智慧方案基于數(shù)字孿生的智慧水利建設(shè)思路與實(shí)踐

基于數(shù)字孿生的智慧水利建設(shè)思路與實(shí)踐華為水利水務(wù)業(yè)務(wù)部總架構(gòu)師

劉二佳2021.06.11武漢內(nèi)涵與特征應(yīng)用場景總體架構(gòu)發(fā)展路徑1324預(yù)報預(yù)警預(yù)演預(yù)案感知

采集匯聚治理數(shù)字孿生驅(qū)動下的智慧水利：內(nèi)涵影響轉(zhuǎn)化物理外關(guān)部系環(huán)境關(guān)系智能交互+智能聯(lián)接+智能中樞數(shù)字孿生鏡像平面數(shù)字業(yè)務(wù)邏輯/規(guī)則

影響

轉(zhuǎn)化

邊界

約束物理

關(guān)系/規(guī)則虛體外部業(yè)務(wù)邏輯數(shù)字水利物理水利影響轉(zhuǎn)化物理實(shí)體數(shù)字虛體數(shù)字模型數(shù)字過程物理過程物理模型轉(zhuǎn)化影響影響影響轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化邊界約束

全域感知，實(shí)現(xiàn)由實(shí)到虛

智能操控，實(shí)現(xiàn)由虛控實(shí)

深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)自我優(yōu)化

更新迭代，實(shí)現(xiàn)流程再造數(shù)字孿生驅(qū)動下的智慧水利：特征模虛

映關(guān)智能交互+智能聯(lián)接+智能中樞數(shù)字孿生鏡像平面數(shù)字水利物

理水

利實(shí)

射系型

模型&AI知識貫穿和系統(tǒng)發(fā)展的成長能力=智慧水利精準(zhǔn)映射\虛實(shí)交互\智能干預(yù)

的數(shù)字水利

孿生場景問題導(dǎo)向按需孿生的場景水利數(shù)字化數(shù)據(jù)匯集和貫穿的集成融合數(shù)字孿生驅(qū)動下的智慧水利：構(gòu)成水利要素和業(yè)務(wù)數(shù)字化物理水利智慧化場景關(guān)系具象化業(yè)務(wù)邏輯智能化水利數(shù)據(jù)資源目錄數(shù)字孿生驅(qū)動下的智慧水利：數(shù)據(jù)價值水利數(shù)字孿生平臺水利數(shù)據(jù)交換共享平臺空間關(guān)系邏輯關(guān)系依存關(guān)系關(guān)聯(lián)關(guān)系轉(zhuǎn)化關(guān)系

數(shù)據(jù)融合三維結(jié)構(gòu)二維結(jié)構(gòu)時間

信息結(jié)構(gòu)決定價值數(shù)據(jù)價值N2傳統(tǒng)智慧水利新型智慧水利數(shù)據(jù)匯聚時間序列精準(zhǔn)360金剛石信息石墨空間5、一：國家水網(wǎng)一盤棋6、系統(tǒng)優(yōu)化：結(jié)構(gòu)關(guān)系、資源配置、外部干預(yù)

條件3、平臺賦能：模擬仿真、智能推演、知識驅(qū)動

4、場景構(gòu)建：可記錄、可分析、可計算，記錄

過去、現(xiàn)在及未來1、虛實(shí)映射：全域全要素數(shù)字化2、逼真渲染：視覺特效、AR/VR/MR

3、動態(tài)識別：主題、對象、邊界、狀態(tài)數(shù)字孿生驅(qū)動下的智慧水利：業(yè)務(wù)價值可用可思考可看虛實(shí)對應(yīng)精準(zhǔn)映射協(xié)同交互智能推演物理水利數(shù)字水利內(nèi)涵與特征應(yīng)用場景總體架構(gòu)發(fā)展路徑1324明亮雙眼(AI)鮮活血液(數(shù)據(jù))開發(fā)建設(shè)。手代表了智慧水利各類應(yīng)

用，在數(shù)據(jù)、AI等支撐下，

實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的智能化。水利數(shù)字平臺GIS/BIMIoT融合通信

大數(shù)據(jù)ROMAAI服務(wù)

公有云

私有云

混合云智慧水利業(yè)務(wù)全智能一圖全面感知一鍵輔助決策一體指揮聯(lián)動數(shù)據(jù)全融合通用平臺能力通用數(shù)據(jù)能力資源全云化云、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接（5G

等）要素全采集?光譜水質(zhì)分析儀

?

一桿通?AI視頻行業(yè)應(yīng)用智慧河湖基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)有線傳輸機(jī)器視覺和傳感是智慧水利

的眼睛，通過視頻、人工智

能等技術(shù)敏銳感知物理水循環(huán)的發(fā)展變化，獲取無處不

在的感知數(shù)據(jù)和視頻水利數(shù)

據(jù)。新型

傳感

設(shè)備AI視頻光譜水質(zhì)分析一桿通智慧大腦(IOC)運(yùn)營指揮中心是智慧水利

的大腦，作為智慧水利的

運(yùn)行監(jiān)測中心、指揮中心、分析決策中心.暢通經(jīng)脈(云網(wǎng))云網(wǎng)是支撐智慧水利的經(jīng)脈（神經(jīng)系統(tǒng)),統(tǒng)籌基礎(chǔ)的云網(wǎng)設(shè)施

，

支

撐

智慧水利應(yīng)用的數(shù)據(jù)是智慧水利的

血液

，血液的流動

連接大腦、手腳

，

表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的互聯(lián)

互通

，業(yè)務(wù)的跨部

門協(xié)同。理念牽引雨量/壓力/水質(zhì)/水情/工情……感知采集設(shè)備靈活雙手(應(yīng)用)架構(gòu)支撐視頻專網(wǎng)水庫管理防洪排澇53124F5G/5G知傳感用微波?

?

??

??物聯(lián)場景

聯(lián)動數(shù)據(jù)場景依賴DSM、

BIM、水下地形建設(shè)二三維+BIM融合的數(shù)據(jù)框架微觀數(shù)據(jù)框架航空、無人機(jī)遙感、高精度DEM、河道范圍等對特定區(qū)域精細(xì)化建設(shè)，

增補(bǔ)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)精度與更新周期的不足中觀數(shù)據(jù)框架遙感衛(wèi)星、

30m地形地貌、水文地質(zhì)對江湖湖泊、水利工程、水利管理活動等大顆粒度水利地理宏觀數(shù)據(jù)框架建設(shè)宏觀數(shù)據(jù)框架微觀層面

中觀層面宏觀層面視頻場景

軟感知場景孿生數(shù)據(jù)底座物聯(lián)場景++…指揮中心（大屏、中屏、小屏）?

水資源配置“一眼明”工程運(yùn)行“一”?

工程建設(shè)“一盤棋”

公眾服務(wù)“一站式”水利治理（智慧）?水旱災(zāi)害防御?

水資源集約安全利用數(shù)字孿生空間（孿生）?1個知識驅(qū)動中樞?1個孿生支撐中樞?1個基礎(chǔ)支撐中樞?1個數(shù)據(jù)融合中樞一網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)）?

通信網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)物理感知空間（感知）?取用水感知?

險情感知?災(zāi)情感知智能中樞空調(diào)一張全域立體感知網(wǎng)一個智能中樞安防網(wǎng)絡(luò)信號燈一張水網(wǎng)運(yùn)行

圖一鍵水利治理一鍵水利治理?水文感知?工情感知?管網(wǎng)感知?

水資源管理與調(diào)配?

江河湖庫生態(tài)治理一運(yùn)行圖險情感知水生態(tài)感知全域立體感知水情感知雨情感知

工情感知SDN5G/WiFi/NB-IoT墑情感知基站IOT內(nèi)涵與特征應(yīng)用場景總體架構(gòu)發(fā)展路徑1324應(yīng)用場景1：態(tài)勢感知——全域全要素盡收眼底流域綜合調(diào)度系統(tǒng)(水安全，水環(huán)境，

水生態(tài)）可編排決策分析片：雨情水情積水災(zāi)情工程調(diào)度調(diào)度效果……時間總指揮防御處工作人員流域機(jī)構(gòu)工作人員時刻1氣象態(tài)勢暴雨中心遷移流域水雨情時刻2工程險情潮汐態(tài)勢流域?yàn)?zāi)情時刻3……時刻n-1時刻n調(diào)度效果總體調(diào)度過程流域調(diào)度過程全市內(nèi)澇分布雨洪過程雨洪過程總體調(diào)度方案流域調(diào)度方案機(jī)理模型水務(wù)大數(shù)據(jù)內(nèi)澇/河道/水庫卡片應(yīng)用場景2：決策分析——動態(tài)推演，

因圖決策調(diào)度動態(tài)推演過程流域分析卡片氣象/潮汐卡片

應(yīng)用場景3：聯(lián)動指揮——事件驅(qū)動，

融合會商，

跟蹤閉環(huán)⑥ICP融合通訊/視頻現(xiàn)場監(jiān)視⑤應(yīng)急全景④組織保障①事件態(tài)勢②決策方案③指令跟蹤工程360度畫像

低風(fēng)險

中風(fēng)險

高風(fēng)險定期巡檢特別巡檢

風(fēng)險評估應(yīng)急處置應(yīng)用場景4：工程360畫像——安全監(jiān)管治河工程防洪排澇…大壩引水工程預(yù)警預(yù)警規(guī)劃階段數(shù)字世界規(guī)劃物理世界建設(shè)階段物理世界融合數(shù)字世界管理階段實(shí)時讀寫水利軟件定義水利一繪到底一干到底一管到底應(yīng)用場景5：水利工程規(guī)建管一體化業(yè)務(wù)閉環(huán)構(gòu)建建設(shè)監(jiān)管融合保障水利工程落地逐步實(shí)現(xiàn)多規(guī)融合提高規(guī)劃管控能力物理空間虛實(shí)交互提高水利治理效能建設(shè)實(shí)施BIM施工圖審查建設(shè)監(jiān)管工程經(jīng)濟(jì)監(jiān)測工程狀態(tài)監(jiān)測BIM規(guī)

劃編制發(fā)改業(yè)務(wù)審批竣工驗(yàn)收審批BIM施

工報建BIM規(guī)

劃報建規(guī)劃業(yè)

務(wù)審批工程

生態(tài)

監(jiān)測工程

智能

管理視頻監(jiān)控調(diào)度

蓄滯洪區(qū)水文監(jiān)測降雨監(jiān)測河道水文監(jiān)測調(diào)度流量監(jiān)測湖泊監(jiān)測調(diào)度水位監(jiān)測雨水、污水井狀態(tài)監(jiān)測洪峰出現(xiàn)時間排水管道狀態(tài)監(jiān)測風(fēng)險排查指揮調(diào)度低洼積水，注意安全●●●●洪水預(yù)報、預(yù)演

（機(jī)器建模、機(jī)器學(xué)習(xí)）分析預(yù)測實(shí)時：秒級風(fēng)險排查、實(shí)時預(yù)警

及指揮調(diào)度（雨洪、洪水、海綿城市、海嘯）BIM

+

物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測+水動力/水文產(chǎn)流模型大數(shù)據(jù)模型應(yīng)用場景6：

防洪“四預(yù)”實(shí)時預(yù)警（視頻、傳感）●T+0hT+2hT+6hT+16h普通場景

1、人為舉報，視頻排查2、現(xiàn)場溝通、取證、了解情況3、協(xié)調(diào)部門處理事發(fā)T+0h

T+0.5hT+4h孿生場景應(yīng)用場景7：河湖監(jiān)管問題快速處置通過多元數(shù)據(jù)孿生技術(shù)，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，問題發(fā)現(xiàn)由被動變?yōu)橹鲃?，管理處置流程由現(xiàn)場變?yōu)檫h(yuǎn)程

，

由斷點(diǎn)處置變?yōu)槿鞒炭梢暬]環(huán)處置。融合視頻2、遠(yuǎn)程會商、調(diào)度、處置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（地形地貌建筑）事終智能模型（可視化調(diào)度、處置）1、視頻分析，主動發(fā)現(xiàn)知識庫數(shù)據(jù)物聯(lián)感知應(yīng)用場景8：水源地污染事件追溯，水資源配置調(diào)度預(yù)演污染溯源/擴(kuò)散模型分析水資源配置輔助決策污染監(jiān)測污染影響程度及范圍分析

灌區(qū)

監(jiān)測采集時間生態(tài)污染物類型污染物濃度風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測采集地點(diǎn)地理地形企業(yè)大氣氣壓污染溯源分析污染擴(kuò)散分析城市內(nèi)涵與特征應(yīng)用場景總體架構(gòu)發(fā)展路徑1324突破口當(dāng)前，要堅持需求牽引和價值導(dǎo)向，以需求迫切、基礎(chǔ)較好、潛力巨的應(yīng)用場景為突破口，在重點(diǎn)領(lǐng)域、重點(diǎn)環(huán)節(jié)率先實(shí)現(xiàn)突破，樹立一批典型模式和樣板長期性數(shù)字孿生是一套支撐數(shù)字

化轉(zhuǎn)型的綜合技術(shù)系統(tǒng)，技術(shù)在發(fā)展，應(yīng)用在深化，

體系在演進(jìn)，其應(yīng)用推廣

也是一個動態(tài)的、演進(jìn)的、長期的過程階段性數(shù)字孿生的出現(xiàn)是信息化發(fā)展到一定程度的必然性結(jié)果，數(shù)字孿生正成為描述、認(rèn)識物理世界的新型工具艱巨性數(shù)字孿生

=數(shù)據(jù)+模型+場景，行業(yè)在數(shù)據(jù)采集、模型積累、場景設(shè)計等方面存在諸多短板，成為制約數(shù)字孿生發(fā)展的瓶頸戰(zhàn)略高點(diǎn)實(shí)踐獲益戰(zhàn)術(shù)先行?2018

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