泰瑞水利數字孿生底座，賦能行業應用，助力“四預”升級

    水，塑造地表，滋養生靈，孕育著自然萬物。然而，洪澇、旱災也是造成人民流離失所的自然界重要推手。中國歷史上與水相關的重大災情多達2000多次，讓中國成為歷史上水害災害最多的國家。在科技發展如此進步的今天，我們也從未停止過與治水的拉鋸。

    數字孿生是支撐水利現代化升級的新型基礎設施，也是輔助水利新時代建設的新質生產力，更是推進水利智慧化建設的理念升級?！丁笆奈濉币巹澓?023年遠景目標規劃》提出“加快數字化發展，建設數字中國。構建智慧水利體系，以流域為單元提升水情測報和智能調度能力”。為進一步響應習總書記的總體要求，水利部全面落實推進水利高質量建設發展的新標志—數字孿生水利。李國英部長提出“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”十六字智慧水利建設要求，并將數字孿生作為智慧水利建設的核心與關鍵。建設數字孿生水利，即以物理流域為單元、時空數據為底座、數學模型為核心、水利知識為驅動，對物理流域全要素和水利治理管理全過程進行數字化映射、智能化模擬，實現與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優化。

數字孿生流域建設總體推進架構

SmartEarth 水利數字孿生底座

    SmartEarth 水利數字孿生底座，是基于SmartEarth數字孿生底座V5.0的數字孿生體模型、數據融合管理體系等，整合泰瑞幾十個國家級、省級（流域級）、地市級、區域級水行業相關案例，深耕水利數字孿生底層技術及水利業務，研發的符合新時代水利建設特性的體系化產品。SmartEarth 水利數字孿生底座具備“數據融合一體化、平臺服務一體化、分析決策一體化、協同指揮一體化”能力。

    SmartEarth 水利數字孿生底座實現了高精地理空間數據采集、多維數據建模/加工/治理及融合、水利實體知識建模、多場態場景仿真可視化、多業態專業模型對接及實時渲染等體系化能力構建。以基礎水利實體要素為骨架，通過融合工程建設、業務管理、工程運行、感知物聯等多源多業態數據，以水利實體生產、實體管理、實體應用、實體仿真系統化能力為支撐，推進水利業務數據結構化、結構語義化、語義場景化、場景孿生化、孿生資產化、資產要素化的“六化”迭代升級。SmartEarth 水利數字孿生底座是基于模型的系統工程方法論，構建的水利系統仿真（水利 MBSE）能力體模型，驅動新時代水利時空數據要素價值深度服務及應用。

01

高精數據采集，多源空間數據高效捕獲

    基于水利部對水利數據底板的建設要求，泰瑞自主研發了滿足L1~L3級地理空間數據類型及精度要求的一體化軟硬件采集及建模產品。支持大尺度流域場景、中尺度重點防洪區段、微觀精細化尺度的重要防洪水利工程及機電設備的內外部多尺度現實場景采集及建模。強大的數據建模軟件產品驅動海量原始TB級數據，高效、快速驅動成三維立體模型，助力數字孿生水利場景下的地形地貌、河道實景、水下地形、水利工程、機電設備等多場景實體要素可視化展示及結構化管理。

02

數據治理，TB級海量實體要素高效管理

    基于泰瑞二、三維水利實體數據治理產品，實現水利二、三維地理空間數據的標準化治理，增強水利時空數據的可管理、可更新、可應用。融合海量新型基礎測繪實體化建模標準范式，實現基礎地理空間數據的自動化校核及自動化輸出數據質量報告，保障水利實體數據的合規性，提升實體要素質量。迭代自動化處理算法，增強實體數據的一體化治理能力，實現水利時空數據的條理化、體系化、結構化管理。

03

數據融合，多源、多尺度數據無縫銜接

    基于泰瑞水利二三維實體數據融合產品，有效實現多源、多尺度高精地理空間的自動化融合處理，自動優化不同精度、不同類型數據的接邊過度及美化處理。在提升物理孿生場景展現效果的同時，有效輔助實現物理場景的仿真仿實效果表達。進一步提升數字孿生流域物理場景下的大江、大河、水庫、大壩、閘門、機電設備等涉水實體場景展現效果及應用分析能力。

04

數據管理，實體一碼多態、場景按需組裝

    基于實體要素的管理能力體系建設，實現水利時空數據集約化管控。打破傳統空間數據圖層化、文件化的管理模式，實現適應當前新時代水利建設需求及全空間數據對象化管理新模式的水利實體數據庫系統建設。有效實現多源、全量實體要素的一庫全管，保證實體要素多形態、多體征管理。一站式動態實體要素更新及維護，提升實體運管能力。構建實體要素圖譜建模，實現實體要素的高效、快速檢索。

05

語義服務，驅動實體要素場景化應用

    基于水利實體要素語義化服務能力，驅動面向傳統業務知識、調度決策知識、應急處置知識、專家經驗知識、規則知識等多元知識體的雙向應用。實現面向應用需求側的正向高效檢索、逆向智能匹配應用機制構建。通過場景化時空實體要素與業務實體要素嵌套關聯，實現業務知識的多層級匯通，確保應用需求的向上可聯通、向下可檢索、中間可拓撲新型業務應用模式。提質增效，優化傳統業務結構，增強知識的靈活性、健壯性、可用性。

    通過建立知識引擎自動知識拆解、知識建模、知識挖掘等能力，實現增量知識實體要素的互濟互通，提升水利時空語義服務的可持續性。

06

場景智能，便捷高效的場景分發及組配

    基于水利時空場景智能服務能力，實現水利孿生場景的模型快速編輯、模型快速美化、場景便捷管理、場景高效發布，為水利時空場景建設提供一體化智能服務。結合成熟的SDK工具包，提升開發者的應用開發效率，有效助力數字孿生水利場景的高效建設。

07

水利系統仿真，多場景建設及治理核心

    通過在水利建設、運行及管理等活動中運用基于模型的系統工程（MBSE）方法論，構建水利系統仿真（水利 MBSE）能力。依托人工智能、大數據、水利大模型等技術，耦合水文水力學、防洪調度、水資源調度、工程健康輔助評價等機理模型，預測水利實體對象多場景變化態勢及規律，全面地、智能地、系統地仿真各機理特性，為水利系統工程建設、運行及管理提供更全面的機理支撐，有效提升水利實體要素對象綜合治理的智能化水平。 

    · 多場景仿實仿真分析

    基于數字孿生水利的真實鏡像物理世界場景特性，結合數字孿生對水利實體仿實擬實的技術優勢。通過仿真分析不同現實水利實體的空間體征變化規律，驅動水利分場景尺度下的宏觀級（S1）、中觀級(S2)、微觀級（S3）場景的仿真分析及表達展示。通過仿真分析不同水利實體對于與場景關聯要素的耦合及鏈接形態，建立水利場景的四季變化、晝夜交替、天氣變化、粒子流場、水利工程管控、機電設備組態運行等多場景實體要素一體化仿真分析服務能力。

• 多現象推演仿真分析

    以基于模型的系統工程（MBSE）方法論為牽引，以水利語義實體為主體，融合物聯感知數據、專業模型演算數據，通過對水專項業務場景進行流程化拆解，構建針對關鍵流程仿真元模型，形成水利專項業務需求的全流程、全過程的仿真模型，實現對多水利業務場景的仿真推演。包括：風場仿真推演、溫度場仿真推演、洪水演進仿真推演、淹沒分析仿真推演、承壓形變仿真推演、河道水流流態仿真推演、河道沖淤仿真推演、水下地形演變仿真推演、城市內澇仿真推演。建立面向水利實體要素多模態現象級一體化動態仿真推演決策分析服務，推進水利多應用場景的決策分析科學化。

水利數字孿生底座產品應用支撐

    建立以水利數字孿生數據底座為基礎，語義實體融合及水利系統仿真為核心的能力體系迭代升級，形成以水利系統仿真為主線的水業務智慧化升級應用。推進水網、流域、水利工程、灌區為應用主體下的流域防洪、水工程管控、水生態管護、河道管養、工程運行維護、城市內澇等多業務智慧化升級。賦能“2+N”水業務專項，保障水利“四預”標況業務高效應用。

01

城市防洪水安全防治

    以“降雨-產流-匯流-演進-淹沒”為抓手，防洪“四預”體系化能力建設為措施，降雨預報模型、水文水力學模型及排水分析模型系統仿真為核心，綜合貫通流域河道重點斷面、重要防洪區段、重要防洪工程、重要建構筑物、重要排水設施及重要城市防范區等防洪關注對象，建立面向水利流域系統仿真的一體化防洪調度體系。形成面向事前、事中、事后的多時空尺度分析單元，強化防洪基礎預報、前哨預警、核心預演、目標預案的系統化能力建設。建立以水利語義實體為中心、流域系統仿真決策為重要判定依據的多防洪因素影響分析，提升防洪、抗洪、治洪決斷能力，加強城市河道上游來水、內部降水、管網排水的多要素系統仿真分析，提升防洪內澇決策科學化。

02

水資源優化調度

    預報，以需水模型、調度預報模型為核心實現調水工程對未來多時空尺度的配水及調度分析。預警，綜合預警閾值指標信息，驅動分對象、分類型下的未來預警前哨提醒。預演，以數字孿生水利底座為基礎，實現基于水利仿真系統下的仿真推演、迭代優化，驅動最優調度方案獲取。預案，一鍵自動生成預案，實現預案校驗、推送，提升調水工程水量調配科學性。

03

水工程安全運行管控

    以水利工程語義實體模型為內核的水利底座為基礎，工程安全健康評測及風險評估系統仿真模型為核心，水利工程及機電設備BIM模型為載體，工程科學化運行管控為目標，建立面向水利工程語義實體與現實工程的互饋、互感、互識、互通、互聯的“五互”孿生模式。通過系統仿真模型對業務應用的驅動及支撐，仿真推演各個水利工程實體要素的多場態特征，如：閘門啟閉、過閘水流、開閘放水、閉閘止水、閘前閘后水位變化等多物理場形態。進一步匯通監測感知數據及未來工情數據，通過系統仿真的推演，實現維保運行態勢的超前掌握，保障水利工程的安全穩定運行，提升運行管護的科學化、自動化及智能化。

04

水生態科學保護

    建立基于水質系統仿真體系下的水質語義實體的數據模型，通過與標準化預警流程、閾值、指標等的有效融合，實現基于仿真系統推演下的水生態未來指標要素科學預測預報。形成實體預警閾值模型體系，實現指標數據集約化管控，有效掌握水質預警信息。關聯標準化模型預警流程，強化預警信息的多渠道分發，保障目前受眾預警信息接收的及時性、有效性。結合遙感數據的智能建模，實現河道周邊林草健康、土地利用入侵等的及時監測，有效保證水生態環境健康穩定發展。

05

航河道科學管控

    基于水利系統仿真能力、水利語義實體融合的有效支撐，在航河道物理數據底座之上，進一步面向航河道數據的深度集成融合挖掘，仿真推演空間場景下的深度業務實體要素。實現地形沖淤對比分析、三維地形動態演變分析、水流流場動態分析，實現二三維電子航道圖數據無縫銜接融合，提升場景即視感?；跇I務模型的深度仿真推演，優化整治建筑物損毀分析、河道地形等深線輔助分析。通過對相關航河道語義實體業務數據與系統仿真的推演結合，為航道的智能化建設、智慧化管理提供重要技術保障。

水利數字孿生底座產品創新點

    01 數據全周期能力擬合，提升數據質量

    整合及嵌入數據生產、數據治理、數據融合、數據質檢的標準化范式，建立面向數據多過程的并行分治能力體征，健全面向水利實體要素的自主辨識度。增強水利實體要素的定義項優化完善，分割被定義項的同質性，促進面向水利數據實體語義化能力模型建設。打通面向水利要素數據的“生產-治理-管理-融合-應用-更新”全生命周期的多過程迭代更新。

    02 重新定義數據融通，強化數據應用

    水利數據底座通過糅合新型基礎測繪的實體語義理念，建立面向新時代水利建設需求的技術模式，深入嵌套水行業多業務專項業務模型，實現水利要素數據的“可管、可識、可用”。橫向拓寬水利數據的應用尺度，縱向拉伸水利實體要素的應用維度，提升數據要素的行業業務屬性賦能及價值。

    03 模型系統仿真，強化業務全過程決斷

    建立水利系統仿真為能力核心的機理模型與仿真引擎的融合模型，驅動實現面向水利系統工程多專項業務分析下的水利模型的統一集成求解，進一步深化計算層耦合?；谝惑w化的“嵌套-耦合-計算-仿真”模式，削減模型計算、模型結果數據分發、數據轉譯、仿真渲染建模、仿真引擎結果數據渲染等系統仿真全過程多時段損耗，保障仿真決策及應用實時性，推進水利分場景全過程“及算、及仿、及演”體系能力構建。

結束語

    數字孿生作為水利新時代數字化管理理念及新型基礎設施是智慧水利建設的核心與關鍵。然而，在推進數字孿生水利系統的建設過程中，面臨著一系列技術挑戰，主要包括時空海量數據治理管理及應用、數據安全、軟硬件國產信創、仿真推演實時性等問題。泰瑞數創通過構建SmartEarth水利數字孿生底座產品體系，實現對水利時空數據的數據結構化、結構語義化、語義場景化、場景孿生化、孿生資產化、資產要素化的迭代升級，將有效賦能新時代水利新質生產力建設，夯實新型基礎設施的支撐能力，高效賦能水業務智慧化升級、智能化應用。

    數字孿生水利標志著水利現代化的新篇章，泰瑞數創在水利行業中將持續發力，通過不斷創新技術體系、不斷深耕水利業務、不斷提升本體能力，致力于向數字孿生水利建設提供卓越產品與服務，滿足多元化需求，為實現國家的數字化轉型和智能化升級目標作出積極貢獻，為推動人水和諧的水利新局面而不斷努力。

    更多SmartEarth數字孿生底座產品V5.0跨界融合內容，將于6月18日在北京舉行的“2024數字孿生賦能實景三維中國建設研討會”上正式亮相。掃描下方二維碼，立即報名參加，我們期待您的參與。