八大場(chǎng)景！一文看透數(shù)字孿生賦能水資源與水環(huán)境智慧應(yīng)用

    2021年8月，水利部部長(zhǎng)李國(guó)英在《推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家提供水安全保障》主題講話中指出，推進(jìn)智慧水利建設(shè)是推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施路徑之一，要加快構(gòu)建數(shù)字孿生流域、開(kāi)展智慧化模擬、支撐精細(xì)化決策三方面內(nèi)容。今年開(kāi)始，“數(shù)字孿生”技術(shù)開(kāi)始在水利部文件中頻繁出現(xiàn)，全國(guó)各地都在積極推進(jìn)智慧水利建設(shè)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、仿真模擬、數(shù)字孿生等科技手段被廣泛應(yīng)用。從政策落到實(shí)際，51WORLD數(shù)字孿生技術(shù)在智慧水資源與水環(huán)境解決方案上，已有多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的實(shí)際案例落地應(yīng)用，覆蓋了智慧水務(wù)、智慧水利、智慧水運(yùn)、生態(tài)環(huán)境、智慧灌溉五大領(lǐng)域。以下是關(guān)于51WORLD在水資源與水環(huán)境領(lǐng)域的最新典型場(chǎng)景應(yīng)用及價(jià)值賦能，一起來(lái)看看吧~

    五大領(lǐng)域典型落地案例

    51WORLD智慧水資源與水環(huán)境業(yè)務(wù)，基于全要素場(chǎng)景（AES）數(shù)字孿生技術(shù)，聯(lián)合行業(yè)頂尖生態(tài)合作伙伴，融合多維數(shù)據(jù)信息，結(jié)合數(shù)字孿生三維場(chǎng)景與動(dòng)態(tài)仿真推演能力，針對(duì)智慧水務(wù)、智慧水利、智慧水運(yùn)、生態(tài)環(huán)境、智慧灌溉五大業(yè)務(wù)領(lǐng)域，形成了具備從自動(dòng)化、信息化向智慧化轉(zhuǎn)型的有力支撐平臺(tái)。

    01 智慧水務(wù)

    智慧水務(wù)包括凈水廠、供水管網(wǎng)、二次供水、排水管網(wǎng)、污水處理廠、城市內(nèi)澇、海綿城市等細(xì)分領(lǐng)域。

    城市內(nèi)澇推演：

    基于仿真平臺(tái)輸出的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行孿生服務(wù)數(shù)據(jù)要求清洗，提取出淹沒(méi)仿真數(shù)據(jù)的柵格面狀數(shù)據(jù)，作為各時(shí)刻區(qū)域大小的映射范圍，將映射數(shù)據(jù)信息進(jìn)行梳理，關(guān)聯(lián)參數(shù)與柵格數(shù)據(jù)信息，通過(guò)渲染技術(shù)手段將帶有多維信息的灰度圖進(jìn)行一次渲染，并可對(duì)灰度圖進(jìn)行多方式二次渲染。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合降雨量、排水管網(wǎng)情況和算法，串聯(lián)多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)水體材質(zhì)或熱力成像近似模擬淹沒(méi)過(guò)程的推演狀態(tài)。

▲ ‍‍城市內(nèi)澇推演

    水廠智能管控：

    基于水廠設(shè)備設(shè)施建模、數(shù)據(jù)信號(hào)采集、工藝段仿真還原，實(shí)時(shí)監(jiān)控水量、工藝水質(zhì)情況、設(shè)備管理情況、生產(chǎn)安全指標(biāo)、效率指標(biāo)等，實(shí)現(xiàn)全廠可視化、精細(xì)化、智能化運(yùn)營(yíng)管理，提升科學(xué)決策能力，提高水廠運(yùn)營(yíng)績(jī)效。

▲污水工藝處理流程

▲污水處理實(shí)時(shí)視頻融合

▲污水處理設(shè)備孿生映射

    02 智慧水利

    智慧水利包括水利設(shè)施、長(zhǎng)距離引水調(diào)水工程、防洪預(yù)報(bào)/預(yù)警/預(yù)演/預(yù)案、水力發(fā)電、水資源調(diào)度等細(xì)分領(lǐng)域。

    水庫(kù)蓄水調(diào)度：

    基于水庫(kù)結(jié)構(gòu)建模、雨情水情預(yù)報(bào)及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、大壩安全監(jiān)測(cè)評(píng)估，配合水庫(kù)調(diào)度算法，平衡蓄水和泄洪需求，為判斷、會(huì)商、決策、協(xié)同調(diào)度、應(yīng)急指揮等提供支撐，實(shí)現(xiàn)汛期防洪預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案應(yīng)用，和汛末蓄水儲(chǔ)備，提升水旱災(zāi)害防御和水庫(kù)水資源智能調(diào)度能力。

▲水庫(kù)洪水調(diào)度

    水利設(shè)施管控：

    基于水利設(shè)施遠(yuǎn)程智能管控，如根據(jù)目標(biāo)累計(jì)流量、瞬時(shí)流量等要求，結(jié)合泵組性能、閘門(mén)情況以及上下游水位測(cè)量數(shù)據(jù)等信息，分析計(jì)算啟泵數(shù)量、葉片角度、電機(jī)頻率，或閘門(mén)開(kāi)度、孔數(shù)等參數(shù)，配合水利模型算法等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)停機(jī)組、啟閉閘門(mén)等流程的智能管控，提升水旱災(zāi)害防御、水資源節(jié)約利用和優(yōu)化調(diào)度等業(yè)務(wù)能力。

▲水利設(shè)施管控，閘門(mén)控制

▲水利設(shè)施管控，水泵控制

    03 智慧水運(yùn)

    智慧水運(yùn)包括航道船閘管理、船舶AIS、航道測(cè)繪、疏浚指揮等細(xì)分領(lǐng)域。

    航道智慧管理：

    基于遙感地圖、傾斜攝影測(cè)量、虛擬仿真建模、BIM 建模、實(shí)景影像采集等技術(shù)，接入實(shí)時(shí)船舶AIS數(shù)據(jù)，以及船閘輸水閥門(mén)、閘門(mén)、水位等數(shù)據(jù)信息，賦予船舶動(dòng)態(tài)行駛的能力，可視化還原了航道實(shí)時(shí)的船舶分布、行駛等交通狀況。實(shí)現(xiàn)各種航道負(fù)荷熱力展示、船舶基礎(chǔ)信息、過(guò)閘信號(hào)數(shù)據(jù)、電子卡口、視頻融合、船閘收費(fèi)等功能。

▲智慧航道

    04 生態(tài)環(huán)境

    生態(tài)環(huán)境包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水質(zhì)反演、污染擴(kuò)散分析、排污監(jiān)管、大江大河大湖生態(tài)保護(hù)治理等細(xì)分領(lǐng)域。

    河湖水質(zhì)反演：

    基于河流湖泊等水域的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及水體高程等數(shù)據(jù)模型，將歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)映射于水體內(nèi)部相對(duì)鄰近位置的采樣點(diǎn)，并通過(guò)對(duì)采樣點(diǎn)著色等方式進(jìn)行可視化表達(dá)，映射的采樣點(diǎn)周邊采取插值算法進(jìn)行擬合，通過(guò)時(shí)間軸控制，實(shí)現(xiàn)河流湖泊等水域水質(zhì)反演的完整過(guò)程表達(dá)。

    污染擴(kuò)散推演：

    基于管網(wǎng)GIS等模型，以及水質(zhì)采樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合算法模型，根據(jù)水質(zhì)污染方向、速度前后變化，反向推演污染過(guò)程并進(jìn)行溯源，確定污染發(fā)生精準(zhǔn)范圍，同時(shí)對(duì)污染擴(kuò)散進(jìn)行預(yù)測(cè)，為污染管控采取措施提供依據(jù)。

    05 智慧灌溉

    智慧灌溉包括取水輸水、灌區(qū)監(jiān)控、灌溉設(shè)備管理、農(nóng)作物生長(zhǎng)、水資源節(jié)約利用等細(xì)分領(lǐng)域。

    滴灌智能應(yīng)用：

    基于對(duì)自然江河湖水源、蓄水池取水流程還原，以及對(duì)水泵水閘閥門(mén)等設(shè)備的自動(dòng)化調(diào)控，結(jié)合算法統(tǒng)計(jì)分析配水調(diào)水，仿真還原農(nóng)業(yè)灌溉的取水、輸水、配水、噴灌滴灌的各環(huán)節(jié)，進(jìn)行灌區(qū)情況總覽、輸水配水及收費(fèi)等功能的智能應(yīng)用管理，達(dá)到節(jié)水灌溉的目的。

    三大價(jià)值賦能行業(yè)

    今年8月，李國(guó)英部長(zhǎng)在人民日?qǐng)?bào)發(fā)表的署名文章《推進(jìn)南水北調(diào)后續(xù)工程高質(zhì)量發(fā)展》一文中提出，要堅(jiān)持科技引領(lǐng)和數(shù)字賦能，綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、仿真模擬、數(shù)字孿生等科技手段，提升國(guó)家水網(wǎng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，更高質(zhì)量保障國(guó)家水安全。水利部為了加快水利建設(shè)，早在2019年就先后下發(fā)了《水利業(yè)務(wù)需求分析報(bào)告》、《智慧水利總體方案》、《加快推進(jìn)智慧水利指導(dǎo)意見(jiàn)》、《水利網(wǎng)信水平提升三年行動(dòng)方案(2019-2021)》4份文件。到了2020年，水利部的智慧水利先行先試工作已在三大流域、五省（區(qū)）三市開(kāi)展。

    51WORLD的數(shù)字孿生技術(shù)，在智慧水資源與水環(huán)境解決方案上，不但繼承了自動(dòng)化信息化技術(shù)的應(yīng)用及服務(wù)，還進(jìn)一步帶來(lái)了三大價(jià)值賦能點(diǎn)。

    01 視覺(jué)賦能

    即通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，帶來(lái)全新的人機(jī)交互模式，提升可視化效果，在美觀、直觀、便捷層次解決問(wèn)題，由此不論是專業(yè)技術(shù)人員還是泛行業(yè)管理人員，都可以通過(guò)三維可視化界面，完整的了解涉水對(duì)象及活動(dòng)的真實(shí)情況。

    02 數(shù)據(jù)賦能

    是基于數(shù)據(jù)模型、通過(guò)開(kāi)發(fā)者工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，拓展新的功能服務(wù)。在傳統(tǒng)自動(dòng)化信息化技術(shù)的基礎(chǔ)上，疊加BIM、GIS等真實(shí)世界的物理模型，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)互動(dòng)、真實(shí)映射；在傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析上，疊加算法和人工智能等技術(shù)，再突破時(shí)間維度，強(qiáng)化預(yù)測(cè)仿真能力，再達(dá)到真實(shí)的過(guò)去、真實(shí)的現(xiàn)在，展望真實(shí)的未來(lái)。

    03 融合智能

    基于全要素場(chǎng)景技術(shù)，提升了數(shù)據(jù)集成能力，進(jìn)行多維數(shù)據(jù)融合。能夠打通各子系統(tǒng)的之間的互通，以及各行業(yè)之間的互通，也就是解決跨領(lǐng)域、跨類型、跨尺度的問(wèn)題，復(fù)雜真實(shí)世界的映射還原，能夠承載更多維度的數(shù)據(jù)和信息。

    水資源與水環(huán)境建設(shè)走上智慧化之路

    推進(jìn)水資源與水環(huán)境建設(shè)需要全面提升數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化能力，以數(shù)字化場(chǎng)景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑，全面推進(jìn)算據(jù)、算法、算力建設(shè)，加快構(gòu)建智慧體系。今年5月，水利部信息中心在智慧水利先行先試的《開(kāi)展“思路對(duì)標(biāo)”學(xué)習(xí)研討 積極謀劃智慧水利建設(shè)》專題中，倡導(dǎo)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)專題研究“數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生工程”。 地方水利部門(mén)、科研院校和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)針對(duì)開(kāi)展智慧水行業(yè)建設(shè)進(jìn)行了業(yè)務(wù)需求分析、技術(shù)研討等系列行動(dòng)，加強(qiáng)了數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生工程、工程智能控制等概念和新技術(shù)的水行業(yè)應(yīng)用。通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)推動(dòng)水行業(yè)數(shù)字化、智能化變革的同時(shí)，降低碳排放，實(shí)現(xiàn)綠色科技也是智慧水利建設(shè)的重要組成部分，智慧水行業(yè)發(fā)展必須堅(jiān)持走綠色低碳道路。水資源與水環(huán)境關(guān)乎國(guó)計(jì)民生，隨著我國(guó)從農(nóng)業(yè)社會(huì)走向信息化社會(huì)腳步的前進(jìn)，相關(guān)建設(shè)也走上了智慧化之路。數(shù)字孿生技術(shù)是智慧化發(fā)展的新模式、新探索，隨著技術(shù)的不斷成熟，數(shù)字孿生正在成為推動(dòng)水行業(yè)深刻變革的創(chuàng)新動(dòng)力。智慧水行業(yè)是智慧社會(huì)的重要組成部分，是推動(dòng)水行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必由之路。51WORLD將在水行業(yè)智慧化發(fā)展中以先進(jìn)的理念和技術(shù)帶來(lái)持續(xù)創(chuàng)新應(yīng)用，成為智慧水資源與水環(huán)境建設(shè)的驅(qū)動(dòng)引擎。