数字孪生太浦闸建设关键技术研究与应用

针对太浦闸调度及安全运行依赖人工经验,缺乏理论方法指导和专业模型辅助等痛点问题,围绕水闸安全运行和调度运行业务,重点研究平原感潮河网流量预测和工程安全评价技术,以太浦闸上下游关键位置水位流量为变量,训练构建平原感潮河网流量预测神经网络模型,构建真实反映工程及设备运行状态的评价指标集,利用层次分析法建立工程设备安全评价模型,分别应用于太浦闸的闸门调度和工程安全运行业务。太浦闸实际运行观测结果表明:2种模型方法应用后闸门调整次数同比下降40%,调整精准度提高5%。研究成果可为国内同类闸站融合数字孪生技术的调度运行和安全运行提供建设示范及经验借鉴。

数字孪生技术助力南四湖防洪调度与二级坝工程管理

数字孪生建设是“十四五”期间推进智慧水利建设的重要内容之一,为提高南四湖流域防洪调度水平和二级坝工程运行管理能力,采用南四湖防洪调度、二级坝泄量纠偏及调度仿真等关键技术,建立和完善二级坝感知体系,提升算力能力建设;建设数据底板,加强算据能力建设;研发多种模型,智能展示数据成果;开发具有“四预”功能的防洪调度和水闸综合管理业务应用等系统。系统的建成可全面提高南四湖防洪调度及二级坝工程管理安全运行管理水平,为后续数字孪生沂沭泗建设提供经验样本和技术模板。

数字孪生北江流域建设实践与成效

针对北江流域洪水灾害频发的现状,为提升北江流域防洪减灾能力,广东省水利厅组织建设数字孪生北江流域。数字孪生北江流域基于广东省大数据、模型和知识等平台的公共能力,聚焦防洪联合优化调度,通过北江流域水库、蓄滞洪区、水闸、分洪河道、堤防等组成的“蓄、行、滞、分”防洪工程体系与数字孪生技术的深度耦合,协同优化多工程群组“上调、中控、下分”联动,搭建预报预警—工程调度—河道演进—精细模拟—风险研判—预案执行的全链条“四预”框架。数字孪生北江流域有效支撑“22·6”北江特大洪水、北江2024年第1号洪水的防御工作,相关成果已推广复用至数字孪生水网、数字孪生东江流域等。

数字孪生丹江口工程水质安全“四预”平台研发及应用

丹江口水库水域面积广,深度大,污染来源分散且类型多,水库水质保护管理难度极大。为支撑水库水质超前预测预警,提高对突发污染事件的应对能力,基于新一代信息技术,在汇集海量监测数据的基础上,研发高效高精度水动力水质机理模型、水质在线动态推演技术、水质浓度场三维仿真技术,模拟库区水流三维运动及污染物扩散过程,研发具有水质监测分析、在线推演、预警分析、态势预演、预案管理功能的水质安全“四预”平台,并成功应用于2021—2022年旱涝急转条件下丹江口水库总磷变化趋势及污染风险分析等实际管理工作,为中线水源工程供水水质保障管理提供有力支撑。

数字孪生水利建设实践与思考

推进数字孪生水利建设是水利高质量发展的六条实施路径之一,是水利新质生产力的重要标志。水利部在2022—2023年开展数字孪生流域建设先行先试工作,56家单位的94项任务全面建设完成,数字孪生水利建设已从积极探索先行先试阶段正式进入全面常态推进和强化深化应用阶段。通过先行先试,总结经验做法和成果成效,可为当前正在开展的数字孪生水网、数字孪生灌区、数字孪生调水工程、数字孪生农村供水、“天空地水工”一体化监测感知夯基提能行动等工作提供参考和借鉴,对下一步推进数字孪生水利建设具有指导和引领作用。

数字孪生北江模型平台建设研究

为提高数字孪生北江的精细化模拟水平,建设数字孪生北江模型平台,应用云计算、微服务和多任务并行计算等技术,支撑模型算法和实例的统一调度计算并提供接口服务,可实现流域管理“四预”过程下的模型精准适配和高效调用。应用结果表明,数字孪生北江模型平台具备标准统一、分布部署、快速组装、敏捷复用的模型服务能力。目前,数字孪生北江模型平台建设已基本完备,经过北江近年特大洪水的实战应用与验证,模型平台相关成果可推广复用至其他业务化场景。

数字孪生飞云江流域水利知识平台建设研究

为提高飞云江流域智慧管控风险能力,根据数字孪生流域知识平台建设要求,以知识图谱为技术框架,引入机器深度学习技术,融入流域预报调度业务规则、历史典型场景洪水模式和专家预报经验等知识,通过图模型可视化处理,将知识以图数据模式进行存储,建立流域业务规则库、历史场景库、专家经验库和知识图谱库。利用图计算引擎管理和驱动知识,对流域特点、水利对象关联关系、业务规则等水利知识,进行挖掘提炼、归类组合、智慧管理和集成应用,构建基于水利知识图谱的数字孪生流域知识平台。数字孪生飞云江流域水利知识平台具有智能匹配、智慧推荐、全景推演等特点,可支撑流域防洪“四预”业务,提升流域风险与调度决策全流程数字化、智慧化、精准化水平,为其他水利知识平台建设提供经验借鉴。

永定河数字孪生流域业务应用场景分析与设计

根据水利部数字孪生流域建设要求,针对永定河流域在“23·7”大洪水中暴露的短板和痛点,以永定河流域北京段为例,分析当前形势及需求,构建永定河流域数字孪生系统架构,包括基础设施、数字孪生平台、业务应用;同时基于永定河流域管理职能和业务需求,详细分析流域防洪、水资源调度、工程运行管理、空间管理等方面的业务应用场景,并设计不同场景下的应用功能。通过架构设计及业务应用场景分析,能够为永定河数字孪生流域建设提供方向和指导,提升永定河“四预”管理能力,以及永定河服务和管理的智慧化、数字化水平。

山东黄河水文数字孪生关键技术研究及应用

为实现黄河流域防汛“四预”功能,对河道洪水、漫滩演进等过程进行精准的动态化预测预报,构建山东黄河水文数字孪生示范平台,介绍数字孪生构建过程中的多源异构数据融合、水动力学模型构建等关键技术,重点阐述基于流体解算的漫滩仿真和仿真推演方法、三维模拟和动态可视化渲染、洪水演进推演可视化配置等,可动态展示漫滩河段槽蓄量、滩蓄量、淹没趋势等核心数据,自主生成区域洪水灾害影响仿真评估报告。关键技术主要应用于洪水灾害防御业务、水资源优化配置及管理、水利工程全周期管理、河湖保护治理等领域,服务黄河防汛抗旱指挥、河道各级主管等部门,助力新阶段水利高质量发展。

数字孪生小浪底知识库建设研究与实践

数字孪生小浪底作为水利部数字孪生水利建设的首批试点工程,知识库建设是数字孪生小浪底的核心组成部分,技术难度大,业务场景应用面临较大挑战。针对数字孪生小浪底知识库的建设进行系统性研究,采用知识引擎、知识库和知识应用三部分组成的知识库架构体系,实现基于水利知识的检索、问答、推荐和推理决策等多样化服务,并在数字孪生“四预”业务应用中进行实践和验证,为小浪底枢纽工程安全和防汛调度等核心业务提供重要支撑,数字孪生小浪底知识库建设对类似水利工程具有参考价值和实践意义。

流域防汛智慧化总体框架建设及实施路径研究

为大力推进智慧水利和数字孪生流域建设,在防洪减灾领域需要构建流域防汛智慧化总体框架并研究实施路径,进而推动新阶段水利高质量发展。分析流域防汛智慧化建设过程中涉及的防汛业务应用智能化水平和应用系统建设水平等现状,从打造智慧化防洪“四预”体系、建设“三算”能力提升体系等方面构建我国防汛智慧化总体框架,并从优化提升洪水监测预报能力、加强洪水模拟推演和防洪调度模拟仿真技术应用、提升洪水风险管理与科学精准决策能力等方面提出具体实施路径。研究成果能为水利部门开展智慧化流域防洪业务、流域防洪规划修编提供技术支撑和对策参考。

数字孪生奴尔水利枢纽工程建设构想

为提高奴尔水利枢纽工程安全高效稳定运行水平,针对工程运行过程中面临的工程地质灾害风险预报、预警、预演、预案能力不足,以及统筹考虑工程供水、发电、防洪、生态、冲沙等调度需求的多目标优化调度能力不足等问题,对标数字孪生流域和数字孪生工程建设要求,围绕工程调度运行业务需求,提出数字孪生奴尔水利枢纽工程建设总体框架和主要建设内容,分析监测感知网、工程L3级数据底板和专用模型库的建设要点,梳理包括工程安全监测预警、水库综合调度等功能的“四预”业务应用建设内容,提出与数字孪生塔里木河流域协同应用的思路,可为数字孪生塔里木河流域和流域内重大水利工程数字孪生建设提供参考和借鉴。

数字孪生曹娥江流域试点建设实践与探索

在水利部数字孪生流域建设和浙江省数字化改革的背景下,针对曹娥江流域预报调度一体化、风险隐患闭环管控、流域防洪减灾共同治理的需求和痛点,进行数字孪生曹娥江流域试点建设实践与探索。按照数字孪生曹娥江流域建设的总体架构,通过构建L2和L3级数据底板,全过程耦合、水库群优化调度智能决策等模型的数字孪生流域关键技术,打造曹娥江智慧防洪应用,实现预报、预警、预演、预案“四预”场景构建,“三图一清单”在线分析,以及3种调度模式灵活应用。研究成果能够推进流域防洪核心业务流程重塑,实现防汛全链条一体化融合,并在2022年“轩岚诺”和“梅花”台风防御过程中投入实战应用,取得一定成效,可为数字孪生流域防洪应用建设提供技术示范和经验借鉴。

水利泵闸工程安全管理中数字孪生技术的应用研究

针对泵闸工程数据资源整合不充分、业务与技术融合不紧密、辅助决策能力不足等问题,通过研究数据底板搭建、安全分析预测、设备健康评估等关键技术,提出数字孪生技术在泵闸工程安全管理中的应用模式:采用BIM+GIS技术构建泵闸工程数据底板,实现工程安全监测、业务数据在空间上的映射融合;通过时序分析、神经网络等算法构建安全预测模型,对变形、渗流、机组振动等安全指标进行预测分析;基于工程设备管理需求建立健康评估模型,实现工程设备安全态势的动态评估;探讨数字孪生技术在安全监测、“四预”、评估等泵闸管理业务中的应用效果。数字孪生技术可提高泵闸工程的智能化管理水平,有助于减少安全隐患,辅助管理决策。

基于多算力融合的数字孪生黄河黄河云设计研究

为解决数字孪生黄河建设过程中出现的算力基础设施能力不足,数据存储、处理、服务效率不高,资源服务模式不够灵活等问题,立足数字孪生黄河建设对算力基础设施的实际需求,结合水利部出台的相关技术规范,提出多算力融合黄河云重构搭建方案。开展对多元算力、多模态存储模式等关键技术的综合分析,提出多算力融合黄河云的总体框架、部署架构、资源池及资源管理设计。多算力融合黄河云针对模型计算、数据底板、智能应用、大数据处理与分析等不同场景,建设虚拟化、高性能、裸金属等算力资源,根据数据类型、特点,以及数据量匹配集中和分布式存储资源,提出适应黄河水利委员会组织架构的云管理模式,可为数字孪生黄河建设提供高效算力底座。

融合人工智能技术与AR实景技术的家装平台

本文指出随着信息时代的飞速发展,人们的生活水平不断提高,对于居家环境的要求随之提高。以家装设计行业为研究对象,本文以AR技术、3D建模等理论为支撑,开发了一个虚拟现实家装设计App。该App功能齐全,满足客户需求以及商家运营需求,性能良好,经过测试,达到了预期效果,可用于实际中,帮助更多家装用户规避骗局、提升生活品质。

水利感知网进展与思考

水利感知网主要通过感知终端、感知通信、感控平台等对水利对象进行感知监测,并为水利业务应用提供精准、及时、可靠的感知数据,是重要的水利基础设施之一。为探究我国水利感知网建设思路,重点总结我国现代水利感知网的建设和技术进展,探讨现有不足,提出思考与建议。研究表明,经过长期的信息化建设,我国水利感知监测已成体系,但与流域透彻感知,支撑水利业务智慧化、精准化决策的目标相比仍有一定差距,后续可着重在地面监测站网覆盖率及监测能力、新型感知手段应用、“天空地”一体化水利感知数据汇集平台建设、感知数据服务能力等方面进行提升。

基于事件驱动的数字孪生调水工程“四预”业务应用

为切实提高调水工程的智慧化运行和管理能力,逐步实现对调水工程的全要素和全过程的数字映射、智能仿真、前瞻预演,需大力推进数字孪生调水工程的建设工作。聚焦数字孪生调水工程,以工程安全监管、智能调度、水质保障和智能运维为研究对象,针对工程结构安全、防洪工程安全、输水调度、冰期输水、水质安全、设备安全等典型业务场景展开研究,基于事件驱动的基础理念,以各类监测告警与预报预警信息驱动多工况下事件预演预案,构建调水工程“四预”功能系统。建设成果在南水北调中线工程获得一定应用效果,为冬季供水安全提供有力的保障,表明该成果在数字孪生水网建设中具备良好的示范价值和重要的应用推广意义。

滇中引水工程中数字孪生技术的应用研究

为更好地采用信息化手段为滇中引水工程建设及运行管理提供更科学的决策,提出采用数字孪生技术构建智慧滇中引水体系的解决方案。在总结目前滇中引水工程信息化建设的基础上,对标水利工程数字孪生建设要求,搭建滇中引水工程数字孪生系统架构,从信息采集、数据传输、云计算中心和数字孪生平台几个方面全面系统地进行构建,并根据工程实际提出水源泵站、深埋隧洞和运行维护3个数字孪生运用场景。研究结果可有效提高滇中引水工程智能安全的建设管理水平和调水能力,也可供其他引水工程数字孪生建设借鉴。

数字孪生钱塘江河口防洪潮应用研究

为拓展数字孪生技术在钱塘江河口的应用,提升河口相关管理部门管理水平,从钱塘江河口水利管理部门角度出发,梳理钱塘江河口数字孪生业务需求,并针对钱塘江河口冲淤变幅大、洪潮遭遇条件复杂、海塘预警单一等防洪潮问题,构建数字孪生钱塘江河口防洪潮“四预”应用场景,迭代优化强冲淤河口洪水演进预报及淹没风险研判和强潮河口风暴潮灾害实时研判评估2项关键技术,探索强潮河口防洪潮应用建设模式,为数字孪生钱塘江建设提供重要保障。业务应用于2023年强潮河口江道极端淤积条件下的洪水风险预报及水资源调度方案优化等工作中,预演结果有力支撑2023年河口防洪排涝研判及重要亚运会场馆安全运行,为相关管理部门风险决策及洪水调度提供决策依据。