2023水博会新热门：北斗时空智能 助力水利数字孪生
当“北斗”遇上“智慧水利”将会碰撞出怎样的新意？
6月7日，2023中国水博会暨第十八届中国（国际）水务高峰论坛正式召开。会上，由千寻位置提出的“北斗时空智能助力水利数字孪生”理念及相应解决方案，受到了与会嘉宾的关注，这也意味着北斗在智慧水利领域受到越来越广泛的重视。
一、智慧水利领域，如何应用北斗？
作为我国自主研发的卫星导航系统，北斗系统自提供服务以来，已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信系统、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用，产生了显著的经济效益和社会效益。
水利事业作为社会文明和经济发展的重要支柱，它的现代化建设一直受到国家的高度重视。我国“十四五”规划明确指出在水利等重点领域推进北斗的深化应用。
2021年12月，水利部首个北斗示范项目——北斗水利水电综合应用示范项目立项实施。水利部抓住智慧水利建设的新时机，开发了北斗系统在水利领域的众多新应用：
1、“毫米级”监测水库大坝变形
水库大坝作为重要的水利工程枢纽，发挥着巨大的工程效益，承载着人民日常生活及工农业生产的艰巨任务。大坝在自重、水压及温度等荷载作用下会产生形变，当形变过大时，可能危及运行安全。因此，水库大坝形变监测是掌握大坝运行状况的必要手段。
传统的水库大坝形变监测使用人工定时定点测量，费时费力且精准性不足，无法满足新形势下水库大坝形变安全监测要求。运用北斗系统对大坝监测工作进行升级，可实现对大坝形变连续而精密的监测。基于北斗高精度定位的空天地一体化安全监测系统，实时观测精度达到±3毫米以内。现通过技术攻关，已研发出延时观测精度达到±1毫米的高精度形变监测设备。该设备可以实现全天候监测，相关工作人员可及时掌握大坝的位移变化趋势。
2、短报文功能发送“预警短信”
北斗的短报文通信作为一种天基通信方式，它具备了卫星通信的所有优点，如全天候、全域广覆盖、可靠性高等。它拥有快速响应能力，短消息通信时延约为0.5s，点对点通信时延为1~5s。通信抗干扰强，同时采用S/L波段卫星传输，可穿透平流层和对流层，可保证极端天气条件下的通信。北斗卫星RDSS短报文业务覆盖全国范围，可实现在无人区，弱信号，无公网等地区的雨水情信息采集和回传，无需建设通信基站。
全球短报文通信示意图
在恶劣天气情况或特殊灾害环境中，通过北斗卫星的全天候无缝隙自动监测，实时数据采集保障雨水情信息及时传输，可解决特殊灾害天气情况下无法开展人工监测导致出现盲区的情况。适用于山洪监测预警、水库雨水情监测、河流水文监测等领域，为暴雨洪水预警和抗洪抢险提供及时准确的水文测报信息，为防汛关键期的预警工作提供坚实保障。
3、水利工程建设细节尽收眼底
在特高坝和高边坡工程建设中，北斗系统的毫米级定位可应用于工程表面形变的自动化在线高精度监测。
基于北斗高精度定位技术，可实时获取碾压施工机具的位置，实现施工过程的全方位、立体化、多层次、精细化监管，降低人工和材料成本投入，大幅度提升施工效率和质量，实现工程建设全过程管理信息化。
4、填补特殊水域基础资料空白
我国特殊区域河流众多，这些河流地处边远、自然环境复杂，智能化、信息化等基础设施缺乏，水文等基础资料获取困难，种种因素的叠加造成了这部分特殊水域资料的空白。
以北斗导航定位、卫星遥感技术相结合的通导遥一体化监测手段可以实现特殊水域基础资料获取和信息传输。
5、深入数字孪生流域构建
数字孪生流域是智慧水利建设的最鲜明特征和核心与关键，包括数字孪生平台和信息基础设施，要实现物理流域与数字孪生流域的同步、交互、仿真、闭环，就需要强大的时空基准作为支撑。水的流动、调蓄和大坝、堤防等水利工程建设管理运行监测等，都具有明显的时空属性。因此，北斗作为国家重要时空基础设施，在水利领域特别是数字孪生流域建设方面具有广泛深入的应用前景。
二、千寻位置让北斗与智慧水利巧妙融合？
千寻位置作为北斗时空智能在水利行业深度应用的践行者，充分利用北斗高精度定位、统一时空基准和短报文通信等能力，基于自主研发、云端图一体化的数字孪生核心产品，联合行业顶尖合作伙伴，为水利工程安全监测、水环境管理、流域防洪、城市防涝等应用场景提供了五大创新型解决方案：中小水库雨水情测报和安全监测解决方案，水利水电工程北斗/GNSS自动化变形监测解决方案，水环境智慧化管理解决方案，中小流域防洪、城市防汛防涝综合解决方案，水利数字孪生地理空间数据底板解决方案。
每个方案皆具有完备的架构，提供包含“水利感知层-通信传输层-平台支撑层-业务应用层-应用场景“在内的全流程服务：
中小水库雨水情测报和安全监测解决方案
基于国家北斗地基增强系统的底层能力，结合北斗毫米级感知、短报文通信能力，融合多种监测传感器，提供统一时空基准下的集约化服务，推出了集雨水情测报、大坝安全监测、水库四预、数字孪生、工程视频监控、安全监测平台于一体的中小型水库安全监测解决方案。
中小水库雨水情测报和安全监测解决方案架构
水利水电工程北斗/GNSS自动化变形监测解决方案
以北斗地基增强系统为统一时空基准，为客户提供北斗/GNSS监测终端及具备专利技术的数据解算系统，助力实现水利水电工程高精度、自动化的外观变形监测，减少人力投入，提升安全水平。
水利水电工程北斗/GNSS自动化变形监测解决方案架构
水环境智慧化管理解决方案
按照“一舱（驾驶舱）、两端（治理端与服务端）、N场景”核心架构，构建水环境智慧化应用，对水环境进行立体化、高效化和智能化巡检，形成事件发现、派发、处置到反馈的全流程线上闭环处理，实现水环境智慧化管理。
水环境智慧化管理解决方案架构
中小流域防洪、城市防汛防涝综合解决方案
基于北斗时空智能技术，融合北斗高精度定位、统一时空基准、数字孪生核心产品，更精准地建立物理水利及其影响区域的数字化映射，与水利业务预报、预警、预演、预案“四预”深度融合，提高中小流域防洪、城市防汛的数字化、网络化和智能化水平。
中小流域防洪、城市防汛防涝综合解决方案架构
水利数字孪生地理空间数据底板解决方案
以助力数字孪生流域建设为目标，依托北斗时空智能技术，着力打造全域统一时空基准、厘米级高精度、场景化模拟仿真、流域级三维流畅加载、超真实可视化的地理空间数据底板解决方案。
水利数字孪生地理空间数据底板解决方案架构
千寻位置的水利数字孪生解决方案，可充分释放北斗系统在水利领域的应用潜力，自推出以来已为众多水利工程提供服务，达到降本增效、提高智能化的效果，下为四则典型案例：
1、浙江上虞
从传统人工乘船巡检到无人机、无人船自动巡检，千寻位置打造“治水大脑”水环境智慧管理平台，巡检效率提升了3-4倍。
2、浙江遂昌仙侠湖
仙侠湖是浙江重要的饮用水源，千寻位置将承载高精度服务的无人机与Al图像识别等融合，水域巡检的效率提升400%以上，人工投入成本下降80%。
3、崇左市宁明县小水库
千寻位置对崇左市几十座小水库布设各类监测传感设备，在雨水情测报和安全监测系统中自动分析各项数据，管理人员足不出户，一图知晓雨水情。
4、广西龙滩水电站
千寻位置为龙滩水电站安装北斗自动化监测设备，工作人员只需通过电脑，就可实时观测到龙滩水电站大坝边坡的全天垂直位移变化，精度达到毫米级。
千寻位置将基于北斗时空智能技术，持续为我国水利事业的发展注入强劲智慧动能，助力水利数字孪生建设。