泰瑞水利数字孪生底座，赋能行业应用，助力“四预”升级

    水，塑造地表，滋养生灵，孕育着自然万物。然而，洪涝、旱灾也是造成人民流离失所的自然界重要推手。中国历史上与水相关的重大灾情多达2000多次，让中国成为历史上水害灾害最多的国家。在科技发展如此进步的今天，我们也从未停止过与治水的拉锯。

    数字孪生是支撑水利现代化升级的新型基础设施，也是辅助水利新时代建设的新质生产力，更是推进水利智慧化建设的理念升级。《“十四五”规划和2023年远景目标规划》提出“加快数字化发展，建设数字中国。构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。为进一步响应习总书记的总体要求，水利部全面落实推进水利高质量建设发展的新标志—数字孪生水利。李国英部长提出“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”十六字智慧水利建设要求，并将数字孪生作为智慧水利建设的核心与关键。建设数字孪生水利，即以物理流域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理全过程进行数字化映射、智能化模拟，实现与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化。

数字孪生流域建设总体推进架构

SmartEarth 水利数字孪生底座

    SmartEarth 水利数字孪生底座，是基于SmartEarth数字孪生底座V5.0的数字孪生体模型、数据融合管理体系等，整合泰瑞几十个国家级、省级（流域级）、地市级、区域级水行业相关案例，深耕水利数字孪生底层技术及水利业务，研发的符合新时代水利建设特性的体系化产品。SmartEarth 水利数字孪生底座具备“数据融合一体化、平台服务一体化、分析决策一体化、协同指挥一体化”能力。

    SmartEarth 水利数字孪生底座实现了高精地理空间数据采集、多维数据建模/加工/治理及融合、水利实体知识建模、多场态场景仿真可视化、多业态专业模型对接及实时渲染等体系化能力构建。以基础水利实体要素为骨架，通过融合工程建设、业务管理、工程运行、感知物联等多源多业态数据，以水利实体生产、实体管理、实体应用、实体仿真系统化能力为支撑，推进水利业务数据结构化、结构语义化、语义场景化、场景孪生化、孪生资产化、资产要素化的“六化”迭代升级。SmartEarth 水利数字孪生底座是基于模型的系统工程方法论，构建的水利系统仿真（水利 MBSE）能力体模型，驱动新时代水利时空数据要素价值深度服务及应用。

01

高精数据采集，多源空间数据高效捕获

    基于水利部对水利数据底板的建设要求，泰瑞自主研发了满足L1~L3级地理空间数据类型及精度要求的一体化软硬件采集及建模产品。支持大尺度流域场景、中尺度重点防洪区段、微观精细化尺度的重要防洪水利工程及机电设备的内外部多尺度现实场景采集及建模。强大的数据建模软件产品驱动海量原始TB级数据，高效、快速驱动成三维立体模型，助力数字孪生水利场景下的地形地貌、河道实景、水下地形、水利工程、机电设备等多场景实体要素可视化展示及结构化管理。

02

数据治理，TB级海量实体要素高效管理

    基于泰瑞二、三维水利实体数据治理产品，实现水利二、三维地理空间数据的标准化治理，增强水利时空数据的可管理、可更新、可应用。融合海量新型基础测绘实体化建模标准范式，实现基础地理空间数据的自动化校核及自动化输出数据质量报告，保障水利实体数据的合规性，提升实体要素质量。迭代自动化处理算法，增强实体数据的一体化治理能力，实现水利时空数据的条理化、体系化、结构化管理。

03

数据融合，多源、多尺度数据无缝衔接

    基于泰瑞水利二三维实体数据融合产品，有效实现多源、多尺度高精地理空间的自动化融合处理，自动优化不同精度、不同类型数据的接边过度及美化处理。在提升物理孪生场景展现效果的同时，有效辅助实现物理场景的仿真仿实效果表达。进一步提升数字孪生流域物理场景下的大江、大河、水库、大坝、闸门、机电设备等涉水实体场景展现效果及应用分析能力。

04

数据管理，实体一码多态、场景按需组装

    基于实体要素的管理能力体系建设，实现水利时空数据集约化管控。打破传统空间数据图层化、文件化的管理模式，实现适应当前新时代水利建设需求及全空间数据对象化管理新模式的水利实体数据库系统建设。有效实现多源、全量实体要素的一库全管，保证实体要素多形态、多体征管理。一站式动态实体要素更新及维护，提升实体运管能力。构建实体要素图谱建模，实现实体要素的高效、快速检索。

05

语义服务，驱动实体要素场景化应用

    基于水利实体要素语义化服务能力，驱动面向传统业务知识、调度决策知识、应急处置知识、专家经验知识、规则知识等多元知识体的双向应用。实现面向应用需求侧的正向高效检索、逆向智能匹配应用机制构建。通过场景化时空实体要素与业务实体要素嵌套关联，实现业务知识的多层级汇通，确保应用需求的向上可联通、向下可检索、中间可拓扑新型业务应用模式。提质增效，优化传统业务结构，增强知识的灵活性、健壮性、可用性。

    通过建立知识引擎自动知识拆解、知识建模、知识挖掘等能力，实现增量知识实体要素的互济互通，提升水利时空语义服务的可持续性。

06

场景智能，便捷高效的场景分发及组配

    基于水利时空场景智能服务能力，实现水利孪生场景的模型快速编辑、模型快速美化、场景便捷管理、场景高效发布，为水利时空场景建设提供一体化智能服务。结合成熟的SDK工具包，提升开发者的应用开发效率，有效助力数字孪生水利场景的高效建设。

07

水利系统仿真，多场景建设及治理核心

    通过在水利建设、运行及管理等活动中运用基于模型的系统工程（MBSE）方法论，构建水利系统仿真（水利 MBSE）能力。依托人工智能、大数据、水利大模型等技术，耦合水文水力学、防洪调度、水资源调度、工程健康辅助评价等机理模型，预测水利实体对象多场景变化态势及规律，全面地、智能地、系统地仿真各机理特性，为水利系统工程建设、运行及管理提供更全面的机理支撑，有效提升水利实体要素对象综合治理的智能化水平。 

    · 多场景仿实仿真分析

    基于数字孪生水利的真实镜像物理世界场景特性，结合数字孪生对水利实体仿实拟实的技术优势。通过仿真分析不同现实水利实体的空间体征变化规律，驱动水利分场景尺度下的宏观级（S1）、中观级(S2)、微观级（S3）场景的仿真分析及表达展示。通过仿真分析不同水利实体对于与场景关联要素的耦合及链接形态，建立水利场景的四季变化、昼夜交替、天气变化、粒子流场、水利工程管控、机电设备组态运行等多场景实体要素一体化仿真分析服务能力。

• 多现象推演仿真分析

    以基于模型的系统工程（MBSE）方法论为牵引，以水利语义实体为主体，融合物联感知数据、专业模型演算数据，通过对水专项业务场景进行流程化拆解，构建针对关键流程仿真元模型，形成水利专项业务需求的全流程、全过程的仿真模型，实现对多水利业务场景的仿真推演。包括：风场仿真推演、温度场仿真推演、洪水演进仿真推演、淹没分析仿真推演、承压形变仿真推演、河道水流流态仿真推演、河道冲淤仿真推演、水下地形演变仿真推演、城市内涝仿真推演。建立面向水利实体要素多模态现象级一体化动态仿真推演决策分析服务，推进水利多应用场景的决策分析科学化。

水利数字孪生底座产品应用支撑

    建立以水利数字孪生数据底座为基础，语义实体融合及水利系统仿真为核心的能力体系迭代升级，形成以水利系统仿真为主线的水业务智慧化升级应用。推进水网、流域、水利工程、灌区为应用主体下的流域防洪、水工程管控、水生态管护、河道管养、工程运行维护、城市内涝等多业务智慧化升级。赋能“2+N”水业务专项，保障水利“四预”标况业务高效应用。

01

城市防洪水安全防治

    以“降雨-产流-汇流-演进-淹没”为抓手，防洪“四预”体系化能力建设为措施，降雨预报模型、水文水力学模型及排水分析模型系统仿真为核心，综合贯通流域河道重点断面、重要防洪区段、重要防洪工程、重要建构筑物、重要排水设施及重要城市防范区等防洪关注对象，建立面向水利流域系统仿真的一体化防洪调度体系。形成面向事前、事中、事后的多时空尺度分析单元，强化防洪基础预报、前哨预警、核心预演、目标预案的系统化能力建设。建立以水利语义实体为中心、流域系统仿真决策为重要判定依据的多防洪因素影响分析，提升防洪、抗洪、治洪决断能力，加强城市河道上游来水、内部降水、管网排水的多要素系统仿真分析，提升防洪内涝决策科学化。

02

水资源优化调度

    预报，以需水模型、调度预报模型为核心实现调水工程对未来多时空尺度的配水及调度分析。预警，综合预警阈值指标信息，驱动分对象、分类型下的未来预警前哨提醒。预演，以数字孪生水利底座为基础，实现基于水利仿真系统下的仿真推演、迭代优化，驱动最优调度方案获取。预案，一键自动生成预案，实现预案校验、推送，提升调水工程水量调配科学性。

03

水工程安全运行管控

    以水利工程语义实体模型为内核的水利底座为基础，工程安全健康评测及风险评估系统仿真模型为核心，水利工程及机电设备BIM模型为载体，工程科学化运行管控为目标，建立面向水利工程语义实体与现实工程的互馈、互感、互识、互通、互联的“五互”孪生模式。通过系统仿真模型对业务应用的驱动及支撑，仿真推演各个水利工程实体要素的多场态特征，如：闸门启闭、过闸水流、开闸放水、闭闸止水、闸前闸后水位变化等多物理场形态。进一步汇通监测感知数据及未来工情数据，通过系统仿真的推演，实现维保运行态势的超前掌握，保障水利工程的安全稳定运行，提升运行管护的科学化、自动化及智能化。

04

水生态科学保护

    建立基于水质系统仿真体系下的水质语义实体的数据模型，通过与标准化预警流程、阈值、指标等的有效融合，实现基于仿真系统推演下的水生态未来指标要素科学预测预报。形成实体预警阈值模型体系，实现指标数据集约化管控，有效掌握水质预警信息。关联标准化模型预警流程，强化预警信息的多渠道分发，保障目前受众预警信息接收的及时性、有效性。结合遥感数据的智能建模，实现河道周边林草健康、土地利用入侵等的及时监测，有效保证水生态环境健康稳定发展。

05

航河道科学管控

    基于水利系统仿真能力、水利语义实体融合的有效支撑，在航河道物理数据底座之上，进一步面向航河道数据的深度集成融合挖掘，仿真推演空间场景下的深度业务实体要素。实现地形冲淤对比分析、三维地形动态演变分析、水流流场动态分析，实现二三维电子航道图数据无缝衔接融合，提升场景即视感。基于业务模型的深度仿真推演，优化整治建筑物损毁分析、河道地形等深线辅助分析。通过对相关航河道语义实体业务数据与系统仿真的推演结合，为航道的智能化建设、智慧化管理提供重要技术保障。

水利数字孪生底座产品创新点

    01 数据全周期能力拟合，提升数据质量

    整合及嵌入数据生产、数据治理、数据融合、数据质检的标准化范式，建立面向数据多过程的并行分治能力体征，健全面向水利实体要素的自主辨识度。增强水利实体要素的定义项优化完善，分割被定义项的同质性，促进面向水利数据实体语义化能力模型建设。打通面向水利要素数据的“生产-治理-管理-融合-应用-更新”全生命周期的多过程迭代更新。

    02 重新定义数据融通，强化数据应用

    水利数据底座通过糅合新型基础测绘的实体语义理念，建立面向新时代水利建设需求的技术模式，深入嵌套水行业多业务专项业务模型，实现水利要素数据的“可管、可识、可用”。横向拓宽水利数据的应用尺度，纵向拉伸水利实体要素的应用维度，提升数据要素的行业业务属性赋能及价值。

    03 模型系统仿真，强化业务全过程决断

    建立水利系统仿真为能力核心的机理模型与仿真引擎的融合模型，驱动实现面向水利系统工程多专项业务分析下的水利模型的统一集成求解，进一步深化计算层耦合。基于一体化的“嵌套-耦合-计算-仿真”模式，削减模型计算、模型结果数据分发、数据转译、仿真渲染建模、仿真引擎结果数据渲染等系统仿真全过程多时段损耗，保障仿真决策及应用实时性，推进水利分场景全过程“及算、及仿、及演”体系能力构建。

结束语

    数字孪生作为水利新时代数字化管理理念及新型基础设施是智慧水利建设的核心与关键。然而，在推进数字孪生水利系统的建设过程中，面临着一系列技术挑战，主要包括时空海量数据治理管理及应用、数据安全、软硬件国产信创、仿真推演实时性等问题。泰瑞数创通过构建SmartEarth水利数字孪生底座产品体系，实现对水利时空数据的数据结构化、结构语义化、语义场景化、场景孪生化、孪生资产化、资产要素化的迭代升级，将有效赋能新时代水利新质生产力建设，夯实新型基础设施的支撑能力，高效赋能水业务智慧化升级、智能化应用。

    数字孪生水利标志着水利现代化的新篇章，泰瑞数创在水利行业中将持续发力，通过不断创新技术体系、不断深耕水利业务、不断提升本体能力，致力于向数字孪生水利建设提供卓越产品与服务，满足多元化需求，为实现国家的数字化转型和智能化升级目标作出积极贡献，为推动人水和谐的水利新局面而不断努力。

    更多SmartEarth数字孪生底座产品V5.0跨界融合内容，将于6月18日在北京举行的“2024数字孪生赋能实景三维中国建设研讨会”上正式亮相。扫描下方二维码，立即报名参加，我们期待您的参与。