山有百藏而不言，水潤萬物而不語。中國屬于大河文明，農(nóng)業(yè)歷來在經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位，其中水利灌溉是保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的重要因素。如今，傳統(tǒng)水利通過與數(shù)字孿生相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)可視可控，做到水利“四預(yù)”，開創(chuàng)了智慧水利的新篇章。

數(shù)字賦能，治水管水更智能

什么是數(shù)字孿生水利？通俗說，是指運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新一代信息技術(shù)，采集全量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)江河水庫、水網(wǎng)建設(shè)、工程調(diào)度等的可視化展示，并進(jìn)行智能化模擬和前瞻性預(yù)演。

水利部正在加快構(gòu)建具有“四預(yù)”（預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案）功能的數(shù)字孿生水利體系，那么在大眾眼里的水利數(shù)字孿生究竟是做什么呢？

水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”技術(shù)框架圖

水利“四預(yù)管理”的要求主要集中在：提高預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度、預(yù)警時(shí)效性、預(yù)演模擬仿真以及預(yù)案的科學(xué)性和可操作性。這些需求都可以通過與三維可視化技術(shù)的結(jié)合得到更好的滿足。

三維可視化技術(shù)提供更直觀、立體的數(shù)據(jù)展示方式，使水利部門能夠更好地理解和分析水安全要素的發(fā)展趨勢的同時(shí)，還可以拓寬預(yù)警信息的發(fā)布渠道。通過將預(yù)警信息以三維圖像的方式呈現(xiàn)，可以使水利工作一線和社會(huì)公眾更直觀地理解預(yù)警內(nèi)容，更快地采取響應(yīng)措施。

不僅如此，三維可視化技術(shù)還可以構(gòu)建真實(shí)感強(qiáng)的數(shù)字孿生流域，模擬各種情況下的水利工程調(diào)度，幫助水利部門更直觀地了解風(fēng)險(xiǎn)形勢和影響，更好地迭代優(yōu)化方案。

通過三維可視化技術(shù)可以將預(yù)案以更直觀、立體的方式呈現(xiàn)出來，使水利部門更好地理解預(yù)案內(nèi)容，更準(zhǔn)確地把握水利工程的最新工況和經(jīng)濟(jì)社會(huì)情況，確保預(yù)案的可操作性。

數(shù)字孿生水利離不開“映射、模擬與仿真”

今年4月底，我國首個(gè)數(shù)字孿生流域建設(shè)重大項(xiàng)目——長江流域全覆蓋水監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目開工建設(shè)。建成后，監(jiān)測站網(wǎng)將覆蓋3791個(gè)斷面和上萬個(gè)規(guī)模以上取水口，視頻監(jiān)視體系能夠覆蓋160座控制性水利工程、96個(gè)重要防汛節(jié)點(diǎn)、28個(gè)重要采砂江段，助力持續(xù)推動(dòng)長江大保護(hù)。

不難看出，水利部一直在統(tǒng)籌數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生工程建設(shè)，推進(jìn)水利業(yè)務(wù)2+N應(yīng)用。這里的水利數(shù)字孿生遠(yuǎn)不止三維可視化這么簡單。

數(shù)字孿生水利防洪預(yù)演場景

數(shù)字孿生水利，基礎(chǔ)在“數(shù)”。數(shù)字孿生與物理對象映射：通過數(shù)字孿生技術(shù)可以對物理流域進(jìn)行全要素?cái)?shù)字化映射，并實(shí)現(xiàn)物理流域與數(shù)字流域之間的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)信息交互和深度融合，保持兩者的同步性、孿生性。

全息感知，萬物皆“數(shù)”。數(shù)字化映射是數(shù)字孿生水利的基礎(chǔ)，包括映射水利對象的物理實(shí)體，映射對象的實(shí)時(shí)狀態(tài)，映射設(shè)施設(shè)備的調(diào)度操作，映射水流場的發(fā)展變化。

數(shù)字孿生水利，重點(diǎn)在“演”。數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)智慧化模擬：通過集成耦合多維多時(shí)空尺度高保真數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建數(shù)字孿生流域模擬仿真平臺(tái)，支撐水利業(yè)務(wù)全要素“四預(yù)”的模擬仿真。

智慧化模擬的主要技術(shù)手段是：模擬仿真推演、可視化呈現(xiàn)、空間分析等。模擬仿真推演是通過物理實(shí)體、業(yè)務(wù)流程等參數(shù)的模擬計(jì)算進(jìn)行空間推演、過程分析，為預(yù)演提供驅(qū)動(dòng)，如“降雨—產(chǎn)流—匯流—演進(jìn)”過程推演；可視化呈現(xiàn)通過實(shí)時(shí)渲染展現(xiàn)物理實(shí)體、業(yè)務(wù)流程，展現(xiàn)流域全貌大場景直到工程細(xì)節(jié)，為預(yù)演提供形象直觀效果；空間分析結(jié)合時(shí)空網(wǎng)格、空間定位等服務(wù)，提供空間數(shù)據(jù)相關(guān)計(jì)算、分析、查看以及路徑規(guī)劃、漫游、可視域分析、場景標(biāo)注等能力，為預(yù)演提供空間計(jì)算分析功能。

值得一提的是，由于水利工作的空間特點(diǎn)決定，水利是一項(xiàng)大尺度、大范圍的工作，不可能在物理流域中試驗(yàn)不同方案，只能在數(shù)字空間進(jìn)行反復(fù)預(yù)演。

數(shù)字孿生水利，必將著眼于“精細(xì)化決策”。精準(zhǔn)化決策是在防洪調(diào)度、水資源管理與調(diào)配、水生態(tài)過程調(diào)節(jié)等預(yù)演的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化決策的建議方案。

支撐精準(zhǔn)化決策是數(shù)字孿生流域的目標(biāo)，重點(diǎn)是制定最優(yōu)化方案以便最大程度提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、提高效益、減少損失，主要任務(wù)是建設(shè)知識(shí)平臺(tái)，為規(guī)劃、工程調(diào)度、治理管理措施等方面的多方案比選提供支撐。

AIRLOOK為數(shù)字孿生水利提供有利支撐

AIRLOOK具備大規(guī)模空間數(shù)據(jù)采集、全自動(dòng)三維模型生產(chǎn)和三維數(shù)據(jù)輕量化的技術(shù)能力，同時(shí)擁有自主研發(fā)的三維地理信息引擎，并形成了水利數(shù)字孿生解決方案。方案包括：L1、L2、L3級(jí)水利專用地理空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、水利可視化模型構(gòu)建、三維渲染引擎、模擬仿真引擎，專為水利數(shù)字孿生項(xiàng)目提供數(shù)字孿生底座，提供多級(jí)別空間數(shù)據(jù)的融合加載和高清云渲染能力。

數(shù)字松濤項(xiàng)目

去年，公司與合作伙伴一同參與了海南省水務(wù)廳建設(shè)的數(shù)字孿生松濤水庫項(xiàng)目，為用戶提供了具備四預(yù)功能的數(shù)字孿生底座。在項(xiàng)目中探索了數(shù)字孿生技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，為其他數(shù)字孿生水利工程建設(shè)提供可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗(yàn)做法。

海南智慧水網(wǎng)項(xiàng)目

該項(xiàng)目應(yīng)用了GIS+BIM、VR、云渲染、規(guī)則引擎、AI識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，在庫區(qū)監(jiān)測、運(yùn)行管護(hù)、水庫防洪與水資源調(diào)度中，實(shí)現(xiàn)松濤水庫智能化管理，結(jié)合上下游防洪安全及用水需要和水庫安全狀況，落實(shí)"四預(yù)"一體化過程，為水庫的安全運(yùn)行管理提供有效支撐。

今年，AIRLOOK還參與了云南省數(shù)字孿生灌區(qū)項(xiàng)目，為某中型水庫建設(shè)數(shù)字孿生底座，將數(shù)字孿生技術(shù)與水資源合理利用進(jìn)行融合，充分發(fā)揮了數(shù)字孿生技術(shù)對水利業(yè)務(wù)2+N應(yīng)用的支撐作用。

某中型水庫泄洪模擬

數(shù)字孿生水利建設(shè)，是一項(xiàng)技術(shù)密集、人才密集、資金密集的創(chuàng)新工程，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量推進(jìn)任重道遠(yuǎn)。未來，AIRLOOK將大力推進(jìn)數(shù)字孿生水利建設(shè)，繼續(xù)為水利行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和資源保護(hù)作出貢獻(xiàn)的同時(shí)為國家水安全保障能力提供更有力支撐。

審核編輯 黃宇