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打开防汛“上帝视角”,数字孪生流域建设这样干!
作者:华测导航    时间: 2022-11-22    浏览量:5596
为深入贯彻习近平总书记重要讲话和指示批示精神,落实黄河流域生态保护和高质量发展国家重大战略,水利部黄河水利委员会发布了《数字孪生黄河建设规划(2022-2025)》。值此之际,根据水文局关于黄河流域数字孪生建设的要求,黄河水利委员会山东水文水资源局正式启动了数字孪生流域建设项目。华测导航在这一数字孪生流域建设实例中,展示如何通过一站式总体解决方案,实现从数据底板采集技术到业务应用的全闭环。

黄河水利委员会山东水文水资源局数字孪生流域建设项目以黄河泺口河段为试点,逐步扩大至黄河山东全河段。对此,山东水文水资源局高度重视,精心组织并安排部署,进行了多方调研,并专门召开研讨会交流商讨实施方案。华测导航作为参与方积极参与其中。

根据安排,该项目将首先开展水陆空立体化外业数据采集工作:水下地形数据通过无人遥控船搭载多波束测深仪或单波束测深仪进行采集;陆地地形数据通过无人机搭载激光雷达系统进行采集;地面三维仿真数据通过无人机倾斜摄影进行采集。后续,采集获得的水陆空实测数据将经后处理形成数字底板中的”基础数据”。结合河段比降、防汛水位、设防水位、流速流向等"业务管理数据",利用华测自研的三维水动力模型,开展淹没分析为防汛决策提供技术服务;同时接入监测数据、水文数据、气象数据、AI视频等”监测数据”,在日常管理中平台依据数据底板提供的”算据”、利用模型”算法”、联动水利知识库,为“四预”能力建设提供技术支撑。

黄河水利委员会山东水文水资源局数字孪生示范平台一期以黄河山东济南泺口段28公里流域为建设目标,核心需求主要有:一、多源异构数据的接入。包括空间地理信息数据、实时感知数据,通过多元化采集、主体化汇聚,针对流域超大体量的遥感影像、激光点云、地形数据、倾斜摄影、CAD图纸、BIM模型等多源异构数据,平台要实现异构系统打通、跨组织应用、数据和API互通,通过混合建模构建流域数据底板,形成标准一致的流域数湖,建立数仓模型和分析挖掘模型,实现水利结构化、非结构化数据的高效存储和在线处理,全面消除数据孤岛,让水利业务数据在每一个业务节点中流转。二、海量数据的承载和快速调度。数字孪生数据底板的数据量达到PB级。要实现PB级数据的快速渲染和调度,以支撑其它业务应用,需要强大的平台可视化技术。三、多种场景下的智慧化模拟和仿真,平台要形成数字孪生流域的人工智能“大脑”,促成传统流域治理的经验管理决策模式向人工智能辅助决策模式的转变,形成对试点流域全要素感知、全过程映射、全维度业务支撑的数字化能力建设。四、“2+N”业务应用定制,水利数字孪生需要平台技术人员、水利专家和使用人员共同完成业务应用定制开发,三方缺一不可。
 
总体方案 
水利数字孪生是复杂的多学科融合的技术。结合项目需求,可以看到以下难点:

1、需要统筹协调多方资源
水利感知、数字底板、平台技术一般由多方参与,易出现兼容性问题,需统筹协调多方资源一同攻关。
2、需要高效的数据底板采集装备
水上水下全方位的数据采集并非易事,需要高效的载体和高性能的智能装备。
3、需要实现海量数据的流畅浏览和调度
数字孪生流域的数据量达PB级,平台如果不能流畅运行,将严重影响使用体验。

针对这些难点,华测能够为数字孪生流域建设提供一站式总体解决方案,全面囊括水利感知网建设方案、数据底板采集方案、数据孪生平台搭建,及2+N业务应用定制,实现从数据底板采集技术到业务应用的全闭环,做到全场景、全流程、按需定制。

全场景:完善的水利感知和智能采集装备,提供空地水全方位感知能力
全流程:从数据到应用的全流程解决方案,无需协调多方资源,解决后顾之忧
按需定制:根据个性化的业务需求提供服务,开发人员驻场,确保功能真实可用

水利感知网建设方案

在水利感知网的建设上,华测数字孪生流域建设方案提供丰富多种感知监测智能传感器,囊括大坝安全监测、雨水情监测、水位计、渗压计、智能摄像头等等。针对监测点实际网络情况,无线通讯模式可在4G、5G或北斗短报文之间进行切换,实时将监测数据传输给数字孪生平台。

数据底板采集方案

数字孪生流域空间数据规范

在数据底板的采集上,华测数字孪生流域建设方案秉持“倾斜只为视觉效果,水上水下高精度DEM才是核心,多波束和激光雷达是实现关键”的方针。两岸地形数据采集采用无人机搭载激光雷达和正视相机;重点区域采用无人机搭载五镜头倾斜相机生成倾斜模型;水下高精度地形数据采集采用无人船搭载单波束或者多波束;重点水利工程的BIM模型,则通过设计图纸来实现快速构建。

2+N业务应用定制

将智能传感器测量到的水位和流量作为初始条件,将无人船和无人机测量到的准确而完整的地形数据作为边界条件,就可以通过专业的水利知识和模型,进行对整个河道推演计算,开展2+N的业务应用。包括
漫滩点计算和淹没仿真:
根据历史经验和专家经验,加入水位流量关系表和河道比降计算公式,结合滩纯和河道地形数据,可进行漫滩点的计算和淹没仿真模拟。
实时洪水模拟仿真:
不同于离线的计算和脚本,通过自研水动力模型算法,可模拟在不同流量级下的突发洪水,进行实时计算和仿真。
设计洪水的推演:
基于三维水利动力模型离线计算,可模拟在不同的设计洪水下的洪水推演过程。
历史洪水的推演:
基于历史真实发生的洪水,在平台重现当年洪水的全过程,可以史为鉴。

要实现水利数字孪生流域,完整的水上水下地形数据,也即算据,是基础;三维可视化平台,也即数据和业务应用的承接载体,是核心;决定了所有模块是否真实可用的专业水利模型和业务设计,是关键。这缺一不可的三者共同构成了华测数字孪生综合解决方案。

秉承“用精准时空信息构建智能世界”的愿景,华测导航不断自主创新,历经近20年积累,构建了从“二维”到“三维”、从静态到高动态、从后处理到实时处理、从陆地到“星空地海一体化”的完整应用体系。未来,我们将继续深化在水利行业的产品和解决方案,为推进智慧水利发展贡献力量。

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