泰瑞水利數(shù)字孿生底座，賦能行業(yè)應用，助力“四預”升級

    水，塑造地表，滋養(yǎng)生靈，孕育著自然萬物。然而，洪澇、旱災也是造成人民流離失所的自然界重要推手。中國歷史上與水相關的重大災情多達2000多次，讓中國成為歷史上水害災害最多的國家。在科技發(fā)展如此進步的今天，我們也從未停止過與治水的拉鋸。

    數(shù)字孿生是支撐水利現(xiàn)代化升級的新型基礎設施，也是輔助水利新時代建設的新質生產(chǎn)力，更是推進水利智慧化建設的理念升級�！丁笆�四五”規(guī)劃和2023年遠景目標規(guī)劃》提出“加快數(shù)字化發(fā)展，建設數(shù)字中國。構建智慧水利體系，以流域為單元提升水情測報和智能調度能力”。為進一步響應習總書記的總體要求，水利部全面落實推進水利高質量建設發(fā)展的新標志—數(shù)字孿生水利。李國英部長提出“需求牽引、應用至上、數(shù)字賦能、提升能力”十六字智慧水利建設要求，并將數(shù)字孿生作為智慧水利建設的核心與關鍵。建設數(shù)字孿生水利，即以物理流域為單元、時空數(shù)據(jù)為底座、數(shù)學模型為核心、水利知識為驅動，對物理流域全要素和水利治理管理全過程進行數(shù)字化映射、智能化模擬，實現(xiàn)與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優(yōu)化。

數(shù)字孿生流域建設總體推進架構

SmartEarth 水利數(shù)字孿生底座

    SmartEarth 水利數(shù)字孿生底座，是基于SmartEarth數(shù)字孿生底座V5.0的數(shù)字孿生體模型、數(shù)據(jù)融合管理體系等，整合泰瑞幾十個國家級、省級（流域級）、地市級、區(qū)域級水行業(yè)相關案例，深耕水利數(shù)字孿生底層技術及水利業(yè)務，研發(fā)的符合新時代水利建設特性的體系化產(chǎn)品。SmartEarth 水利數(shù)字孿生底座具備“數(shù)據(jù)融合一體化、平臺服務一體化、分析決策一體化、協(xié)同指揮一體化”能力。

    SmartEarth 水利數(shù)字孿生底座實現(xiàn)了高精地理空間數(shù)據(jù)采集、多維數(shù)據(jù)建模/加工/治理及融合、水利實體知識建模、多場態(tài)場景仿真可視化、多業(yè)態(tài)專業(yè)模型對接及實時渲染等體系化能力構建。以基礎水利實體要素為骨架，通過融合工程建設、業(yè)務管理、工程運行、感知物聯(lián)等多源多業(yè)態(tài)數(shù)據(jù)，以水利實體生產(chǎn)、實體管理、實體應用、實體仿真系統(tǒng)化能力為支撐，推進水利業(yè)務數(shù)據(jù)結構化、結構語義化、語義場景化、場景孿生化、孿生資產(chǎn)化、資產(chǎn)要素化的“六化”迭代升級。SmartEarth 水利數(shù)字孿生底座是基于模型的系統(tǒng)工程方法論，構建的水利系統(tǒng)仿真（水利 MBSE）能力體模型，驅動新時代水利時空數(shù)據(jù)要素價值深度服務及應用。

01

高精數(shù)據(jù)采集，多源空間數(shù)據(jù)高效捕獲

    基于水利部對水利數(shù)據(jù)底板的建設要求，泰瑞自主研發(fā)了滿足L1~L3級地理空間數(shù)據(jù)類型及精度要求的一體化軟硬件采集及建模產(chǎn)品。支持大尺度流域場景、中尺度重點防洪區(qū)段、微觀精細化尺度的重要防洪水利工程及機電設備的內(nèi)外部多尺度現(xiàn)實場景采集及建模。強大的數(shù)據(jù)建模軟件產(chǎn)品驅動海量原始TB級數(shù)據(jù)，高效、快速驅動成三維立體模型，助力數(shù)字孿生水利場景下的地形地貌、河道實景、水下地形、水利工程、機電設備等多場景實體要素可視化展示及結構化管理。

02

數(shù)據(jù)治理，TB級海量實體要素高效管理

    基于泰瑞二、三維水利實體數(shù)據(jù)治理產(chǎn)品，實現(xiàn)水利二、三維地理空間數(shù)據(jù)的標準化治理，增強水利時空數(shù)據(jù)的可管理、可更新、可應用。融合海量新型基礎測繪實體化建模標準范式，實現(xiàn)基礎地理空間數(shù)據(jù)的自動化校核及自動化輸出數(shù)據(jù)質量報告，保障水利實體數(shù)據(jù)的合規(guī)性，提升實體要素質量。迭代自動化處理算法，增強實體數(shù)據(jù)的一體化治理能力，實現(xiàn)水利時空數(shù)據(jù)的條理化、體系化、結構化管理。

03

數(shù)據(jù)融合，多源、多尺度數(shù)據(jù)無縫銜接

    基于泰瑞水利二三維實體數(shù)據(jù)融合產(chǎn)品，有效實現(xiàn)多源、多尺度高精地理空間的自動化融合處理，自動優(yōu)化不同精度、不同類型數(shù)據(jù)的接邊過度及美化處理。在提升物理孿生場景展現(xiàn)效果的同時，有效輔助實現(xiàn)物理場景的仿真仿實效果表達。進一步提升數(shù)字孿生流域物理場景下的大江、大河、水庫、大壩、閘門、機電設備等涉水實體場景展現(xiàn)效果及應用分析能力。

04

數(shù)據(jù)管理，實體一碼多態(tài)、場景按需組裝

    基于實體要素的管理能力體系建設，實現(xiàn)水利時空數(shù)據(jù)集約化管控。打破傳統(tǒng)空間數(shù)據(jù)圖層化、文件化的管理模式，實現(xiàn)適應當前新時代水利建設需求及全空間數(shù)據(jù)對象化管理新模式的水利實體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設。有效實現(xiàn)多源、全量實體要素的一庫全管，保證實體要素多形態(tài)、多體征管理。一站式動態(tài)實體要素更新及維護，提升實體運管能力。構建實體要素圖譜建模，實現(xiàn)實體要素的高效、快速檢索。

05

語義服務，驅動實體要素場景化應用

    基于水利實體要素語義化服務能力，驅動面向傳統(tǒng)業(yè)務知識、調度決策知識、應急處置知識、專家經(jīng)驗知識、規(guī)則知識等多元知識體的雙向應用。實現(xiàn)面向應用需求側的正向高效檢索、逆向智能匹配應用機制構建。通過場景化時空實體要素與業(yè)務實體要素嵌套關聯(lián)，實現(xiàn)業(yè)務知識的多層級匯通，確保應用需求的向上可聯(lián)通、向下可檢索、中間可拓撲新型業(yè)務應用模式。提質增效，優(yōu)化傳統(tǒng)業(yè)務結構，增強知識的靈活性、健壯性、可用性。

    通過建立知識引擎自動知識拆解、知識建模、知識挖掘等能力，實現(xiàn)增量知識實體要素的互濟互通，提升水利時空語義服務的可持續(xù)性。

06

場景智能，便捷高效的場景分發(fā)及組配

    基于水利時空場景智能服務能力，實現(xiàn)水利孿生場景的模型快速編輯、模型快速美化、場景便捷管理、場景高效發(fā)布，為水利時空場景建設提供一體化智能服務。結合成熟的SDK工具包，提升開發(fā)者的應用開發(fā)效率，有效助力數(shù)字孿生水利場景的高效建設。

07

水利系統(tǒng)仿真，多場景建設及治理核心

    通過在水利建設、運行及管理等活動中運用基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）方法論，構建水利系統(tǒng)仿真（水利 MBSE）能力。依托人工智能、大數(shù)據(jù)、水利大模型等技術，耦合水文水力學、防洪調度、水資源調度、工程健康輔助評價等機理模型，預測水利實體對象多場景變化態(tài)勢及規(guī)律，全面地、智能地、系統(tǒng)地仿真各機理特性，為水利系統(tǒng)工程建設、運行及管理提供更全面的機理支撐，有效提升水利實體要素對象綜合治理的智能化水平。 

    · 多場景仿實仿真分析

    基于數(shù)字孿生水利的真實鏡像物理世界場景特性，結合數(shù)字孿生對水利實體仿實擬實的技術優(yōu)勢。通過仿真分析不同現(xiàn)實水利實體的空間體征變化規(guī)律，驅動水利分場景尺度下的宏觀級（S1）、中觀級(S2)、微觀級（S3）場景的仿真分析及表達展示。通過仿真分析不同水利實體對于與場景關聯(lián)要素的耦合及鏈接形態(tài)，建立水利場景的四季變化、晝夜交替、天氣變化、粒子流場、水利工程管控、機電設備組態(tài)運行等多場景實體要素一體化仿真分析服務能力。

• 多現(xiàn)象推演仿真分析

    以基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）方法論為牽引，以水利語義實體為主體，融合物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、專業(yè)模型演算數(shù)據(jù)，通過對水專項業(yè)務場景進行流程化拆解，構建針對關鍵流程仿真元模型，形成水利專項業(yè)務需求的全流程、全過程的仿真模型，實現(xiàn)對多水利業(yè)務場景的仿真推演。包括：風場仿真推演、溫度場仿真推演、洪水演進仿真推演、淹沒分析仿真推演、承壓形變仿真推演、河道水流流態(tài)仿真推演、河道沖淤仿真推演、水下地形演變仿真推演、城市內(nèi)澇仿真推演。建立面向水利實體要素多模態(tài)現(xiàn)象級一體化動態(tài)仿真推演決策分析服務，推進水利多應用場景的決策分析科學化。

水利數(shù)字孿生底座產(chǎn)品應用支撐

    建立以水利數(shù)字孿生數(shù)據(jù)底座為基礎，語義實體融合及水利系統(tǒng)仿真為核心的能力體系迭代升級，形成以水利系統(tǒng)仿真為主線的水業(yè)務智慧化升級應用。推進水網(wǎng)、流域、水利工程、灌區(qū)為應用主體下的流域防洪、水工程管控、水生態(tài)管護、河道管養(yǎng)、工程運行維護、城市內(nèi)澇等多業(yè)務智慧化升級。賦能“2+N”水業(yè)務專項，保障水利“四預”標況業(yè)務高效應用。

01

城市防洪水安全防治

    以“降雨-產(chǎn)流-匯流-演進-淹沒”為抓手，防洪“四預”體系化能力建設為措施，降雨預報模型、水文水力學模型及排水分析模型系統(tǒng)仿真為核心，綜合貫通流域河道重點斷面、重要防洪區(qū)段、重要防洪工程、重要建構筑物、重要排水設施及重要城市防范區(qū)等防洪關注對象，建立面向水利流域系統(tǒng)仿真的一體化防洪調度體系。形成面向事前、事中、事后的多時空尺度分析單元，強化防洪基礎預報、前哨預警、核心預演、目標預案的系統(tǒng)化能力建設。建立以水利語義實體為中心、流域系統(tǒng)仿真決策為重要判定依據(jù)的多防洪因素影響分析，提升防洪、抗洪、治洪決斷能力，加強城市河道上游來水、內(nèi)部降水、管網(wǎng)排水的多要素系統(tǒng)仿真分析，提升防洪內(nèi)澇決策科學化。

02

水資源優(yōu)化調度

    預報，以需水模型、調度預報模型為核心實現(xiàn)調水工程對未來多時空尺度的配水及調度分析。預警，綜合預警閾值指標信息，驅動分對象、分類型下的未來預警前哨提醒。預演，以數(shù)字孿生水利底座為基礎，實現(xiàn)基于水利仿真系統(tǒng)下的仿真推演、迭代優(yōu)化，驅動最優(yōu)調度方案獲取。預案，一鍵自動生成預案，實現(xiàn)預案校驗、推送，提升調水工程水量調配科學性。

03

水工程安全運行管控

    以水利工程語義實體模型為內(nèi)核的水利底座為基礎，工程安全健康評測及風險評估系統(tǒng)仿真模型為核心，水利工程及機電設備BIM模型為載體，工程科學化運行管控為目標，建立面向水利工程語義實體與現(xiàn)實工程的互饋、互感、互識、互通、互聯(lián)的“五互”孿生模式。通過系統(tǒng)仿真模型對業(yè)務應用的驅動及支撐，仿真推演各個水利工程實體要素的多場態(tài)特征，如：閘門啟閉、過閘水流、開閘放水、閉閘止水、閘前閘后水位變化等多物理場形態(tài)。進一步匯通監(jiān)測感知數(shù)據(jù)及未來工情數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)仿真的推演，實現(xiàn)維保運行態(tài)勢的超前掌握，保障水利工程的安全穩(wěn)定運行，提升運行管護的科學化、自動化及智能化。

04

水生態(tài)科學保護

    建立基于水質系統(tǒng)仿真體系下的水質語義實體的數(shù)據(jù)模型，通過與標準化預警流程、閾值、指標等的有效融合，實現(xiàn)基于仿真系統(tǒng)推演下的水生態(tài)未來指標要素科學預測預報。形成實體預警閾值模型體系，實現(xiàn)指標數(shù)據(jù)集約化管控，有效掌握水質預警信息。關聯(lián)標準化模型預警流程，強化預警信息的多渠道分發(fā)，保障目前受眾預警信息接收的及時性、有效性。結合遙感數(shù)據(jù)的智能建模，實現(xiàn)河道周邊林草健康、土地利用入侵等的及時監(jiān)測，有效保證水生態(tài)環(huán)境健康穩(wěn)定發(fā)展。

05

航河道科學管控

    基于水利系統(tǒng)仿真能力、水利語義實體融合的有效支撐，在航河道物理數(shù)據(jù)底座之上，進一步面向航河道數(shù)據(jù)的深度集成融合挖掘，仿真推演空間場景下的深度業(yè)務實體要素。實現(xiàn)地形沖淤對比分析、三維地形動態(tài)演變分析、水流流場動態(tài)分析，實現(xiàn)二三維電子航道圖數(shù)據(jù)無縫銜接融合，提升場景即視感�；�于業(yè)務模型的深度仿真推演，優(yōu)化整治建筑物損毀分析、河道地形等深線輔助分析。通過對相關航河道語義實體業(yè)務數(shù)據(jù)與系統(tǒng)仿真的推演結合，為航道的智能化建設、智慧化管理提供重要技術保障。

水利數(shù)字孿生底座產(chǎn)品創(chuàng)新點

    01 數(shù)據(jù)全周期能力擬合，提升數(shù)據(jù)質量

    整合及嵌入數(shù)據(jù)生產(chǎn)、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)質檢的標準化范式，建立面向數(shù)據(jù)多過程的并行分治能力體征，健全面向水利實體要素的自主辨識度。增強水利實體要素的定義項優(yōu)化完善，分割被定義項的同質性，促進面向水利數(shù)據(jù)實體語義化能力模型建設。打通面向水利要素數(shù)據(jù)的“生產(chǎn)-治理-管理-融合-應用-更新”全生命周期的多過程迭代更新。

    02 重新定義數(shù)據(jù)融通，強化數(shù)據(jù)應用

    水利數(shù)據(jù)底座通過糅合新型基礎測繪的實體語義理念，建立面向新時代水利建設需求的技術模式，深入嵌套水行業(yè)多業(yè)務專項業(yè)務模型，實現(xiàn)水利要素數(shù)據(jù)的“可管、可識、可用”。橫向拓寬水利數(shù)據(jù)的應用尺度，縱向拉伸水利實體要素的應用維度，提升數(shù)據(jù)要素的行業(yè)業(yè)務屬性賦能及價值。

    03 模型系統(tǒng)仿真，強化業(yè)務全過程決斷

    建立水利系統(tǒng)仿真為能力核心的機理模型與仿真引擎的融合模型，驅動實現(xiàn)面向水利系統(tǒng)工程多專項業(yè)務分析下的水利模型的統(tǒng)一集成求解，進一步深化計算層耦合�；�于一體化的“嵌套-耦合-計算-仿真”模式，削減模型計算、模型結果數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)轉譯、仿真渲染建模、仿真引擎結果數(shù)據(jù)渲染等系統(tǒng)仿真全過程多時段損耗，保障仿真決策及應用實時性，推進水利分場景全過程“及算、及仿、及演”體系能力構建。

結束語

    數(shù)字孿生作為水利新時代數(shù)字化管理理念及新型基礎設施是智慧水利建設的核心與關鍵。然而，在推進數(shù)字孿生水利系統(tǒng)的建設過程中，面臨著一系列技術挑戰(zhàn)，主要包括時空海量數(shù)據(jù)治理管理及應用、數(shù)據(jù)安全、軟硬件國產(chǎn)信創(chuàng)、仿真推演實時性等問題。泰瑞數(shù)創(chuàng)通過構建SmartEarth水利數(shù)字孿生底座產(chǎn)品體系，實現(xiàn)對水利時空數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結構化、結構語義化、語義場景化、場景孿生化、孿生資產(chǎn)化、資產(chǎn)要素化的迭代升級，將有效賦能新時代水利新質生產(chǎn)力建設，夯實新型基礎設施的支撐能力，高效賦能水業(yè)務智慧化升級、智能化應用。

    數(shù)字孿生水利標志著水利現(xiàn)代化的新篇章，泰瑞數(shù)創(chuàng)在水利行業(yè)中將持續(xù)發(fā)力，通過不斷創(chuàng)新技術體系、不斷深耕水利業(yè)務、不斷提升本體能力，致力于向數(shù)字孿生水利建設提供卓越產(chǎn)品與服務，滿足多元化需求，為實現(xiàn)國家的數(shù)字化轉型和智能化升級目標作出積極貢獻，為推動人水和諧的水利新局面而不斷努力。

    更多SmartEarth數(shù)字孿生底座產(chǎn)品V5.0跨界融合內(nèi)容，將于6月18日在北京舉行的“2024數(shù)字孿生賦能實景三維中國建設研討會”上正式亮相。掃描下方二維碼，立即報名參加，我們期待您的參與。