八大場景！一文看透數(shù)字孿生賦能水資源與水環(huán)境智慧應用

    2021年8月，水利部部長李國英在《推動新階段水利高質量發(fā)展為全面建設社會主義現(xiàn)代化國家提供水安全保障》主題講話中指出，推進智慧水利建設是推動新階段水利高質量發(fā)展的實施路徑之一，要加快構建數(shù)字孿生流域、開展智慧化模擬、支撐精細化決策三方面內容。今年開始，“數(shù)字孿生”技術開始在水利部文件中頻繁出現(xiàn)，全國各地都在積極推進智慧水利建設，大數(shù)據(jù)、云計算、仿真模擬、數(shù)字孿生等科技手段被廣泛應用。從政策落到實際，51WORLD數(shù)字孿生技術在智慧水資源與水環(huán)境解決方案上，已有多個細分領域的實際案例落地應用，覆蓋了智慧水務、智慧水利、智慧水運、生態(tài)環(huán)境、智慧灌溉五大領域。以下是關于51WORLD在水資源與水環(huán)境領域的最新典型場景應用及價值賦能，一起來看看吧~

    五大領域典型落地案例

    51WORLD智慧水資源與水環(huán)境業(yè)務，基于全要素場景（AES）數(shù)字孿生技術，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，結合數(shù)字孿生三維場景與動態(tài)仿真推演能力，針對智慧水務、智慧水利、智慧水運、生態(tài)環(huán)境、智慧灌溉五大業(yè)務領域，形成了具備從自動化、信息化向智慧化轉型的有力支撐平臺。

    01 智慧水務

    智慧水務包括凈水廠、供水管網(wǎng)、二次供水、排水管網(wǎng)、污水處理廠、城市內澇、海綿城市等細分領域。

    城市內澇推演：

    基于仿真平臺輸出的數(shù)據(jù)結果進行孿生服務數(shù)據(jù)要求清洗，提取出淹沒仿真數(shù)據(jù)的柵格面狀數(shù)據(jù)，作為各時刻區(qū)域大小的映射范圍，將映射數(shù)據(jù)信息進行梳理，關聯(lián)參數(shù)與柵格數(shù)據(jù)信息，通過渲染技術手段將帶有多維信息的灰度圖進行一次渲染，并可對灰度圖進行多方式二次渲染。在此基礎上，結合降雨量、排水管網(wǎng)情況和算法，串聯(lián)多個時間點的圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)真實水體材質或熱力成像近似模擬淹沒過程的推演狀態(tài)。

▲ ‍‍城市內澇推演

    水廠智能管控：

    基于水廠設備設施建模、數(shù)據(jù)信號采集、工藝段仿真還原，實時監(jiān)控水量、工藝水質情況、設備管理情況、生產安全指標、效率指標等，實現(xiàn)全廠可視化、精細化、智能化運營管理，提升科學決策能力，提高水廠運營績效。

▲污水工藝處理流程

▲污水處理實時視頻融合

▲污水處理設備孿生映射

    02 智慧水利

    智慧水利包括水利設施、長距離引水調水工程、防洪預報/預警/預演/預案、水力發(fā)電、水資源調度等細分領域。

    水庫蓄水調度：

    基于水庫結構建模、雨情水情預報及實測數(shù)據(jù)、大壩安全監(jiān)測評估，配合水庫調度算法，平衡蓄水和泄洪需求，為判斷、會商、決策、協(xié)同調度、應急指揮等提供支撐，實現(xiàn)汛期防洪預報、預警、預演、預案應用，和汛末蓄水儲備，提升水旱災害防御和水庫水資源智能調度能力。

▲水庫洪水調度

    水利設施管控：

    基于水利設施遠程智能管控，如根據(jù)目標累計流量、瞬時流量等要求，結合泵組性能、閘門情況以及上下游水位測量數(shù)據(jù)等信息，分析計算啟泵數(shù)量、葉片角度、電機頻率，或閘門開度、孔數(shù)等參數(shù)，配合水利模型算法等技術，實現(xiàn)開停機組、啟閉閘門等流程的智能管控，提升水旱災害防御、水資源節(jié)約利用和優(yōu)化調度等業(yè)務能力。

▲水利設施管控，閘門控制

▲水利設施管控，水泵控制

    03 智慧水運

    智慧水運包括航道船閘管理、船舶AIS、航道測繪、疏浚指揮等細分領域。

    航道智慧管理：

    基于遙感地圖、傾斜攝影測量、虛擬仿真建模、BIM 建模、實景影像采集等技術，接入實時船舶AIS數(shù)據(jù)，以及船閘輸水閥門、閘門、水位等數(shù)據(jù)信息，賦予船舶動態(tài)行駛的能力，可視化還原了航道實時的船舶分布、行駛等交通狀況。實現(xiàn)各種航道負荷熱力展示、船舶基礎信息、過閘信號數(shù)據(jù)、電子卡口、視頻融合、船閘收費等功能。

▲智慧航道

    04 生態(tài)環(huán)境

    生態(tài)環(huán)境包括水質監(jiān)測、水質反演、污染擴散分析、排污監(jiān)管、大江大河大湖生態(tài)保護治理等細分領域。

    河湖水質反演：

    基于河流湖泊等水域的水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及水體高程等數(shù)據(jù)模型，將歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)映射于水體內部相對鄰近位置的采樣點，并通過對采樣點著色等方式進行可視化表達，映射的采樣點周邊采取插值算法進行擬合，通過時間軸控制，實現(xiàn)河流湖泊等水域水質反演的完整過程表達。

    污染擴散推演：

    基于管網(wǎng)GIS等模型，以及水質采樣監(jiān)測數(shù)據(jù)，結合算法模型，根據(jù)水質污染方向、速度前后變化，反向推演污染過程并進行溯源，確定污染發(fā)生精準范圍，同時對污染擴散進行預測，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、灌溉設備管理、農作物生長、水資源節(jié)約利用等細分領域。

    滴灌智能應用：

    基于對自然江河湖水源、蓄水池取水流程還原，以及對水泵水閘閥門等設備的自動化調控，結合算法統(tǒng)計分析配水調水，仿真還原農業(yè)灌溉的取水、輸水、配水、噴灌滴灌的各環(huán)節(jié)，進行灌區(qū)情況總覽、輸水配水及收費等功能的智能應用管理，達到節(jié)水灌溉的目的。

    三大價值賦能行業(yè)

    今年8月，李國英部長在人民日報發(fā)表的署名文章《推進南水北調后續(xù)工程高質量發(fā)展》一文中提出，要堅持科技引領和數(shù)字賦能，綜合運用大數(shù)據(jù)、云計算、仿真模擬、數(shù)字孿生等科技手段，提升國家水網(wǎng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化水平，更高質量保障國家水安全。水利部為了加快水利建設，早在2019年就先后下發(fā)了《水利業(yè)務需求分析報告》、《智慧水利總體方案》、《加快推進智慧水利指導意見》、《水利網(wǎng)信水平提升三年行動方案(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�。▍^(qū)）三市開展。

    51WORLD的數(shù)字孿生技術，在智慧水資源與水環(huán)境解決方案上，不但繼承了自動化信息化技術的應用及服務，還進一步帶來了三大價值賦能點。

    01 視覺賦能

    即通過虛擬現(xiàn)實技術，帶來全新的人機交互模式，提升可視化效果，在美觀、直觀、便捷層次解決問題，由此不論是專業(yè)技術人員還是泛行業(yè)管理人員，都可以通過三維可視化界面，完整的了解涉水對象及活動的真實情況。

    02 數(shù)據(jù)賦能

    是基于數(shù)據(jù)模型、通過開發(fā)者工具，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅動，拓展新的功能服務。在傳統(tǒng)自動化信息化技術的基礎上，疊加BIM、GIS等真實世界的物理模型，實現(xiàn)虛實互動、真實映射；在傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析上，疊加算法和人工智能等技術，再突破時間維度，強化預測仿真能力，再達到真實的過去、真實的現(xiàn)在，展望真實的未來。

    03 融合智能

    基于全要素場景技術，提升了數(shù)據(jù)集成能力，進行多維數(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，也就是解決跨領域、跨類型、跨尺度的問題，復雜真實世界的映射還原，能夠承載更多維度的數(shù)據(jù)和信息。

    水資源與水環(huán)境建設走上智慧化之路

    推進水資源與水環(huán)境建設需要全面提升數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化能力，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，全面推進算據(jù)、算法、算力建設，加快構建智慧體系。今年5月，水利部信息中心在智慧水利先行先試的《開展“思路對標”學習研討 積極謀劃智慧水利建設》專題中，倡導與互聯(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、科研院校和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)針對開展智慧水行業(yè)建設進行了業(yè)務需求分析、技術研討等系列行動，加強了數(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的水行業(yè)應用。通過數(shù)字孿生技術推動水行業(yè)數(shù)字化、智能化變革的同時，降低碳排放，實現(xiàn)綠色科技也是智慧水利建設的重要組成部分，智慧水行業(yè)發(fā)展必須堅持走綠色低碳道路。水資源與水環(huán)境關乎國計民生，隨著我國從農業(yè)社會走向信息化社會腳步的前進，相關建設也走上了智慧化之路。數(shù)字孿生技術是智慧化發(fā)展的新模式、新探索，隨著技術的不斷成熟，數(shù)字孿生正在成為推動水行業(yè)深刻變革的創(chuàng)新動力。智慧水行業(yè)是智慧社會的重要組成部分，是推動水行業(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)展中以先進的理念和技術帶來持續(xù)創(chuàng)新應用，成為智慧水資源與水環(huán)境建設的驅動引擎。