八大场景！一文看透数字孪生赋能水资源与水环境智慧应用

    2021年8月，水利部部长李国英在《推动新阶段水利高质量发展为全面建设社会主义现代化国家提供水安全保障》主题讲话中指出，推进智慧水利建设是推动新阶段水利高质量发展的实施路径之一，要加快构建数字孪生流域、开展智慧化模拟、支撑精细化决策三方面内容。今年开始，“数字孪生”技术开始在水利部文件中频繁出现，全国各地都在积极推进智慧水利建设，大数据、云计算、仿真模拟、数字孪生等科技手段被广泛应用。从政策落到实际，51WORLD数字孪生技术在智慧水资源与水环境解决方案上，已有多个细分领域的实际案例落地应用，覆盖了智慧水务、智慧水利、智慧水运、生态环境、智慧灌溉五大领域。以下是关于51WORLD在水资源与水环境领域的最新典型场景应用及价值赋能，一起来看看吧~

    五大领域典型落地案例

    51WORLD智慧水资源与水环境业务，基于全要素场景（AES）数字孪生技术，联合行业顶尖生态合作伙伴，融合多维数据信息，结合数字孪生三维场景与动态仿真推演能力，针对智慧水务、智慧水利、智慧水运、生态环境、智慧灌溉五大业务领域，形成了具备从自动化、信息化向智慧化转型的有力支撑平台。

    01 智慧水务

    智慧水务包括净水厂、供水管网、二次供水、排水管网、污水处理厂、城市内涝、海绵城市等细分领域。

    城市内涝推演：

    基于仿真平台输出的数据结果进行孪生服务数据要求清洗，提取出淹没仿真数据的栅格面状数据，作为各时刻区域大小的映射范围，将映射数据信息进行梳理，关联参数与栅格数据信息，通过渲染技术手段将带有多维信息的灰度图进行一次渲染，并可对灰度图进行多方式二次渲染。在此基础上，结合降雨量、排水管网情况和算法，串联多个时间点的图像数据，实现真实水体材质或热力成像近似模拟淹没过程的推演状态。

▲ ‍‍城市内涝推演

    水厂智能管控：

    基于水厂设备设施建模、数据信号采集、工艺段仿真还原，实时监控水量、工艺水质情况、设备管理情况、生产安全指标、效率指标等，实现全厂可视化、精细化、智能化运营管理，提升科学决策能力，提高水厂运营绩效。

▲污水工艺处理流程

▲污水处理实时视频融合

▲污水处理设备孪生映射

    02 智慧水利

    智慧水利包括水利设施、长距离引水调水工程、防洪预报/预警/预演/预案、水力发电、水资源调度等细分领域。

    水库蓄水调度：

    基于水库结构建模、雨情水情预报及实测数据、大坝安全监测评估，配合水库调度算法，平衡蓄水和泄洪需求，为判断、会商、决策、协同调度、应急指挥等提供支撑，实现汛期防洪预报、预警、预演、预案应用，和汛末蓄水储备，提升水旱灾害防御和水库水资源智能调度能力。

▲水库洪水调度

    水利设施管控：

    基于水利设施远程智能管控，如根据目标累计流量、瞬时流量等要求，结合泵组性能、闸门情况以及上下游水位测量数据等信息，分析计算启泵数量、叶片角度、电机频率，或闸门开度、孔数等参数，配合水利模型算法等技术，实现开停机组、启闭闸门等流程的智能管控，提升水旱灾害防御、水资源节约利用和优化调度等业务能力。

▲水利设施管控，闸门控制

▲水利设施管控，水泵控制

    03 智慧水运

    智慧水运包括航道船闸管理、船舶AIS、航道测绘、疏浚指挥等细分领域。

    航道智慧管理：

    基于遥感地图、倾斜摄影测量、虚拟仿真建模、BIM 建模、实景影像采集等技术，接入实时船舶AIS数据，以及船闸输水阀门、闸门、水位等数据信息，赋予船舶动态行驶的能力，可视化还原了航道实时的船舶分布、行驶等交通状况。实现各种航道负荷热力展示、船舶基础信息、过闸信号数据、电子卡口、视频融合、船闸收费等功能。

▲智慧航道

    04 生态环境

    生态环境包括水质监测、水质反演、污染扩散分析、排污监管、大江大河大湖生态保护治理等细分领域。

    河湖水质反演：

    基于河流湖泊等水域的水质监测数据，以及水体高程等数据模型，将历史监测数据映射于水体内部相对邻近位置的采样点，并通过对采样点着色等方式进行可视化表达，映射的采样点周边采取插值算法进行拟合，通过时间轴控制，实现河流湖泊等水域水质反演的完整过程表达。

    污染扩散推演：

    基于管网GIS等模型，以及水质采样监测数据，结合算法模型，根据水质污染方向、速度前后变化，反向推演污染过程并进行溯源，确定污染发生精准范围，同时对污染扩散进行预测，为污染管控采取措施提供依据。

    05 智慧灌溉

    智慧灌溉包括取水输水、灌区监控、灌溉设备管理、农作物生长、水资源节约利用等细分领域。

    滴灌智能应用：

    基于对自然江河湖水源、蓄水池取水流程还原，以及对水泵水闸阀门等设备的自动化调控，结合算法统计分析配水调水，仿真还原农业灌溉的取水、输水、配水、喷灌滴灌的各环节，进行灌区情况总览、输水配水及收费等功能的智能应用管理，达到节水灌溉的目的。

    三大价值赋能行业

    今年8月，李国英部长在人民日报发表的署名文章《推进南水北调后续工程高质量发展》一文中提出，要坚持科技引领和数字赋能，综合运用大数据、云计算、仿真模拟、数字孪生等科技手段，提升国家水网的数字化、网络化、智能化水平，更高质量保障国家水安全。水利部为了加快水利建设，早在2019年就先后下发了《水利业务需求分析报告》、《智慧水利总体方案》、《加快推进智慧水利指导意见》、《水利网信水平提升三年行动方案(2019-2021)》4份文件。到了2020年，水利部的智慧水利先行先试工作已在三大流域、五省（区）三市开展。

    51WORLD的数字孪生技术，在智慧水资源与水环境解决方案上，不但继承了自动化信息化技术的应用及服务，还进一步带来了三大价值赋能点。

    01 视觉赋能

    即通过虚拟现实技术，带来全新的人机交互模式，提升可视化效果，在美观、直观、便捷层次解决问题，由此不论是专业技术人员还是泛行业管理人员，都可以通过三维可视化界面，完整的了解涉水对象及活动的真实情况。

    02 数据赋能

    是基于数据模型、通过开发者工具，实现数据驱动，拓展新的功能服务。在传统自动化信息化技术的基础上，叠加BIM、GIS等真实世界的物理模型，实现虚实互动、真实映射；在传统的统计分析上，叠加算法和人工智能等技术，再突破时间维度，强化预测仿真能力，再达到真实的过去、真实的现在，展望真实的未来。

    03 融合智能

    基于全要素场景技术，提升了数据集成能力，进行多维数据融合。能够打通各子系统的之间的互通，以及各行业之间的互通，也就是解决跨领域、跨类型、跨尺度的问题，复杂真实世界的映射还原，能够承载更多维度的数据和信息。

    水资源与水环境建设走上智慧化之路

    推进水资源与水环境建设需要全面提升数字化、网络化、智能化能力，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，全面推进算据、算法、算力建设，加快构建智慧体系。今年5月，水利部信息中心在智慧水利先行先试的《开展“思路对标”学习研讨 积极谋划智慧水利建设》专题中，倡导与互联网企业专题研究“数字孪生流域、数字孪生工程”。 地方水利部门、科研院校和互联网企业针对开展智慧水行业建设进行了业务需求分析、技术研讨等系列行动，加强了数字孪生流域、数字孪生工程、工程智能控制等概念和新技术的水行业应用。通过数字孪生技术推动水行业数字化、智能化变革的同时，降低碳排放，实现绿色科技也是智慧水利建设的重要组成部分，智慧水行业发展必须坚持走绿色低碳道路。水资源与水环境关乎国计民生，随着我国从农业社会走向信息化社会脚步的前进，相关建设也走上了智慧化之路。数字孪生技术是智慧化发展的新模式、新探索，随着技术的不断成熟，数字孪生正在成为推动水行业深刻变革的创新动力。智慧水行业是智慧社会的重要组成部分，是推动水行业现代化发展的必由之路。51WORLD将在水行业智慧化发展中以先进的理念和技术带来持续创新应用，成为智慧水资源与水环境建设的驱动引擎。