数字流域数字孪生珠江流域建设初探
数字孪生珠江流域装备初探
引用格式：甘郝新，吴皓楠.数字孪生珠江流域装备初探[J].华夏防汛抗旱，，32（2）：36-39.
水利部珠江水利委员会珠江水利归纳技艺中央/甘郝新吴皓楠撮要：聚集水利部对于数字孪生流域装备的干系请求，梳理了数字珠江办事近况和系统装备境况，环抱数据平台、模子平台、学识平台等中心职责及强化预告、预警、预演、预案“四预”办法的请求，解析了流域水利网信存在题目和要紧差异，提议了数字孪生珠江装备的实践路途，并讲解了干系项目标试点境况和结果。关键词：机灵水利；数字孪生；珠江流域；“四预”1数字流域办事近况
为贯彻水利部对于鼎力推动机灵水利装备的请求，水利部珠江水利委员会（如下简称珠江委）按照《机灵水利装备顶层谋略》中的流域布局及《“十四五”机灵水利筹办》对于流域办理机构将来5年的职责安顿，聚集珠江流域水利音信化近况与题目，环抱装备数字孪生流域、完成预告、预警、预演、预案“四预”成效等中心职责开展了一系列的办事。
一是对峙筹办引领，做好顶层谋略。年10月，编制印发《珠江委网络平安和音信化顶层谋略》，为将来一段期间的网信办事供应了科学指示和要害根据。年12月印发的《粤港澳大湾区水准安保险筹办》，明白提议要建树当代化的机灵拘押效劳网。正在修编的《珠江河口归纳责罚筹办》也明白提议要建树当代化的机灵河口办理编制。
二是对峙需求牵引，明确提议装备需求。屡屡在全委界限内开展交易需求解析办事和音信技艺研究会议，周全梳理了珠江委水利交易和系统近况、题目、差异，从用户、成效、数据、平安、功用等方面提议了装备需求。
三是对峙急用先建，马上表现效力。依靠水政检察底子设备装备（三期）、电子政务工程等在建项目，探究“大平台+微效劳”的技艺架构，兼顾开展一张图和执法巡视、河口拘押专题应用装备，开端搭建了珠江水利一张图根本框架，根本建成了电子政务外网归纳应用派别，为完成“办事底子由图上来、办事经过以图协同、办事结果到图上去”奠基了底子。四是对峙项目启动，坚固推动立项。包含机灵珠江工程、珠江流域水工程防灾毗连调换系统、珠江水利一张图建谋略划，以及国度水利归纳拘押平台、国度水利大数据中央装备等项目部份装备实质。
2系统装备境况
比年来，珠江委依靠珠江流域防汛抗旱指导系统、国度水资本监控本事装备等项目，在流域界限的中心江段、要害节点、中心地区造成了必然例模的自立监控本事，在流域防汛抗旱、水资本办理、水生态修理与爱护等办事中表现了要害影响。
水旱灾难防备方面，开端造成了援手监测预警、洪流预告、指导调换、归纳决议、救急处分的防汛抗旱音信保险编制。水资本办理与调配方面，建成了珠江流域片水资本监控办理音信平台，开端完成水资本交易办理、调配援手、救急办理、归纳音信效劳等成效。N项交易方面，依靠全国水土对峙监测网络一期、二期工程，建成水土对峙监视办理系统、中心工程办理系统和监测音信系统，并自立开垦装备项目水土对峙办理音信系统和水土对峙监视办理音信挪动搜集系统；依靠水政检察项目，装备了珠江流域片水政检察遥感监测系统，具备专题音信讨取、水政违规音信颁布、现场搜集、结果盘查等本事。另外，连续推动珠江委音信资本调动同享，依靠数据共建同享平台装备，开展了珠江委各陷阱处室、委属单位及现有应用系统数据资本近况会见和聚集调动，编制了珠江委数据资本目录，完成了与广东省水利数据中央的同享相易；依靠互联盛开平台装备，从统一系统办理、统一用户机构、统一数据拜候、统一日记效劳等方面，完成了现有交易应用系统的调动。
3存在题目
经多年装备，珠江流域水利音信化装备取患有显著结果，但整体上还处于机灵水利起步阶段，与电力、天气等机灵先行行业比拟，与水利部制造数字孪生流域的请求比拟，仍旧存在显然短板和薄弱枢纽。
3.1数据启动不敷，与全因素的确感知的请求不适应
一是流域界限水文测站监测音信获得不够，珠江委直管水文测站要紧聚集在珠江三角洲河口及部份省界（跨界）地区，流域片其余要紧干支流管制水文站的水雨情音信需求从省级水文部门获得，对流域水文样式的把握远远不够，急需提拔直管水文站多因素在线监测本事、流域中央实行室水资本巡测本事，平添提拔音信接入的渠道、数目和保险率，造成科学高效、反响敏锐的流域站网编制。二是水利工程平安运转监测聚集不够，流域界限内大中型水库音信化水准较高，但部份中型水库、大部份袖珍水库及绝大部份小水电没有水雨情主动测报系统及平安监测设备，同时这些监测音信没有分级聚集上报，难以援手流域法式的精确预告和精密调换。三是针对河湖水域岸线、水生态、渡水工程和河口等方面监测不够，新式传感做战、智能视频摄像头、导航定位和卫星无人机遥感等新技艺未获得遍及应用，缺少点线面协同感知，物联网技艺未获得充足应用。
3.2模子援手不够，与时刻同步仿真运转的请求不适应
一是模子之间连接性较差，缺少团体思索，高低游、干支流界限呈现交织反复或缺失。二是模子连续应用不够，没有统一办理，乃至小量模子没有集成至系统，不能连续有用应用。三是部份模子装备年月较为长久，不相符下垫面变动及工程装备的本质境况，需求进级革新。四是现有降雨径流模子以集总式模子为主，尚未引进散布式模子，洪流预告机谋简明。五是洪流时刻解析模子仅针对浔江防洪爱护区装备了时刻洪流解析模子，未绝对遮盖珠江流域已编制洪流危急图的中心地区，没法周全援手珠江流域西江、北江、东江洪流防备决议，流域洪流预告、洪流调换、防汛洽商等系统数据尚未买通，不能完成预告调换一体化。六是可视化模子以试点为主，不够以援手调换需求。
3.3学识启动不敷，与预告预警预演预案的请求不适应
一是学识平台装备尚处于探究阶段，流域模范防汛抗旱事情的调换谋划、防洪预案、老手学识等一手材料和管制性水利工程调换规定要紧以文件档案的样式办理，需求经过学识图谱技艺将这些理论结果和阅历积淀到水利学识图谱库中，协助决议指导。二是交易范畴音信化进展不均衡不充足，不同行务范畴在数据资本的补偿、交易行动和因素的音信化遮盖水准存在显然的差异，个中水旱灾难防备、水资本办理与调配等交易应用起步较早、成效较齐备，但智能化水准有待抬高。三是系统革新迭代不迅速，策略或准则的调动不能准时在系统中显露，又由于行使不够，系统没有跟着应用得深入获得有用的优化。
4实践路途
4.1建树数字孪生流域
装备数据底板，完成对珠江流域片江河水系、水利工程及影响地区的数字化映照，筑牢数字孪生流域的底子。经过完备物联感知本事装备，为数字孪生流域供应源源不休的数据援手，进而完成物理流域与数字流域之间的动态、时刻音信交互和深度合并，对峙两者的同步性、孪素性。
4.1.1数据底板
经过聚集整顿水利系统表里的通盘干系数据，装备多维多法式时空数据模子，将水利方向实体做为数据表白与分类机关的根本单位，进而以时空属性为纽带合并、重组百般数据，完成多级嵌套的时空数据底板的建树。实践层面上，以水利部L1级数据底板为底子，按需建树珠江流域中心地区L2级数据底板，并以流域各省（自治区）水行政主管部门L2级数据底板、水利工程办理单位L3级数据底板为增加，共建同享共用多级合并的珠江流域数据底板，防止反复装备。
4.1.2物联感知
行使百般监测感知做战、技艺和办法，动态监测和时刻搜集江河水系、水利工程、水利责罚办理行动三大类水利感知方向的交易特色和事情音信，自立监控办理物联感知网内通盘末端的状况，完成全天候运做。同时，行使卫星遥感、无人机歪斜照相、无人船水下地形丈量及智能视频监控等机谋，适时适情获得宏观视角的监测数据。
4.2开展机灵化摹拟
调动效劳于珠江流域预告、调换、解析、评价的百般水利业余模子及可视化模子，水利业余模子供应摹拟仿真运转所需遵命的根本规律，可视化模子供应时刻衬着和可视化展现，最后借助数学摹拟仿真引擎，在数字流域的底子上完成对水利局面和责罚办理行动全经过的精确化摹拟，完成数字孪生流域和物理流域的同步仿真运转、真假交互、迭代优化，赋能水利交易。
4.2.1业余模子
要紧包含预告模子、调换模子和评价模子。预告模子在现有新安江三水源模子、滞后演算模子、马斯京根流量演算模子等底子上，平添定制TOPMODEL散布式水文模子、中恒久水量展望模子等。调换模子要紧包含防洪调换模子、救急水量调换模子、生态调换模子等。评价模子要紧包含水生态评价模子、河湖壮健评价模子、水玷污物转移散布模子等。
4.2.2可视化模子
行使流体粒子、GPUShader、VR/AR等技艺，经过与业余模子的连接完成洪流动态摹拟、珠江河口蜕变摹拟、珠江三角洲咸潮摹拟、水质玷污物散布摹拟等经过的三维仿真。
4.3援手精确化决议
精确化决议是在防洪调换、水资本办理与调配、水生态经过调理等预演的底子上，借助学识平台开展多谋划比选，生成决议意见谋划。援手精确化决议是数字孪生流域的方向，中心是建树智能化交易应用编制，协助协议满意不同行务目方向最优化谋划，以便最大水准提早回避危急、抬高效力、淘汰损失。
4.3.1流域防洪
在国度防汛抗旱指导系统的底子上，平添定制流域防洪数字化场景，增加归纳旱情监测展望成效，进级完备流域防洪“四预”成效，搭建防汛抗旱“四预”交易平台。预告方面，开垦流域洪流摹拟和地区径流量摹拟应用模块，包含降雨预告、洪流预告、水量展望、预告评价、预告结果办理、预告结果展现等成效，完成珠江流域洪流预告调换一体化摹拟、救急水量预告调换一体化摹拟。预警方面，行使时刻水雨情、预告雨情、洪流预告结果，聚集河道洪峰流量、水库蓄水境况，对比江河湖库洪流预警目标编制举行洪流预警断定，开展史书类似性解析和影响危急解析，完成危急动态展现。预演方面，以预告结果做为根本输入前提，解析肯定灾难类别，肯定灾难要紧影响界限和筛选调换方向，生成根本调换谋划，谋略解析各谋划的调换结果与影响，并对中心河段与中心地区的水流流场推演仿真。预案方面，在预演的底子上主动拟订调换意见谋划集、评价调换结果、解析谋划是非，并引荐出最优谋划，智能跟踪并时刻展现工程运转境况和调换结果。
4.3.2水资本办理与调配
在国度水资本监控本事装备项目、国度地下水监测工程的底子上，完备水资本办理与调配数字化场景，平添进级水资本拘押预警、调配办理决议、省俭用水办理效劳等成效，搭建水资本办理与调配归纳平台。预告方面，完备水资本中恒久预告、珠江三角洲河口咸情预告，完备吊水户、中心监控用水单位在线监控，动态把握“流域+地区”水资本总量的造成、输移、变动规律及散布脚印，展现流域吊水口散布、分行业和分地区用水量及用水经过。预警方面，建树水资本开垦行使与水雨情和经济社会变动的干系干系，动态评价水资本开垦行使情景及危急，对取用水量逾额、开垦行使水准超载及实测水量与展望水量超限的吊水户和地区举行预警和管控。预演方面，以河湖来水、水库蓄水、用水需求、水量水质数据等动态变动因素启动流域水量水质模子，摹拟不同调换谋划下水量分派管制节点及省界断面水量水量变动。预案方面，行使流域史书、近况、将来水资本调渡经过的反演涌现、动态展现和摹拟推演，平面展现流域水资本样式画像，完成不同谋划的归纳比选，为落实水量分派谋划和水资本调换供应决议援手。
4.3.3N项交易应用
在数字孪生珠江的底子上，环抱水资本省俭爱护、工程装备与运转办理、河湖爱护与办理、水土对峙办理、乡村水利水电交易办理、流域监视办理、水利筹办谋划、水政执法等交易需求，遵命“大平台+微效劳”的技艺架建树设面向效劳的N项交易应用，强化流域责罚办事的数据援手，保证决议谋划的科学、有用。
5试点境况
5.1进级珠江水利一张图
遵命实践路途的安顿，珠江委领先启动了珠江水利一张图的进级厘革办事，做为机灵珠江装备先行先试的第一步，方向是搭建援手各项水利交易办事的数字化场景，承载流域办理界限内的百般水利方向、监测数据和交易过程，建成数据同享和交易协同的纽带，制造机灵珠江装备结果展现窗口。方今，经过引入空间大数据搜罗引擎，归纳应用动态效劳和切片效劳等舆图效劳机关样式，抬高系统并发处分本事及平添本事，并开垦了基于河网拓扑干系的空间解析成效模块，提拔水利交易的解析开垦本事。现已开端建成援手专题平添的空间音信效劳编制，为数字孪生流域装备奠基了底子。
5.2开展流域防洪调换演练
遵命水利部部长李国英对于强化流域防洪“四预”办法的请求，珠江委充足行使数字化机谋提拔洪流防备本事，随机采用史书模范洪流做为水情布景开展演练，磨练各干系部门、单位防洪指导做战和调换决议水准，考验珠江水库群毗连调换谋划、超准则洪流防备预案的有用性和可职掌性，搜罗存在题目和薄弱枢纽。经过救急通讯系统连线百色水利枢纽、大藤峡水利枢纽等委直督工程，在线考验工程防汛救急抢险处分本事。基于流域防洪工程编制近况，应用数字化音信化机谋对雨水情展望预告、工程调换、河道及蓄滞洪区行蓄洪与受灾界限等境况举行摹拟，并举行救急洽商、决议摆设、防洪调换、办事组遴派、后勤保险等方面的演练。
5.3搭建执法巡视监控平台
为考证“一张图+”交易的技艺道路，依靠珠江水利一张图搭建了珠江流域水政执法巡视监控平台。该平台以遮盖全流域的万古序遥感影象为中心，辅以实景三维模子、全景相片、视频监控等音信，完成了针对临盆装备项目、水政执法案件的闭环办理，使交易人员深居简出就可以动态把握执法巡视境况，推动水政执法交易“内部通”“高低通”和“横向通”，进一步提拔了执法音信调取、敦促检讨、指导调换和解析研判本事，为建树“早发觉、早阻碍、严查处”的执法办事机制供应了技艺援手，有益于落实执法全经过纪录轨制，周全提拔珠江流域执法效用。
6结语
数字孪生流域装备是一个系统工程，触及水利部、流域办理机构、处所水行政主管部门、水利工程办理单位等多个层级。推动数字孪生流域装备，一要正视顶层谋略，明白各层级定位和装备职责，防止低水准反复装备；二要强化准则典范装备，保证各层级间的共建同享共用和交易协同；三要对峙“需求牵引、应用至上”的准绳，优先采用需求殷切、短期收效的试点工程或中心项目先行实践。下一步，珠江委将多措并举，中心攻破，极力推动数字孪生珠江流域装备，以机灵水利助推流域水利事迹高原料进展。
参考文件
[1]李国英.在水旱灾难防备办事视频会议上的语言[J].华夏防汛抗旱，，31（3）：4-5.
[2]刘海瑞，奚歌，金珊.应用数字孪生技艺提拔流域办明机灵化水准[J].水利筹办与谋略，（10）：4-6，10，88.
[3]吴奇锋，高云泽.基于数字孪生技艺装备机灵淮河[J].科技推行与应用，（6）：73-75.
[4]刘昌军，吕娟，任明磊，等.数字孪生淮河道域机灵防洪编制协商与理论[J].华夏防汛抗旱，，32（1）：47-53.
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