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数字孪生流域平台:数字孪生流域共享共建策略

发布时间:2023-12-21

编辑人:灵图互动

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自2021年起,我党明确提出要加快数字化建设发展,推动数字中国加速建设。在此背景下,水利部强调要构建智慧水利体系,以流域为单元提升水情测报和智能调度能力(水利部明确智慧水利建设目标:到2025年建成七大江河数字孪生流域)。为了响应这一号召,我国开始利用数字孪生技术,以流域河湖为对象,构建精准的数字化模型,即数字孪生流域建设。这项工程将成为未来一段时间我国水利建设的重点,也是实现水利现代化的重要途径。

数字孪生流域建设

数字孪生流域是水利建设中结合虚拟现实技术的创新概念。它以物理流域为单元,利用时空数据、数学模型和水利知识,对物理流域的全要素和水利治理、管理活动的全过程进行数字映射、智能模拟和前瞻预演。通过与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化,数字孪生流域能够实现对物理流域的实时监控、发现问题和优化调度。数字孪生水利建设不仅是当前水利建设发展的要求,也是以提质、增效、降本为核心的数字化整体建设的方向所在。通过数字孪生技术,我们可以更好地管理和利用水资源,提高水利治理效能,推动水利事业的可持续发展。

数字孪生流域可以被视为理流域在虚拟世界的“镜像”,它具备与现实世界物理流域完全相同的属性和要素。通过模拟调度虚拟模型,我们可以预见对实际流域进行调度后可能产生的作用和变化,从而以此作为参考辅助决策。三维模型是数字孪生流域的外表,展示物理流域的实时情况。数据监测是数字孪生流域的眼睛,展现物理流域的动态变化。业务规则是知识,智能模型是大脑,基于AI人工智能系统,围绕业务规则,对收集到的数据进行自主整理和分析,进而对现实世界水旱灾害防御、水资源优化配置及其他各类水行政管理提供决策辅助。同时,数字孪生流域还具备灵活的交互功能,能够让水利业务的实际应用进行可视化的呈现。

数字孪生流域建设内容

数字孪生流域建设包括数据底板、模型平台、知识平台三大板块。

1.数据底板

作为数字孪生流域的核心,数据底板负责全面、快速地汇集各种数据,构建一个能够全面掌握流域涉水信息、实现信息智慧化联动展示的数字孪生体。

数字孪生的关键特征之一是多源异构数据融合,数据是最基础,也是最核心的要素。“多源”指数据来源多种多样,江河湖泊、水库、水电站、灌区、引调水工程、监测站点等不同管理对象均是数据的来源。“异构”指不同管理对象所采用的数据格式不一定相同,尤其是不同地域的不同管理对象往往采用不同的管理系统,因此会导致数据格式有所不同。而经由数字孪生水利系统对物理流域中的各种管理对象进行数据采集和上传,数据底板能够整合不同部门和行业的不同格式的数据,以统一的形式呈现,从而在同一系统内实现水利综合运营态势的一屏管控。

2.模型平台

数字孪生流域的模型平台依托于模型云算法库、知识库等技术基础,能够及时发现问题,启动相关业务分析处理,监督执行情况,实现监管方案的结果跟踪、综合比对与分析评价。

数字孪生的特性在于可以实现物理实体对象和虚拟世界数字对象之间的映射,包括模型、行为逻辑、动态变化等各个方面。数字模型能够将现实世界的场景和事物进行高精度的还原,通过数字孪生流域模型即可洞悉现实物理流域的方方面面。对于业务调度和参数调整,也能够在虚拟模型中预先模拟出变化和结果,并通过动态图形信息进行展示,从而为水利运营和指挥决策提供直观的推演和参考。

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3.知识平台

知识平台是数字孪生流域的重要组成部分,针对各业务、区域提出的需求,根据所涉及的相关业务,构建综合分析、协调处置和智能决策的数字孪生体。知识平台能够实现服务于流域综合管理的协同支撑,提升监管效能。通过知识驱动的决策支持,知识平台可以为决策者提供更加准确、全面的信息和支持,推动水利事业的可持续发展。

数字孪生流域的重要一环是利用AI人工智能进行辅助决策,而专家知识则为AI人工智能提供理论支撑。数字孪生流域支持正向智能推理和反向溯因分析,通过对海量多样的专家知识和相关数据进行智能关联和分析挖掘,并以可视化的方式将数据和内容呈现为业务人员熟悉的图形和语言。此外,基于实时采集的数据,AI人工智能能够实时预测和报警水灾、干旱、洪水等自然灾害。自动整理和分析数据并呈现结果,最后由运营人员根据结果做出决策。

随着跨境流域的水资源管理需求的日益增长,数字孪生流域可以促进跨界合作和协同发展。数字孪生流域不仅是一个技术平台,更是一个促进跨界合作和协同发展的平台。通过数字孪生技术,不同国家和地区可以共享水资源信息,共同应对水资源挑战,实现跨界合作和协同发展。

数字孪生流域的智能化决策支持,依托于人工智能和大数据技术的不断发展,可以更加精准地预测旱涝等自然灾害的发生趋势,提高水利水务系统的运行效率,降低运维成本。同时,基于数字模型,生态保护和可持续发展理念的落实将更加直观,绿色水利建设的推行将更加顺利,促进人与自然和谐共生。数字孪生流域的建设将成为未来水利发展的重要方向,为推动新阶段水利高质量发展提供有力支撑。

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