山有百藏而不言，水潤萬物而不語。中國屬于大河文明，農(nóng)業(yè)歷來在經(jīng)濟中占主導(dǎo)地位，其中水利灌溉是保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的重要因素。如今，傳統(tǒng)水利通過與數(shù)字孿生相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)可視可控，做到水利“四預(yù)”，開創(chuàng)了智慧水利的新篇章。

數(shù)字賦能，治水管水更智能

什么是數(shù)字孿生水利？通俗說，是指運用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新一代信息技術(shù)，采集全量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)江河水庫、水網(wǎng)建設(shè)、工程調(diào)度等的可視化展示，并進行智能化模擬和前瞻性預(yù)演。

水利部正在加快構(gòu)建具有“四預(yù)”（預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案）功能的數(shù)字孿生水利體系，那么在大眾眼里的水利數(shù)字孿生究竟是做什么呢？

水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”技術(shù)框架圖

水利“四預(yù)管理”的要求主要集中在：提高預(yù)報精準(zhǔn)度、預(yù)警時效性、預(yù)演模擬仿真以及預(yù)案的科學(xué)性和可操作性。這些需求都可以通過與三維可視化技術(shù)的結(jié)合得到更好的滿足。

三維可視化技術(shù)提供更直觀、立體的數(shù)據(jù)展示方式，使水利部門能夠更好地理解和分析水安全要素的發(fā)展趨勢的同時，還可以拓寬預(yù)警信息的發(fā)布渠道。通過將預(yù)警信息以三維圖像的方式呈現(xiàn)，可以使水利工作一線和社會公眾更直觀地理解預(yù)警內(nèi)容，更快地采取響應(yīng)措施。

不僅如此，三維可視化技術(shù)還可以構(gòu)建真實感強的數(shù)字孿生流域，模擬各種情況下的水利工程調(diào)度，幫助水利部門更直觀地了解風(fēng)險形勢和影響，更好地迭代優(yōu)化方案。

通過三維可視化技術(shù)可以將預(yù)案以更直觀、立體的方式呈現(xiàn)出來，使水利部門更好地理解預(yù)案內(nèi)容，更準(zhǔn)確地把握水利工程的最新工況和經(jīng)濟社會情況，確保預(yù)案的可操作性。

數(shù)字孿生水利離不開“映射、模擬與仿真”

今年4月底，我國首個數(shù)字孿生流域建設(shè)重大項目——長江流域全覆蓋水監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)項目開工建設(shè)。建成后，監(jiān)測站網(wǎng)將覆蓋3791個斷面和上萬個規(guī)模以上取水口，視頻監(jiān)視體系能夠覆蓋160座控制性水利工程、96個重要防汛節(jié)點、28個重要采砂江段，助力持續(xù)推動長江大保護。

不難看出，水利部一直在統(tǒng)籌數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)、數(shù)字孿生工程建設(shè)，推進水利業(yè)務(wù)2+N應(yīng)用。這里的水利數(shù)字孿生遠(yuǎn)不止三維可視化這么簡單。

數(shù)字孿生水利防洪預(yù)演場景

數(shù)字孿生水利，基礎(chǔ)在“數(shù)”。數(shù)字孿生與物理對象映射：通過數(shù)字孿生技術(shù)可以對物理流域進行全要素數(shù)字化映射，并實現(xiàn)物理流域與數(shù)字流域之間的動態(tài)、實時信息交互和深度融合，保持兩者的同步性、孿生性。

全息感知，萬物皆“數(shù)”。數(shù)字化映射是數(shù)字孿生水利的基礎(chǔ)，包括映射水利對象的物理實體，映射對象的實時狀態(tài)，映射設(shè)施設(shè)備的調(diào)度操作，映射水流場的發(fā)展變化。

數(shù)字孿生水利，重點在“演”。數(shù)字孿生實現(xiàn)智慧化模擬：通過集成耦合多維多時空尺度高保真數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建數(shù)字孿生流域模擬仿真平臺，支撐水利業(yè)務(wù)全要素“四預(yù)”的模擬仿真。

智慧化模擬的主要技術(shù)手段是：模擬仿真推演、可視化呈現(xiàn)、空間分析等。模擬仿真推演是通過物理實體、業(yè)務(wù)流程等參數(shù)的模擬計算進行空間推演、過程分析，為預(yù)演提供驅(qū)動，如“降雨—產(chǎn)流—匯流—演進”過程推演；可視化呈現(xiàn)通過實時渲染展現(xiàn)物理實體、業(yè)務(wù)流程，展現(xiàn)流域全貌大場景直到工程細(xì)節(jié)，為預(yù)演提供形象直觀效果；空間分析結(jié)合時空網(wǎng)格、空間定位等服務(wù)，提供空間數(shù)據(jù)相關(guān)計算、分析、查看以及路徑規(guī)劃、漫游、可視域分析、場景標(biāo)注等能力，為預(yù)演提供空間計算分析功能。

值得一提的是，由于水利工作的空間特點決定，水利是一項大尺度、大范圍的工作，不可能在物理流域中試驗不同方案，只能在數(shù)字空間進行反復(fù)預(yù)演。

數(shù)字孿生水利，必將著眼于“精細(xì)化決策”。精準(zhǔn)化決策是在防洪調(diào)度、水資源管理與調(diào)配、水生態(tài)過程調(diào)節(jié)等預(yù)演的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)精準(zhǔn)化決策的建議方案。

支撐精準(zhǔn)化決策是數(shù)字孿生流域的目標(biāo)，重點是制定最優(yōu)化方案以便最大程度提前規(guī)避風(fēng)險、提高效益、減少損失，主要任務(wù)是建設(shè)知識平臺，為規(guī)劃、工程調(diào)度、治理管理措施等方面的多方案比選提供支撐。

AIRLOOK為數(shù)字孿生水利提供有利支撐

AIRLOOK具備大規(guī)模空間數(shù)據(jù)采集、全自動三維模型生產(chǎn)和三維數(shù)據(jù)輕量化的技術(shù)能力，同時擁有自主研發(fā)的三維地理信息引擎，并形成了水利數(shù)字孿生解決方案。方案包括：L1、L2、L3級水利專用地理空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)、水利可視化模型構(gòu)建、三維渲染引擎、模擬仿真引擎，專為水利數(shù)字孿生項目提供數(shù)字孿生底座，提供多級別空間數(shù)據(jù)的融合加載和高清云渲染能力。

數(shù)字松濤項目

去年，公司與合作伙伴一同參與了海南省水務(wù)廳建設(shè)的數(shù)字孿生松濤水庫項目，為用戶提供了具備四預(yù)功能的數(shù)字孿生底座。在項目中探索了數(shù)字孿生技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，為其他數(shù)字孿生水利工程建設(shè)提供可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗做法。

海南智慧水網(wǎng)項目

該項目應(yīng)用了GIS+BIM、VR、云渲染、規(guī)則引擎、AI識別、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，在庫區(qū)監(jiān)測、運行管護、水庫防洪與水資源調(diào)度中，實現(xiàn)松濤水庫智能化管理，結(jié)合上下游防洪安全及用水需要和水庫安全狀況，落實"四預(yù)"一體化過程，為水庫的安全運行管理提供有效支撐。

今年，AIRLOOK還參與了云南省數(shù)字孿生灌區(qū)項目，為某中型水庫建設(shè)數(shù)字孿生底座，將數(shù)字孿生技術(shù)與水資源合理利用進行融合，充分發(fā)揮了數(shù)字孿生技術(shù)對水利業(yè)務(wù)2+N應(yīng)用的支撐作用。

某中型水庫泄洪模擬

數(shù)字孿生水利建設(shè)，是一項技術(shù)密集、人才密集、資金密集的創(chuàng)新工程，實現(xiàn)高質(zhì)量推進任重道遠(yuǎn)。未來，AIRLOOK將大力推進數(shù)字孿生水利建設(shè)，繼續(xù)為水利行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和資源保護作出貢獻的同時為國家水安全保障能力提供更有力支撐。

審核編輯 黃宇