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。

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。

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。

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。

城市洪涝智治中数字孪生技术的应用——以滨江区数智治水系统为例

针对城市洪涝防治中的涝前感知精度不足、涝时处置效率不高、涝后分析深度不够等难点,基于数字孪生技术建立包含孪生数据映射、数学模型推演、虚实交互防治、智能服务联动等模块的滨江区数智治水系统,用于滨江区洪涝智治。结合涉水监管数据,构建物理滨江区,包括地形地貌、河道水体、雨水管网、排水设施、监测设备、积水点在内的孪生数据映射,构建虚拟滨江区的模型化表达,完成洪涝发生事前、事中、事后阶段物理滨江区与虚拟滨江区之间的双向映射和交互防治,并对滨江区洪涝过程进行预演,实现对滨江区洪涝灾害的自动监测预警,形成洪涝应急处理预案。系统上线以来,滨江区洪涝处置耗时缩短50%,排水效能有明显提升,严重积水点减少60%以上,能够推动跨部门协同治理,提升城市洪涝防治能力。

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。

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。

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。

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。

基于云河地球平台的数字孪生小浪底水利枢纽工程防汛调度系统建设

小浪底水利枢纽作为水利部数字孪生水利建设的首批试点工程,建设好数字孪生小浪底水利枢纽工程意义重大。以具有自主知识产权的云河地球数字孪生平台为建设载体,研究数字孪生小浪底水利工程数据底板构建、水利专业模型融合、可视化模型三维可视化表达等关键技术。聚焦小浪底水利枢纽防汛调度业务,在充分需求分析、完善原型设计基础上,研发数字孪生小浪底水利工程防汛调度业务平台,将小浪底水利工程雨水情监测、汛期调水调沙、库区淹没分析等“四预”业务在云河地球数字孪生平台进行三维可视化表达,在实际应用中能够对小浪底水利枢纽真实情况高仿真模拟,取得良好的应用效果。

基于虚拟现实技术的直升机训练系统

针对用户的培训需求,基于虚拟现实技术研究并实现了一套直升机训练系统。系统通过将虚拟现实技术(VR)和增强现实技术(AR)与直升机训练系统相结合的培训方式,为用户提供图片、视频和三维模型等多媒体手段;结合人机交互的培训方式,将直升机的拆装程序、功能原理通过最自然、最易理解的动态图像形式实时地展示给用户,从而达到与直升机实际操作维护一致的视觉效果。

数字孪生水利建设中应把握的重点和难点

随着《数字孪生水网建设技术导则(试行)》的正式出台,标志着数字孪生水利建设顶层设计业已完成。水利部自2022年起,用2 a时间开展数字孪生水利建设先行先试,目的是通过先行先试总结经验,全面推广。介绍数字孪生水利相关概念、定位,提出数字孪生水利建设重点为获取算据、优化算法、提升算力、实现水利业务“四预”功能、守住网络安全底线,阐述数字孪生水利建设中在算据感知、算据更新、模型平台、知识平台、算力、业务应用“四预”、网络安全、技术标准、工作协调、资金投入、人才等方面应把握的难点及解决思路。

基于数字孪生的水土流失防治责任范围变化预测模型

为建立实用、高效的水土流失防治责任范围变化预测模型,提高合规性判断的准确性,在总结水土流失防治责任范围可撤销性、时空交错性、临时性和条件适用性等4个主要动态特性的基础上,提出一种基于数字孪生的水土流失防治责任范围变化预测模型。数学模型为描述防治责任范围状态的虚拟模型,防治责任范围为物理实体,模型基于防治责任范围变化主要因素的孪生数据,对防治责任范围有效性状态进行评估和预测。结果表明:模型对防治责任范围变化进行预测的正确率提升约38%,具有良好的预测防治责任范围变化的性能,有助于进一步提升提高遥感监管成果的质量,在生产建设项目遥感监管应用领域有一定的借鉴意义。

数字孪生流域预演场景研究与运用——以嫩江干流为例

为加强数字孪生演练场景真实化,助力决策精准化,依托数字孪生流域建设思路,搭建数字孪生业务应用平台。分析孪生平台整体架构与关键技术,构建具备预报、预警、预演、预案功能的防洪“四预”全景可视化平台。以嫩江干流为例,分析数字孪生建设实际需求,以尼尔基水库防洪调度为预演场景,分析尼尔基水库上游与下游嫩江干流之间的淹没损失关系,得出最优调度防御安排及建议。结果表明:通过全景可视化平台进行场景演练,可呈现河道演进真实情况,保障河道行洪安全,避免淹没损失,为防洪安全决策提供科学支撑。

水库洪水预报-调度-演进一体化模型研究及应用

我国东南沿海地区受梅汛和台风暴雨影响,洪水灾害频发。水库作为重要的防洪工程措施,精准预报、有效调度对于防御洪水及降低洪水风险具有重要意义。针对东南沿海地区水库下游防洪风险问题,以温州市泽雅水库为研究对象,采用三水源新安江模型、马斯京根河道演算、水库调度模型、一/二维水动力串联耦合模型,构建水库预报-调度-演进一体化模型。建成的一体化模型集成接入泽雅智慧水库平台,推动水库防洪业务数字化转型。历史洪水模拟结果表明:泽雅水库洪水预报、防洪调度及下游洪水演进模型能够满足水库保护下游城镇安全的要求,有助于提高水库洪水预报调度科学化、数字化、精细化水平。

基于激光雷达与LiEarth平台的输电线路三维可视化方法

传统方法去噪处理,存在能耗高、传输时间长和故障数据可视化时间长的问题,为此提出基于激光雷达与LiEarth平台的输电线路三维可视化方法。采用激光雷达对LiEarth平台的输电线路进行数据采集,利用小波阈值对具有噪声的数据进行阈值计算,采用小波阈值法对计算完成的数据进行去噪,依据去噪结果,构建三维可视化模型,采用粒子群算法对该模型进行求解,以此实现LiEarth平台的输电线路三维可视化。实验结果表明,该方法的实用性强、有效性高。

基于虚拟现实(VR)的飞机维修仿真研究

在当今科学技术水平飞速发展的时代,互联网技术和计算机技术已深入用到社会生产的各个领域,虚拟现实(VR)仿真技术就在此基础上不断发展起来,近几年,VR仿真技术的质量水平有极大地提升,一些高、精、尖领域也逐渐开始用虚拟现实(VR)技术进行发展。飞机是关系到我国经济发展和交通事业建设的重要工具,飞机的维修一直是困扰技术人员的难题,将VR技术用到飞机维修领域是当前一种全新的尝试,并取得非常好的效果。文章从VR技术的背景和飞机维修技术的发展过程展开探讨,详细分析当前VR技术在飞机维修工作中的应用,并明确当前主流的利用VR技术进行飞机虚拟维修的整体框架,明确飞机维修的效果参考指标,论述VR技术在飞机起落架维修工具中的应用。

基于虚幻引擎的桂林博物馆交互展示设计研究

桂林以其秀丽的山水和深厚的文化底蕴吸引着国内外游客.桂林博物馆作为桂林文化遗产和旅游资源的重要组成部分,其设计和建设显得尤为重要,它不仅是展示桂林历史文化的窗口,也是提升城市形象的重要标志.但传统的展示方式已难以满足现代人对文化体验的深层需求.虚拟现实技术的应用为桂林博物馆的交互展示开拓了崭新的可能.本研究以虚幻引擎为平台,探索了虚拟现实技术的多个关键方面,包括虚拟环境的构建、交互界面的设计、同步交互技术的应用等.通过这些技术的综合运用,可以极大地提升桂林博物馆的展示效果,增强观众的沉浸感和互动体验,从而为桂林国际旅游胜地建设作出贡献.

数字孪生潭江流域先行先试建设与实践

为提高潭江流域水利工程防洪调度能力,开展数字孪生潭江流域建设。数字孪生潭江面向流域防洪调度需求,围绕“四预”核心功能,以22座大中型水库、7座梯级闸陂为精细化调度目标,建设数据底板、模型平台、业务应用等,构建流域L1级数据底板,流域重点区域及工程L2级数据底板,开发六大类水利专业模型,构建具有“四预”功能的预报调度系统平台,实现流域多源监测感知与数据高效能管理,江河水库闸坝集中管理、联合调度、科学决策,最大程度保障流域内防洪(潮)的安全,完善预报监测薄弱环节,提升工程调度反馈时效性,同时为河湖规范化管理提供依据。项目成果在2022年“龙舟水”、台风暴雨防御期间投入实战,助力潭江流域水库、水闸群的联合调度,取得防洪不受淹、水资源不浪费的最佳效益。