一文读懂数字孪生水利解决方案

如今，数字孪生作为一种创新的技术手段，正在被广泛应用于各个领域。在工业互联网、5G、边缘计算、AR等技术发展背景下，数字孪生技术与流域的融合正风生水起，数字流域建设备受瞩目，智慧水利依托物联网、大数据、人工智能等技术实现汛情监测、预警，智能分析、预测汛情发展，为防汛指挥调度的科学决策提供了关键支撑！

本次为大家分享的数字孪生水利解决方案，包含有数据底板建设、安全监测感知体系、成果可视分析等精彩内容。其中，数据底板涵盖宏观、中观和微观尺度的时空数据，为数字孪生流域建设提供全面的地理信息基础；安全监测感知体系主要用于监测工程安全状态，包括变形监测、渗流监测、应力应变监测等内容；成果可视分析则通过三维可视化图表和数字孪生场景的融合，展示监测成果并支持工程安全分析和决策。

一、方案背景

数字孪生水利工程应用建设旨在利用数字化、网络化、智能化技术，以数字孪生流域为核心，建立具有全要素、全过程数字映射和智能模拟能力的水利系统。通过物理流域与数字孪生流域的动态交互，实现对物理流域的实时监控、问题发现和优化调度。数字孪生水利工程是数字孪生水利的重要组成部分，以物理流域为单元、多维时空数据为底板、水利模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行数字化映射、智能化模拟，支撑实现流域防洪、水资源管理与调配“四预”以及N项水利智能业务应用，实现对水利工程的全要素仿真和优化决策。

二、能力架构

易知微基于EasyV数字孪生可视化平台、EasyTwin数字孪生融合渲染引擎和EasyV for Unreal数字孪生游戏引擎驱动器为核心，接入数字孪生水利底层GIS与BIM数据、业务运行与物联感知数据、模拟仿真与算法数据，依托数字孪生建模与场景渲染能力，打造B/S与C/S双模式驱动的数字孪生水利应用，覆盖宏观数字孪生流域、中观工程枢纽区和微观水利工程设备三大应用场景，具体包括流域防洪“四预”、水资源管理与调配、水利工程安全分析预警、河湖长制及河湖管理、防洪兴利调度、库区巡查等。

三、方案架构

(数字孪生可视化水利工程方案架构）

1.数据底板建设

（数字孪生水利数据底板宏观尺度）

（数字孪生水利数据底板中观尺度）

（ 数字孪生水利数据底板微观尺度）

在数字孪生水利解决方案中，数据底板的建设是关键一步。宏观尺度上，需要关注整个流域的全局信息，以“水利一张图”为基础，包括矢量地图数据、卫星遥感影像地图和DEM高程地图数据等。中观尺度上，主要关注重点水利工程所在的某一河段或库区的信息，包括卫星遥感影像图、精细化手工模型数据、倾斜摄影模型数据和高精度DEM数据等。微观尺度上，关注具体的水利工程和设备层面，如水利物联网设备和水库大坝，通过GIS、BIM和物联网技术，实现设备模型的建立和细节展示。

2.感知体系构建
数字孪生水利工程的感知体系是实现对工程安全状态监控和预警的重要手段。感知体系主要包括变形监测、渗流监测、应力应变及温度监测、环境量监测以及其他专项监测内容。通过物联网技术和传感器设备，实时获取工程监测数据，并将数据汇聚到数字孪生平台的数据底板中，以便实时分析和处理。

（ 某数字孪生水利工程监测感知体系水准监测）

（某数字孪生水利工程监测感知体系垂线监测）

3.数字孪生模型构建
数字孪生水利解决方案的核心是建立精确的数字孪生模型。该模型应包括整个水利系统的结构、水文水资源、水动力学过程以及相关的工程设备和监测数据，通过物理模型和数值模拟相结合的方法，将现实世界的水利系统映射到数字孪生平台中，实现对实际工程的全要素仿真和模拟，该数字孪生模型能够准确预测水利工程在不同工况下的响应和性能，并提供实时的决策支持。

4.智能决策与优化
数字孪生水利解决方案应用智能决策和优化算法，通过对数字孪生模型的数据进行分析和处理，实现智能优化和调度。例如，基于数字孪生模型的预测结果，可以制定合理的水资源调度方案，实现多目标的水资源利用和水质控制。同时，通过智能算法的支持，可以对水利工程的运行参数进行优化，提高水利工程的效率和可靠性。

四、应用场景

1.工程安全分析与预警
数字孪生水利解决方案可以实时监测水利工程的结构变形、渗流情况以及环境参数，及时发现工程安全隐患并进行预警，通过数字孪生模型的仿真和模拟，可以预测工程在不同情况下的响应和行为，为安全管理提供科学依据。

2.水资源调度与管理
数字孪生水利解决方案可以对水资源进行智能化调度和管理。通过数字孪生模型的预测和优化，可以制定合理的水资源调度策略，提高水资源的利用效率和水质的控制效果。

3.灾害风险评估与应对
数字孪生水利解决方案可以用于灾害风险评估和应对措施的制定。通过数字孪生模型的仿真和模拟，可以评估不同灾害情景下的风险程度，并制定相应的应对措施，提高抗灾能力和应急响应能力。

4.水利工程生产运营管理
数字孪生水利解决方案可以为水利工程的运维和维护提供支持。通过数字孪生模型的实时监测和预测，可以帮助工程人员及时发现设备故障或异常情况，并采取相应的维修和保养措施，提高水利工程的可靠性和可持续性。

5.防洪兴利调度

数字孪生水利的实时化感知、精细化预报和精准化推演为防洪调度提供了重要的技术支撑，在面对洪水威胁时，通过科学合理的调度措施，同时确保下游地区的安全和水资源的充分利用，实现防洪兴利“四预”的基本目标。使用高效并行计算的一二维洪水演进模型，能够快速模拟水库淹没情况和下游河道洪水演进过程，即时开展洪水调度多方案推演与比选。
通过建立数字孪生防洪兴利调度决策支持系统，结合物理模型、算法模型和实时监测数据，实现对水库、河道和下游地区的洪水演进过程的实时模拟和预测，可以帮助决策者更好地理解洪水的发展趋势和影响，制定合理的调度方案。

随着技术的不断进步和应用的深入推进，数字孪生水利解决方案将在水利行业发挥越来越重要的作用，成为未来水利行业智能化发展的重要支撑。数字孪生水利解决方案是推动水利工程向智慧化和可持续发展的重要驱动力，通过构建精确的数字孪生模型、应用智能决策和优化算法，实现对水利工程的全要素仿真和优化，可以提高工程的安全性、效率性和可持续性。
未来，易知微期待能与您携手，依托数字孪生技术，以多维度、多时空的智慧可视化场景模拟，搭建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系，以科学信息来助推精准决策，赋能水利高质量发展。