MK澳门新威斯尼平台-MK世界杯（中国）:数字孪生水利专题第一期|英爱文：加快推进数字孪生流域建设发表时间：2023-04-27 13:46 内容来源：2023 智慧水利建设高峰论坛——数字孪生水利高级研讨会 以下为水利部信息中心原副主任英爱文的现场分享： 各位嘉宾大家好，非常高兴有机会来参与今天的活动，我想和大家就数字孪生流域建设做一个主题报告分享。报告共分为三个部分：数字孪生是什么、数字孪生流域是什么、数字孪生流域建设怎么做。 开始今天的分享之前，我想先来和大家探讨下数字孪生是什么。百度百科“数字孪生”的词条显示，它是指充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程。简单来说，我们可以将它视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。 其实，数字孪生并不是一个新概念。 概念：早在2002年，美国教授迈克尔·格里夫斯（Michael Grieves）就提出了“数字孪生”的设想。 应用：数字孪生技术最早运用于工业制造领域，通过数字建模对产品的设计、生产、维护等环节进行实时动态仿真，继而反映机器设备的全生命周期过程。 发展：近两年来，数字孪生不再只是一种技术，而是成为了一股推动行业深刻变革的动力可以说，这是一个极具颠覆的概念，在可预见的未来内其技术必将逐渐成熟。 第二部分：数字孪生流域是什么？ 接下来，将针对“数字孪生流域是什么”的问题，重点介绍数字流域、数字孪生流域以及智慧水利三个方面涉及到的关键技术与建设内容。 通俗一点来说，数字流域就是“把流域装进计算机”。在数字空间虚拟再现真实的流域，主要借助3S、物联网、BIM等信息技术，以物理流域为单元、数字地形为基石、干支流水系为骨干、水利工程为重要节点，对物理流域的全要素数字化映射。 至于数字孪生流域，我们可以理解为在计算机上模拟水利治理管理活动。它的适用范围包括大江大河大湖及主要支流、重点流域和重点区域的数字孪生流域建设等。依托数字流域基。眯槟庀质、增强现实等信息技术和专业模型方法，以水行政管理范围为边界、业务活动为主线、预报预警为关键环节，对水利治理管理活动进行全息精准化模拟和水利工程运行实时同步监控。 智慧水利则是通过数字空间赋能各类水利治理管理活动，主要是在智慧流域上实现“2+N”业务的预报、预警、预演、预案。“四预”环环相扣、层层递进、有机统一，其中预报是基础、预警是前哨、预演是手段、预案是目的。在“四预”能力支撑下： 一方面根据预演结果实现对物理流域水利工程优化调度或实时监控；另一方面依据实时采集的物理流域实际运行数据和相关空间数据，完善数字流域的仿真算法，从而对物理流域水利工程的后续运行和优化调度提供更加精准的决策支持，确保水利决策方案的科学性、有效性和指导性。
来源：根据英爱文《数字孪生流域建设》报告编辑整理 水利部指导印发的《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》中提出，推进智慧水利建设是推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一，需要按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，实现与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，支撑“四预”功能实现和“2+N”智能应用运行，加快构建智慧水利体系，提升水利决策与管理的科学化、精准化、高效化能力和水平，为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。 第三部分：数字孪生流域该建设怎么做？ 国家“十四五”规划纲领明确要求，构建智慧水利系统，以流域为单位提升水情测报和智能调度能力。接下来分享的是本次报告的重点部分—数字孪生流域建设，我就其建设重点和在座的各位专家及政企代表分享六点。 一、数字流域建设需采用高分卫星遥感影像、公开版水利一张图矢量数据、30m DEM进行数字流域中低精度面上建模；大江大河中游及主要支流下游采用无人机遥感影像、河湖管理范围矢量、测图卫星DEM进行数字流域重点区域精细建模；大江大河中下游和重点水利工程则采用无人机倾斜摄影数据、水利工程设计图、水下地形，水利工程重要部位及机电设备BIM进行数字流域关键局部实体场景建模。数字流域建设内容主要包括基础数据、监测数据、业务管理数据、跨行业共享数据、地理空间参考数据以及多维多时空尺度数据模型等方面。 二、数字孪生流域采用集总或分布式水文模型计算流域产流、采用传统水文模型计算河道汇流、采用水资源模型进行流域区域水资源评价与配置以及与前述模型匹配的水沙、水质等模型进行数字孪生流域模拟；大江大河上游及主要支流采用经验模型等进行水情预报、采用水文学或一维水力学模型等计算河道汇流、在水文大断面和控制性工程进行水面二维控制以及与前述模型匹配的水沙、水质等模型进行数字孪生流域模拟；大江大河中下游和重点水利工程采用二维或三维水力学模型进行河道洪水演进计算以及与该模型匹配的水沙、水质等模型进行数字孪生流域模拟。采用可视化仿真模型和数字模拟仿真引擎进行渲染呈现。数字孪生流域建设内容主要是水利专业模型、可视化模型、数字模拟仿真引擎等方面。 三、智慧流域采用统分结合的方式沉淀水利知识和治水经验，通用性强的知识图谱库、业务规则库等知识库以及各类学习算法，由水利部统一建设并由各流域管理机构、省级水行政主管部门根据需要定制扩展。水利智能引擎和预案库、历史场景模式库、专家经验库等知识库，以及语音识别、图像与视频识别、遥感识别、自然语言处理等智能模型，原则上由各单位根据需求进行建设，提倡共建共享和相互调用。至于智慧流域的建设内容，主要为知识库、智能算法以及水利智能引擎。 四、流域防洪系统是在国家防汛抗旱指挥系统的基础上，共享调用数字流域、数字孪生流域、智慧流域等基础支撑并根据需要进行扩展，以流域为单元，在水情、雨情、工情、墒情、灾情等信息采集基础上，实现气象水文耦合以及预报调度一体化的及时准确预报、基于规则和风险的全面精准预警、人机互动的同步仿真预演、动态优化的精细数字预案，为水工程调度管理提供智能化、科学化技术支持，提升我国水旱灾害防御智能化决策支撑能力。流域防洪系统主要包括定制数字流域防洪数字化场景、扩展数字孪生流域防洪模型、构建智慧流域防洪知识库，搭建流域智慧防洪系统。
来源：根据英爱文《数字孪生流域建设》报告编辑整理 五、流水资源管理与调配系统则是在水资源管理系统基础上，共享调用数字流域、数字孪生流域、智慧流域等基础支撑并根据需要进行扩展，分别以流域和区域为单元，采集行政区界断面、取退水口、用水户、地下水等站点的水量、水位、流量、水质等信息，动态掌握并及时更新流域区域水资源总量、实际用水量等信息，预测预报城市集中式水源地来水、流域区域需水、生态流量、地下水位等关键要素，对用水限额、生态流量、地下水超采等红线指标进行预警，对水资源管理与调配进行智慧化模拟预演，制定和优化调整预案，提前规避风险，建立覆盖全域的水资源管理与调配系统，为推进水资源集约安全利用提供智慧化决策支持。水资源管理与调配业务主要包括定制数字流域水资源管理调配数字化场景、扩展数字孪生流域水资源模型、构建智慧流域水资源知识库，搭建智慧水资源管理调配系统。
六、智慧防汛实践广泛采用地面自动测报、空天遥感、智能感知，物联网、卫星传输、无线宽带网等先进技术，形成了全面感知“水利一张网”。利用90部天气雷达实时探测数据，实现逐10分钟、1公里*1公里网格的连续降水探测估算，将遥感、视频与地面水文信息融合，进而有效提高预报精度，快速响应风险预警。比如，长江流域通过洪水调度系统应用有效实现了预报调度一体化，可以实现每3至5分钟就生成一套调度分析方案。
最后，我再详细介绍下“四预”的基本概念和功能定位。“四预”即预报、预警、预演以及预案四项功能，是业务应用的初心和使命，“四预”需环环相扣、层层递进、有机统一，才能确保水利决策方案的科学性、有效性和针对性。总得来说，数字孪生流域建设势在必行，加快推进水文现代化建设，加强水资源水生态监测分析，建构强化具有“四预”功能的智慧水利体系，为推动新阶段水利高质量发展提供有力支撑。
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