水利数字孪生可视化平台数字底板的关键作用与构建策略

近年来,党和国家高度重视数字孪生水利建设。《“十四五”智慧水利建设规划》中提出,以构建数字孪生流域为核心,全面推进算据、算法、算力建设,加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系,为水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。通过探讨水利数字孪生可视化平台建设中数字底板的重要性、主要内容及其构建策略,为水利数字孪生可视化平台的建设提供理论参考。

智能测绘在水利数字孪生中的应用研究

水利数字孪生的建设对我国水工程、水资源、水环境、水安全的管控与治理具有重要意义,随着信息技术的高速发展,各类新兴智能测绘技术不断涌现,使智能测绘在水利数字孪生中的应用越来越广泛。本文论述了智能测绘在智慧水网、建设智慧管理、流域智慧管理、施工智慧管理和智能安全监测等水利孪生领域的建设背景、应用现状及发展趋势,研究了智能测绘在各孪生体中的感知手段、技术、方法及应用实例,并基于智能测绘构建水利孪生应用框架及平台。以南水北调中线雄安调蓄库工程智慧管理平台为例进行应用示范,针对工程建设数字孪生中的智能测绘和孪生应用进行论证研究。智能测绘在水利数字孪生中的应用研究可实现水利业务要素在孪生空间中的实时监测、诊断、模拟、分析与决策,可为智能测绘和智慧水利的结合提供一种新的解决思路,为水利数字孪生建设提供大数据、大算法、大平台及大服务。

智慧水利理论体系与数字孪生流域虚拟模型研究成果述要

智慧水利是水利高质量发展的显著标志之一。围绕智慧水利理论体系不完善、流域映射精准度不高、模型精度不高、决策支撑程度低等问题,建立了由智慧流域基础理论、数字孪生流域基础理论和智能水网理论框架组成的智慧水利理论体系,研究了由数字孪生感知节点模型、数字孪生降水遥感模型、数字孪生蒸散发遥感模型、数字孪生土壤水遥感模型、数字孪生水体遥感模型、数字孪生地下水遥感模型、数字孪生水质遥感模型组成的数字孪生流域感知模型,构建了由数字孪生流域水文模型、数字孪生水动力水质模型、数字孪生动态调控模型、数字孪生虚拟仿真模型、数字孪生协同决策模型、数字孪生并行组合模型等组成的数字孪生流域虚拟模型。研究成果可为我国智慧水利建设提供理论基础和技术支撑。

数字孪生水利实践案例分析与创新思考

数字孪生水利建设是新阶段水利高质量发展的重要实施路径。概述了数字孪生水网、数字孪生流域、数字孪生工程发展建设基本情况,以数字孪生尼尔基和数字孪生嫩江为例,介绍了数字孪生工程和数字孪生流域建设的成果及技术创新。分析了当前数字孪生水利建设中存在的问题并提出发展建议,以期为加快构建数字孪生水利体系提供参考。

数字孪生水利工程关键技术及其应用实践——以江垭皂市工程为例

围绕数字孪生水利工程建设过程中的新一代信息技术应用深度不够、水利专业模型存在业务缺项等问题和差距,结合数字孪生江垭皂市工程建设实际需求,深入开展数据底板、智能模拟计算模型等关键技术研究与应用。首先,开展了卫星遥感、无人机倾斜摄影测量等技术支撑下的空天地立体监测体系在高精度数据底板构建中的应用研究。然后,基于数字模拟技术和传统水利专业的深度融合,深入开展洪水演进、工程安全等数字水利专业模型的研究,并结合物理工程的同步直观表达进行高保真虚拟建模。最后,通过江垭皂市工程实例对关键技术进行应用分析。研究结果表明构建的数字孪生水利模型与平台能够数字赋能江垭皂市水利工程智慧化管理。

数字孪生水利赋能水利新质生产力发展框架研究

发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点。进入新发展阶段,数字孪生水利因其具有高科技、高效能、高质量特征,成为水利新质生产力的最显著标志和最有力抓手。水利部党组将推进数字孪生水利建设作为推动新阶段水利高质量发展的显著标志和重要路径,其本质就是在发展水利新质生产力。基于新质生产力的科学内涵和重大意义,探讨辨析建设数字孪生水利与发展新质生产力之间的内在联系和逻辑,并从建设行动、关键技术、标准体系、人才培养等方面提出以数字孪生水利驱动引领水利新质生产力发展的实施路径。

数字孪生水利建设中筑牢数字安全屏障的思考

数字孪生水利建设是新阶段水利高质量发展的重要实施路径和显著标志。数字孪生水利建设离不开水利数字安全的保障。在阐述数字孪生水利建设和水利数字安全相辅相成关系的基础上,提出以关键信息基础设施安全为重点完善水利网络安全综合防御体系,以水利数据分类分级保护为基础增强数据安全保障能力,从而构建可信可控的水利数字安全屏障,护航数字孪生水利全面发展。

以数字孪生水利为核心的智慧水利标准体系研究

标准是引领和支撑智慧水利规划设计、建设运行、迭代升级的重要抓手。在分析智慧水利概念达成共识、数字孪生水利研究与实施、智慧水利业务应用保障等智慧水利标准需求的基础上,设计了智慧水利标准体系形成的基本原则,分析了水利部提出智慧水利框架的演变过程,提出了一套由基础共性标准、信息化基础设施标准、数字孪生平台标准、业务应用标准、网络安全标准、建设与运行标准等构成的以数字孪生水利为核心的智慧水利标准体系,最后展望了智慧水利标准发展路径。期望本文建立的标准体系能够为我国智慧水利标准的系统研究、全面推进和科学制定提供参考,同时为智慧水利科学规范建设和健康有序发展提供支撑。

数字孪生中水动力学模型关键技术研究与应用进展

数字孪生技术正在水利行业快速应用发展。对水利数字孪生建设中水动力学模型的支撑作用进行了梳理分析,提出了水利数字孪生对水动力学模型的需求及解决方法。介绍了水利数字孪生中典型一维无压/有压水动力学模型模拟能力提升关键技术和大范围高精度二维水动力学模型计算效率提升关键技术。详细介绍了发展前沿中的坝堤溃决过程、暴雨山洪等特殊水动力学模型的数值挑战、关键技术、应用场景等方面内容。最后,从水动力学模型维度和功能、预测结果评估与实时校正技术、机理模型和数据驱动模型融合、虚拟计算与物理实体互馈模型等方面对水动力学模型发展方向进行了展望。研究成果可更好地支撑智慧水利建设。

数字孪生水利工程网络安全风险分析和保障体系

数字孪生水利工程是数字孪生流域的关键节点,也是智慧水利建设的重要组成部分,在数字孪生水利工程建设中,如何保障网络安全尤为重要。以汉江流域数字孪生项目建设为例,结合数字孪生水利工程的特点,分析了数字孪生水利工程面临的网络安全风险。在此基础上,运用网络安全防护技术,从网络安全纵深防御体系建设、物联网安全防护、数据安全防护、水利工业控制系统安全防护、云计算安全防护、移动安全防护6个方面构建了数字孪生水利工程网络安全技术风险治理体系,并对水利行业数字孪生水利工程网络安全管理提出了具体措施和建议。研究成果已在汉江流域数字孪生水利工程建设中取得了良好防护效果,可为水利行业其他数字孪生工程的网络安全工作提供借鉴。

数字孪生水利工程中的大数据应用初探

数字孪生水利工程建设是近年来智慧水利体系建设的核心组成。围绕大数据相关技术及应用在数字孪生水利工程建设中的成功实践,对智慧水利数字孪生工程的管理及其应用方案进行了介绍,重点探讨了智慧水利数字孪生工程的顶层设计、技术框架以及大数据应用成效等。

关于数字孪生水利建设中BIM深化应用的思考

数字孪生水利建设是推进新阶段水利高质量发展的战略举措;BIM是实现工程建设领域数字化的基础技术,本文旨在探讨BIM技术在数字孪生水利建设中深化应用的方向与路径。首先根据政策文件,解读数字孪生水利的深刻内涵,剖析数字孪生与BIM的关系。然后通过研究BIM技术在水利行业的应用现状,分析BIM的发展困境与对策。最后提出助推设计技术升级、提供三维数据底板、支撑工程“四预”和沉淀数字资产四个BIM深化应用方向,并说明BIM深化应用所需的基础工作,为推进数字孪生水利建设提供参考。

提升水利档案管理水平,服务数字孪生水利建设

智慧水利是水利信息化的发展方向,更是推进新时代水利现代化的重要举措。水利档案在智慧水利建设中的重要性日益突出,数字化、网络化、智能化对于提升水利档案管理质量和效率具有十分重要的作用。从我国基本水情和新阶段水利高质量发展的要求出发,紧紧围绕数字孪生水利建设的目标要求,剖析水利档案管理发展方向,梳理新形势下水利档案管理的突破重点,提出档案管理创新对策。

数字孪生水利工程安全智能分析预警技术研究及应用关键要素探究

随着时代的发展,我国在全国范围内加快了水利工程的建设步伐,实现抗洪排涝以及灌溉农田的发展目标。但是由于监测系统存在不足,无法及时有效地对各个灌区进行有效的安全管理,因此引入新技术、新理论已成为加强水利工程安全管理的重中之重。数字孪生水利工程是水利部门打造智慧水利的重要基础和前提,结合水利工程建设和发展状况,通过加强安全智能分析预警技术研究能够最大限度地提升水利工程安全管理质量和水平,及时预测和发现安全隐患问题,保障水利工程得以平稳运行,为促进我国经济发展奠定坚实的基础。基于此,本文详细阐述数字孪生的概念以及数字孪生水利工程总体建设目标,并论述数字孪生平台的工程安全智能分析预警技术的总体框架和详细功能,望予以借鉴和参考。

数字孪生流域的基础模型、演化路径与评判准则

从数字孪生流域的底层构建逻辑、发展演化路径、成熟度评判准则等方面,将数字孪生理论技术与流域治理管理相结合开展了如下研究:①提出了由物理流域、虚拟流域、实时连接交互、数字赋能服务、孪生流域数据和孪生流域知识组成的数字孪生流域基础模型;②研究了数字孪生流域演化路径,包括流域数字感知、流域数字映射、流域数字认知、流域数字模型、流域数字投影、流域数字孪生;③研究了数字孪生流域评判准则,包括要素能透彻感知、映射能高度逼真、状态能精准预测、推演能拟实假设、现象能合理解释、虚实能动态交互;④提出了数字孪生流域建设应关注的重点。研究成果可为推动数字孪生流域(水网、水利工程、灌区)的科学建设、有序运行和健康发展提供指导和借鉴。

卫星遥感水利应用进展与展望

监测感知数据是构建数字孪生水利体系的基础,卫星遥感是重要的监测感知手段。随着我国航天事业的蓬勃发展,依托国家科技重大专项、国家重点研发计划等科研项目开展技术攻关,以及国家防汛抗旱指挥系统工程等重大项目的推广应用,水利部构建了“采存算用全自主、遥感处理全链条、主要业务全覆盖、应用服务全贯通”的卫星遥感水利应用技术体系。卫星遥感技术在数字孪生水利数据底板建设、流域防洪、水资源管理与调配、河湖管理、水土保持、水利工程监测监管等业务工作中得到了广泛应用,发挥了显著成效。未来将从持续拓展卫星遥感影像资源、深度融合人工智能技术、强化“天空地”协同监测融合应用等方面,推动卫星遥感水利应用,赋能水利业务。

“四化”体系赋能数字孪生水利建设探讨

华为技术有限公司深耕水利行业多年,将先进ICT技术与水利业务深度融合,沉淀了“四化”数字孪生体,即感知标准化、底座自主化、模型智能化、应用海量化。华为通过提供先进和稳定的核心技术体系,高效支撑水利业务开展和持续演进,助力加速水利数字孪生建设进程。

BIM模型数据处理二次开发在水利工程数字化中的应用

数字孪生水利工程正逐渐成为未来水利行业的重要发展方向,其应用需要数字底板来实现高精度可视化场景,其中的BIM模型需要经过数据处理才能满足相关业务应用的需求。为了提高基于CATIA的水利行业BIM模型的数据处理效率,采用了基于CATIA Automation API接口及VB6.0的二次开发方法,通过开发编码、属性信息赋予及导出、单体化批量升级、工程量统计、坐标点导入等批量处理功能,能够显著提升模型批量数据处理的效率,并支持后续的数字化应用。

大尺度水利数据底板可视化探索与实践

数据底板作为数字孪生平台核心组成部分,在支撑数字孪生水利建设中作为“算据”发挥着关键性的基础作用。在数据底板可视化方面目前还存在数据要素标准不统一、融合渲染方法不明确、业务场景难支撑的问题,特别是大尺度三维数据底板如何融合构建、共享、更新与应用,尚未形成高效的解决方案。根据数字孪生水利建设数据底板建设思路,详细阐述了当前多源多级数据融合方法和业务可视化同步映射技术,并以淮河流域水利要素可视化模型构建开展实践探索。结果表明:多源异构数据标准化治理与可视化模型轻量化渲染在数据底板建设中至关重要,不仅能够支持流域尺度物理实体与数字要素的同步映射,也能够增强多场景的业务服务能力,为流域水安全保障提供关键数据支持。

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。