四信數字孿生灌區(qū) | 渠系水精準計量及可視化調度管理

 四信數字孿生灌區(qū)信息化管理平臺智慧灌區(qū) 灌區(qū)信息化

發(fā)布時間：2023-09-04

　　根據水利部推進智慧水利建設的部署，建設數字孿生灌區(qū)已成為當前智慧水利建設的核心任務與目標，《水利部辦公廳關于開展數字孿生灌區(qū)先行先試工作的通知》《水利業(yè)務“四預”基本技術要求（試行）》等相關規(guī)范進一步明確了數字孿生灌區(qū)的建設內容，四信對先行先試建設目標、總體規(guī)劃、功能效益等方面進行了系統(tǒng)研究，以期通過渠系水精準計量及可視化調度管理，探索數字孿生灌區(qū)的建設模式和經驗，解決現(xiàn)代化灌區(qū)建設和應用的技術難題。

　　針對灌區(qū)信息化項目普遍存在的測量數據與實際業(yè)務需求的偏差及配水調度方案不夠科學等問題，四信數字孿生灌區(qū)信息化管理平臺通過渠系水精準計量方案及可視化調度管理方案，有效提升灌區(qū)管理效率，降低測量誤差，為灌區(qū)的配水調度提供輔助決策。

　　一、渠系水精準計量

　　渠系水精準計量一直是灌區(qū)量測水的一道難題，傳統(tǒng)的灌區(qū)量測水一般依托渠道站點計量設備完成，對各量測水的數據統(tǒng)計和分析僅局限在站數據和簡單的流量換算公式上。然而，水的流動是一種在空間和時間上連續(xù)變化的物理過程，因此，單純的站點數據監(jiān)測及統(tǒng)計，達不到灌區(qū)管理者對整個灌區(qū)量測水的需求，更談不上精細化計量。

　　四信數字孿生灌區(qū)在渠系水精準計量上，通過前端設備采集數據，數據治理平臺對采集數據進行數據質量控制，對漏報數據進行查漏補缺，結合水力學模型、數字仿真、邊界設定等技術手段，有效的處理傳統(tǒng)統(tǒng)計過程中時空差異影響，確保渠系上各個站點、渠段、區(qū)域、乃至整個灌區(qū)水的精準計量和統(tǒng)計。

　　傳統(tǒng)模式—統(tǒng)計表

　　統(tǒng)計圖—數據治理模式

　　二、配水調度管理

　　01數字孿生配水調度方案

　　配水調度包含水量分配和調度，二者是密切相關的，水量分配是指將可用水資源分配給不同的用戶或者用途，包括灌溉、生活用水、工業(yè)用水等。水量調度則是指對水資源進行管理和調配，使其在時間和空間上得到合理的利用，保證水資源的有效利用。

　　傳統(tǒng)信息化配水調度

　　結合了線上填報系統(tǒng)、線上配水計劃制定、通過遠程控制對閘泵進行操控并結合感知設備對實時的輸配水量進行監(jiān)測，并通過統(tǒng)計圖表對供需水進行統(tǒng)計及分析。

　　在以往的灌區(qū)信息化系統(tǒng)中，配水調度主要依托往年的歷史經驗和檢測站點數據進行用水計劃的制定和管理，對整個配水過程缺乏有效的管理，配水過程中的計劃變更等缺乏有效的支撐。

　　數字孿生配水調度

　　數字孿生-灌區(qū)信息化系統(tǒng)中，基于前端視頻、量測站點數據，借助數字模擬，配水預演、仿真，打造“來水-需水-配水-調水”的鏈條化管理，有效改變了原來按照設計和計劃供水的模式，為實現(xiàn)“按需供水，精準配水，有跡送水，減少棄水”的目標提供了科學手段。

　　02可視化調度管理

　　灌區(qū)數字沙盤

　　基于GIS地圖對渠系管網等圖層進行展示，直觀的渠網上各個點位的實時監(jiān)測數據、實時視頻數據，同時可結合數字孿生配水調度模型相關數據推演，將演算結果以二維地圖的方式在圖上進行呈現(xiàn)，清晰直觀一目了然。

　　傾斜攝影可視化

　　對于灌區(qū)中的重點渠系河段進行傾斜攝影，并將傾斜攝影和監(jiān)測點位進行結合，將數據與場景融合，更加直觀生動。同時可在場景中疊加一維、二維水動力模型及配水調度模型，模擬配水調度及水流演進效果，結合模型計算的流量值進行呈現(xiàn)，實現(xiàn)配水調度方案預演，為管理者實現(xiàn)科學化配水調度提供輔助決策。

　　BIM建模可視化

　　通過BIM建模的方式對管道輸配水及泵閘閥等重點配水工程進行手工建模，結合各項監(jiān)測數據和控制狀態(tài)，對灌區(qū)的輸配水進行模擬展示。

　　核心產品

　　四信數字孿生灌區(qū)信息化管理平臺

　　四信數字孿生灌區(qū)信息化管理平臺在前端站點測控的基礎上，結合灌區(qū)渠系和水工建筑模型，應用水動力模型、灌區(qū)輸配水策略等，對灌區(qū)輸配水過程、渠系水計量上進行數字映射、智能模擬、前瞻預演，與灌區(qū)配水進行同步仿真，并根據前端數據不斷迭代優(yōu)化，實現(xiàn)對灌區(qū)調度管理的可視化調度和渠系水精準計量。

　　AI智能識別遙測終端機

　　F9164-V300是一款物聯(lián)網AI智能識別遙測終端機，其集遙測終端機功能、視頻錄像機、視頻AI識別水尺讀取算法功能為一體，在數字孿生灌區(qū)信息化系統(tǒng)中具有數據采集、AI識別、視頻監(jiān)控、圖像查看等校核值守功能。

　　閘門遙測終端機

　　閘門遙測終端機是基于4G、LoRa無線網絡及有線網絡，實現(xiàn)閘門遠程控制、本地控制，閘門開度、水位、流量采集，圖像視頻監(jiān)控，具有太陽能供電系統(tǒng)和本地顯示，適用于灌區(qū)中1.2m以下的渠道閘門開、閘門定量開關控制，并實時閘門的狀態(tài)信息和渠道水信息。

　　雷達一體式流量計

　　雷達一體式流量計是一款基于微波技術的全自動流量計和RTU采集通訊功能，支持渠道水位和表面流速測量，結合渠道斷面和渠道流速分布關系，實現(xiàn)斷面瞬時流量及累計流量計算。適用于灌區(qū)中渠道流態(tài)穩(wěn)定、風浪較小、無沖淤變化、不受回水跌水影響，經率定驗證點流速與斷面平均流速的關系穩(wěn)定的斷面。