪水模擬預報和山洪預警等能力。

    決策調度

    在實現水利場景數字化的基礎上，通過預演分析洪水模擬預報、山洪災害預警、水量水質聯合調度不同場景下的演變過程等，實現災害事件及水利工程調度的精準決策預案。針對重點斷面水位、流量、流向、項目流域水位、流向、重點樞紐工情信息等實時三維可視化顯示及重點斷面水量、水質現狀，三維動態展示洪水預報及預警，實現引水期間，流域水面線、槽蓄量、引水流向和水量分配信息的三維動態實時呈現。根據所形成的預演、預案及調度方案，輔助現實世界的水利預報、預警及工程調度指揮決策。

    水利工程

    數字孿生水利工程包括對工程庫區、工程壩區、工程下游影響區的三維可視化數字孿生體構建，搭建數字孿生應用場景。其中，工程壩區包括水工建筑物和附屬機電設備及金屬結構等。

    通過水利部本級及流域管理機構L1級和L2級數據底板基礎上，基于BIM+GIS技術建設水利工程L3級數據底板，匯聚工程全要素基礎數據、檢測數據、業務管理數據以及外部共享數據實現防洪興利智能預報調度、工程安全智能分析預警、生產運營智慧綜合管理、庫區智慧巡查監管、綜合決策支持等業務應用。最終實現“四預”水利工程運行管理體系。

    具體功能包括：水文監測(雨量監測、水位監測、流量監測、泥沙監測、土壤墑情監測)；工程安全監測(變形監測、滲流監測、應力應變及溫度監測、環境量監測、專項監測)；水質監測；水土保持監測；安防監控等。

    預警預案

    數字孿生水利解決方案可以實現預演、預案功能。預演及預案通過數據底板、模型平臺、知識平臺共同建立和實現。

    流域及水利工程預案包括：洪水預報方案、山洪災害預警方案、災害應急處置預案、工程防汛預案、入庫預報方案、工程調度預案、安全生產事故綜合應急預案、突發環境事件應急預案、船閘應急預案及現場處置方案等。

    知識平臺集成歷史場景、預演方案和其他樣本庫。歷史場景記錄歷史上真實發生的預報預警、調度指令和演變場景；預演方案存儲并復演、仿真模擬不同階段輸入條件下的流域及工程變化成果，系統智能匹配預報預警方案和歷史類似調度場景，使用機器學習技術，不斷分析、迭代、優化模型算法，優化預案，實現對水利事件的精準決策依據。

    水庫大壩安全監測

    水庫大壩安全監測依托5G、云計算、大數據、物聯網、數字孿生等技術實現全天候、全場景無人值守自動監測及時掌握運營狀況，有效解決水庫管理人員不足、管理不規范等問題，包括大壩安全監測、水雨情自動測報、閘門遠程控制、泄洪預警廣播、實時視頻監控、出入庫流量監測、水質在線監測等幾個部分，能夠及時準確將前端監測站點數據采集入庫并自動分析預警，可通過平臺及APP及時掌握水庫大壩運營情況從而及時做出管理決策。

    水庫水雨情監測：通過數字孿生全息三維可視化場景實時掌握水庫的水位、流量、雨量等信息，當水庫水位超過汛限水位或低于死水位時系統自動報警，對防洪防汛抗旱的決策管理起到技術支撐作用。

    出入庫流量監測：通過數字孿生平臺集成一體化流量監測站數據，通過雷達流量計監測庫區上游河道和出入庫渠道的水位、流速并在三維可視化場景下實現一張圖監控。

    閘門控制：通過構建閘門數字孿生體，實現對閘門進行遠程開閘、關閘、停閘、閘門開度、PLC送電等操作，結合視頻、閘上水位流量監測等功能實現對閘門現場監視和遠程控制。

    水質監測：通過數字孿生物聯融合平臺集成PH、水溫、濁度、溶解氧、電導率等傳感器，獲取相關數據，實時監測及時掌控水庫水質變化情況保障供水安全。

    在活動現場，博能股份展示了自主研發的數字孿生操作系統BLinkOS、數字孿生水利解決方案和落地應用案例，吸引了眾多嘉賓駐足、交流和參觀。