四信大中型水库数字孪生调度运营解决方案，开拓管理新模式

 大中型水库数字孪生水利数字化转型水利工程数字孪生

发布时间：2024-04-11

　　今年来，水利部先后印发《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《智慧水利建设顶层设计》《“十四五”智慧水利建设规划》《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》等系列文件，明确了推进智慧水利建设的主要任务。

　　《2024年水利工程运行管理工作要点》明确提出：加快构建现代化水库运行管理矩阵。全面推进试点水库、先行区域实施全覆盖、全要素、全天候、全周期“四全”管理，完善体制、机制、法治、责任制“四制（治）”体系，强化预报、预警、预演、预案“四预”措施，加强除险、体检、维护、安全“四管”工作，强化数字赋能，积极探索路径，率先实现突破，取得阶段性成果。

　　我国大部分大中型信息系统建设处于单一业务层面，导致信息缺共享、管理少手段、决策无支撑等局面，对照当前国家和水利部关于数字孪生水利建设的要求仍然存在明显差距，制约新阶段水利高质量发展。

　　01水库全方位管控能力低

　　水库全覆盖有效监管尚有欠缺，有效信息掌握不够精准系统，全天候监控手段不足，建设、运行、报废全周期管理尚不完善。

　　02水库信息化管理能力有待提升

　　部分大中型水库监测设施老化损坏，监测平台建设滞后，监测数据汇集和共享应用能力不足；数字孪生水库建设尚处于初步阶段，预报、预警、预演、预案“四预”能力有待提高，数字化、网络化、智能化水平亟待提升。

　　03联合调度能力、决策支持水平仍需完善提升

　　流域防洪调度智能化有待完善提升，需将新一代信息技术深入融合应用，进一步提升优化算据、算力、算法来全面满足联合调度会商决策需求。

　　四信大中型水库数字孪生调度运营解决方案

　　四信严格遵循水利部智慧水利顶层设计及数字孪生水利工程建设总体框架，结合大中型水库发展现状和实际需求，形成水库数字孪生工程建设框架。

　　以提升预报调度智能化为主线，“数字化场景、智慧化模拟、精准化决策”为路径，通过数字孪生、大数据、人工智能、模型云等技术全力推进新技术与业务的深度融合应用，提高应用水平，实现“数字孪生场景化应用、预报调度一体化模拟、四预过程智能化决策”，围绕数字孪生水库上游集水区域，以“四预”为全过程决策链，场景化打造水库数字孪生。

　　（1）物联网感知

　　围绕水库及上下游水利业务，利用智能传感、智能视频、预警广播、卫星遥感、北斗通信等技术，扩大江河湖泊水系、水利工程设施、水利管理活动等监测范围构建监测汇集平台，围绕流域监管需求共享交换地方水利部门和其他行业监管数据，提升感知智能化水平。

　　（2）网络传输

　　依托现有库区局域网、水利专网、互联网络，建设基于4G与北斗相互补充，主备切换的网络系统。保障系统在灾前、灾中、灾后全时段、全区域范围内水利、水文数据的完整性。

　　（3）数据中心

　　基于L1——L3级数据底板的数据资源及数据管理软件组成，通过倾斜摄影、激光扫描等技术建设L2级底板，选取重点水利工程建设精细化BIM模型，在此基础上叠加水利专业数据、业务数据、遥测感知数据、经济数据、行政数据等。

　　数据管理系统包含数据管理、数据治理（质控、融合、标准化、错报统计）、数据共享/发布、数据交互等功能，为业务系统和第三方系统提供完备的数据供应保障。

　　（4）模型平台

　　模型平台主重点围绕防汛调度和大坝工程安全。

　　防洪调度：建设以防汛调度为业务核心的洪水预报的水文预报模型、水库泄洪调度模型、下游洪水淹没分析的二维水动力模型

　　大坝工程安全：建设以大坝结构安全为核心的大坝结构安全模型。

　　（5）应用层

　　应用支撑系统作为模型运行平台、业务系统、孪生可视化系统的基础支撑，由服务运行管理平台、物联网管理平台、孪生渲染引擎组成；其中服务运行管理平台主要用于各类平台服务的运行管理，用于保障整体平台高可靠运行，孪生渲染引擎要用于孪生可视化平台的组态化配置管理，而物联网管理平台主要是解决前端感知设备的统一接入管理及用户鉴权的统一管理。

　　应用系统以防洪四预为核心业务，提供防汛调度、水库工程安全管理、知识档案库及其它后台服务组成。

　　防汛调度系统通过优化洪水预报调度模块，提高洪水预报的精度，增加洪水预报有效预见期，结合一、二维水动力模型模拟下游淹没情况，通过调度预案及应急处置，为洪水调控及灾情处置提供数据支撑及辅助决策。

　　智慧水库数字孪生

　　●快速直达预警

　　预警是前哨，建立多种类、多渠道水旱灾害预警体系，将预警信息直达水利工作一线和受影响区域社会公众，为启动预演提供指引。

　　●精准超前预报

　　预报是基础，建立以流域为单元的多维多时空全要素预报体系，为预警工作赢得先机。

　　●前瞻科学预演

　　预演是关键，构建全过程、多情景模拟仿真防灾预演体系，通过预演为预案制定提供支撑。

　　●细化实化预案

　　预案是目的，在预演结果基础上分析评估，滚动调整水工程运行、应急调度、人员防灾避险等应对措施，迭代优化运行调度方案。

　　水库工程安全管理系统通过传感器感知监测、预警分析等方式，对工程安全进行全方面的监督管理，确保水库工程的安全和稳定。

　　知识档案包含了水利工程的预案库、知识图谱库、业务规则库、专家经验库等信息。

　　（6）展示层和用户层

　　基于数字孪生的三维可视化引擎，围绕“四预”要求，结合大中型水库现实需求，利用物联网、云计算、大数据、数字孪生、“可视化”追踪等技术，通过集成水文模型和气象模型，实现对水库未来的水位、流量等的预测及模拟仿真，可模拟不同降雨情景下的水库来水过程，水库调度过程，通过预测及预演洪水过程来对未来的事件进行评估，结合预测及推演过程提前采取有效的防洪措施。

　　水利局、应急管理局，水库管理中心等管理单位通过展示层与系统进行互动，角色以用户、管理员、操作员等，根据单位或个人的权限和需求使用系统的功能。