四信大中型水庫數字孿生調度運營解決方案，開拓管理新模式

 大中型水庫數字孿生水利數字化轉型水利工程數字孿生

發(fā)布時間：2024-04-11

　　今年來，水利部先后印發(fā)《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》《智慧水利建設頂層設計》《“十四五”智慧水利建設規(guī)劃》《“十四五”期間推進智慧水利建設實施方案》等系列文件，明確了推進智慧水利建設的主要任務。

　　《2024年水利工程運行管理工作要點》明確提出：加快構建現代化水庫運行管理矩陣。全面推進試點水庫、先行區(qū)域實施全覆蓋、全要素、全天候、全周期“四全”管理，完善體制、機制、法治、責任制“四制（治）”體系，強化預報、預警、預演、預案“四預”措施，加強除險、體檢、維護、安全“四管”工作，強化數字賦能，積極探索路徑，率先實現突破，取得階段性成果。

　　我國大部分大中型信息系統建設處于單一業(yè)務層面，導致信息缺共享、管理少手段、決策無支撐等局面，對照當前國家和水利部關于數字孿生水利建設的要求仍然存在明顯差距，制約新階段水利高質量發(fā)展。

　　01水庫全方位管控能力低

　　水庫全覆蓋有效監(jiān)管尚有欠缺，有效信息掌握不夠精準系統，全天候監(jiān)控手段不足，建設、運行、報廢全周期管理尚不完善。

　　02水庫信息化管理能力有待提升

　　部分大中型水庫監(jiān)測設施老化損壞，監(jiān)測平臺建設滯后，監(jiān)測數據匯集和共享應用能力不足；數字孿生水庫建設尚處于初步階段，預報、預警、預演、預案“四預”能力有待提高，數字化、網絡化、智能化水平亟待提升。

　　03聯合調度能力、決策支持水平仍需完善提升

　　流域防洪調度智能化有待完善提升，需將新一代信息技術深入融合應用，進一步提升優(yōu)化算據、算力、算法來全面滿足聯合調度會商決策需求。

　　四信大中型水庫數字孿生調度運營解決方案

　　四信嚴格遵循水利部智慧水利頂層設計及數字孿生水利工程建設總體框架，結合大中型水庫發(fā)展現狀和實際需求，形成水庫數字孿生工程建設框架。

　　以提升預報調度智能化為主線，“數字化場景、智慧化模擬、精準化決策”為路徑，通過數字孿生、大數據、人工智能、模型云等技術全力推進新技術與業(yè)務的深度融合應用，提高應用水平，實現“數字孿生場景化應用、預報調度一體化模擬、四預過程智能化決策”，圍繞數字孿生水庫上游集水區(qū)域，以“四預”為全過程決策鏈，場景化打造水庫數字孿生。

　?。?）物聯網感知

　　圍繞水庫及上下游水利業(yè)務，利用智能傳感、智能視頻、預警廣播、衛(wèi)星遙感、北斗通信等技術，擴大江河湖泊水系、水利工程設施、水利管理活動等監(jiān)測范圍構建監(jiān)測匯集平臺，圍繞流域監(jiān)管需求共享交換地方水利部門和其他行業(yè)監(jiān)管數據，提升感知智能化水平。

　?。?）網絡傳輸

　　依托現有庫區(qū)局域網、水利專網、互聯網絡，建設基于4G與北斗相互補充，主備切換的網絡系統。保障系統在災前、災中、災后全時段、全區(qū)域范圍內水利、水文數據的完整性。

　?。?）數據中心

　　基于L1——L3級數據底板的數據資源及數據管理軟件組成，通過傾斜攝影、激光掃描等技術建設L2級底板，選取重點水利工程建設精細化BIM模型，在此基礎上疊加水利專業(yè)數據、業(yè)務數據、遙測感知數據、經濟數據、行政數據等。

　　數據管理系統包含數據管理、數據治理（質控、融合、標準化、錯報統計）、數據共享/發(fā)布、數據交互等功能，為業(yè)務系統和第三方系統提供完備的數據供應保障。

　?。?）模型平臺

　　模型平臺主重點圍繞防汛調度和大壩工程安全。

　　防洪調度：建設以防汛調度為業(yè)務核心的洪水預報的水文預報模型、水庫泄洪調度模型、下游洪水淹沒分析的二維水動力模型

　　大壩工程安全：建設以大壩結構安全為核心的大壩結構安全模型。

　?。?）應用層

　　應用支撐系統作為模型運行平臺、業(yè)務系統、孿生可視化系統的基礎支撐，由服務運行管理平臺、物聯網管理平臺、孿生渲染引擎組成；其中服務運行管理平臺主要用于各類平臺服務的運行管理，用于保障整體平臺高可靠運行，孿生渲染引擎要用于孿生可視化平臺的組態(tài)化配置管理，而物聯網管理平臺主要是解決前端感知設備的統一接入管理及用戶鑒權的統一管理。

　　應用系統以防洪四預為核心業(yè)務，提供防汛調度、水庫工程安全管理、知識檔案庫及其它后臺服務組成。

　　防汛調度系統通過優(yōu)化洪水預報調度模塊，提高洪水預報的精度，增加洪水預報有效預見期，結合一、二維水動力模型模擬下游淹沒情況，通過調度預案及應急處置，為洪水調控及災情處置提供數據支撐及輔助決策。

　　智慧水庫數字孿生

　　●快速直達預警

　　預警是前哨，建立多種類、多渠道水旱災害預警體系，將預警信息直達水利工作一線和受影響區(qū)域社會公眾，為啟動預演提供指引。

　　●精準超前預報

　　預報是基礎，建立以流域為單元的多維多時空全要素預報體系，為預警工作贏得先機。

　　●前瞻科學預演

　　預演是關鍵，構建全過程、多情景模擬仿真防災預演體系，通過預演為預案制定提供支撐。

　　●細化實化預案

　　預案是目的，在預演結果基礎上分析評估，滾動調整水工程運行、應急調度、人員防災避險等應對措施，迭代優(yōu)化運行調度方案。

　　水庫工程安全管理系統通過傳感器感知監(jiān)測、預警分析等方式，對工程安全進行全方面的監(jiān)督管理，確保水庫工程的安全和穩(wěn)定。

　　知識檔案包含了水利工程的預案庫、知識圖譜庫、業(yè)務規(guī)則庫、專家經驗庫等信息。

　?。?）展示層和用戶層

　　基于數字孿生的三維可視化引擎，圍繞“四預”要求，結合大中型水庫現實需求，利用物聯網、云計算、大數據、數字孿生、“可視化”追蹤等技術，通過集成水文模型和氣象模型，實現對水庫未來的水位、流量等的預測及模擬仿真，可模擬不同降雨情景下的水庫來水過程，水庫調度過程，通過預測及預演洪水過程來對未來的事件進行評估，結合預測及推演過程提前采取有效的防洪措施。

　　水利局、應急管理局，水庫管理中心等管理單位通過展示層與系統進行互動，角色以用戶、管理員、操作員等，根據單位或個人的權限和需求使用系統的功能。