实景三维+水动力模型,赋能数字孪生流域建设

水利关系国计民生。近年来,我国极端气象水文事件频发,水利工作面临水旱灾害防御的重大考验。为此,国家出台多项政策,要求加快构建具有“四预”(预报、预警、预演、预案)功能的智慧水利体系,以流域为单元提升水情预测和智能调度能力。

实景三维技术凭借实时、精准、真实、可推演等优势,能够为水利建设提供可视化、智能化、立体化的三维空间信息数据,已成为推动智慧水利建设的核心技术力量。

武汉大学水电水利学院联合大势智慧以水利部文件为指引,推出基于实景三维建模技术与水动力模型的数字孪生流域解决方案,包括:搭建数字孪生底板、构建模型平台、打造流域防洪“四预”应用窗口,实现数字化场景、智慧化模拟、精准化决策,服务流域防洪“四预”业务管理。

实景三维+水动力模型,赋能数字孪生流域建设_第1张图片水利部数字孪生流域建设框架(部分)

 01 实景三维数据生产,夯实流域孪生底板基础

通过无人机倾斜摄影、卫星遥感影像获取不同精度的倾斜摄影模型、DEM、DOM数据,融合当地水利一张图,生成流域整体及重点区域的L1-L3级地理空间数据,融合水利基础数据、业务数据、空间数据、监测数据以及跨行业共享数据,实现虚实融合、再现真实场景,为水动力模型计算模拟提供更加直观的场景数据底板,为防洪四预提供“算据”基础。

                                 

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 流场动态可视化模型

02 实景三维+水动力模型,提升孪生流域算法能力

凭借自研的实景三维关键技术与算法优势,大势智慧采用一维、二维耦合水动力模型,构建水利专业模型、智能识别模型、可视化模型和数字模拟仿真引擎,形成组件化的智能预报与调度模型平台,为防洪四预提供“算法”基础,为灾情应对与措施做足准备。

丰富实时的地物信息,让模拟分析更准确

实景三维数据能提供地表细节信息,包括土地利用类型、植被覆盖情况、地形地貌等下垫面信息。在产汇流计算中,下垫面信息可估算地表径流量和地下水补给量,模拟水流路径、流量变化和洪水波传播等。然而,随着城市的快速发展,下垫面变化过快,导致洪水预报等水动力模型较难反馈真实的产汇流机理,限制了其在实际防洪工作中的应用。

依托大势智慧的实景三维计算与AI技术,可为水动力模型持续提供丰富、实时的地表信息,更准确、高效地计算流域的产汇流过程、要素变化、活动规律和相互关系,并将结果通过可视化模型动态呈现,提高洪水预报、灾情预演的准确性。

             

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水库蓄水模拟

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洪水预演模拟

重点区域精准识别管理,辅助灾情响应

基于实景三维数据底座,可实现重点空间区域的精确管理,如重点保护对象(幼儿园、小学、医院等)、灾害风险点位(滑坡、泥石流等灾害易发区)、易涝部位(地下车库、地下通道等)、应急资源(物资、设备、队伍等)。当洪水预演分析结果显示目标部位风险逼近阈值,即可快速启动防洪应急预案、调度相关资源,及时响应,减少损失。

 业务平台防洪预警

03 打造防洪“四预”应用窗口,实现一站式信息服务

依托实景三维数据底板和“数字孪生可视化模型,大势智慧打造了一套集综合态势展示、洪水预报、防洪预警、洪水预演、应急预案于一体的流域防洪“四预”系统,全方位、多视角、递进式地展示流域各类水利对象的相关信息与分析结果,支撑领导会商与调度决策,以数字赋能流域防洪研判及风险管理,提升流域防洪“四预”能力。

实景三维+水动力模型,赋能数字孪生流域建设_第5张图片    综合态势展示

结语

随着智慧水利建设的全面推进,大势智慧积极探索“实景三维+水利”领域,掌握了实景三维+数字孪生水利的国产化关键核心技术,目前已在湖南某水利建设项目中进行实践落地,积累了丰富的实战经验。同时,还可根据不同地区流域现状与业务变化需求推出定制化解决方案。

未来,大势智慧将继续聚焦数字孪生流域“一盘棋”建设,以实景三维为基础,构建流域防洪平台“一张图”,持续赋能流域科学防汛防洪,为建设“2+N”水利智能业务应用体系提供技术支撑,助力水利事业高质量发展。

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