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划重点!水利部明确2025年建成七大江河数字孪生流域

发布日期:2022-01-15 

    水利部推进数字孪生流域建设

    近日,水利部印发了《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》(以下简称《指导意见》)、《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》,还同步印发了《智慧水利建设顶层设计》、《“十四五”智慧水利建设规划》,系列文件明确了推进智慧水利建设的时间表、路线图、任务书、责任单。

划重点!水利部明确2025年建成七大江河数字孪生流域

    《指导意见》指出,推进智慧水利建设是推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一,需要按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求,以数字化、网络化、智能化为主线,以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径,以构建数字孪生流域为核心,全面推进算据、算法、算力建设,加快构建具有预报、预警、预演、预案(以下简称“四预”)功能的智慧水利体系。

    《指导意见》要求,到2025年,通过建设数字孪生流域、“2+N”水利智能业务应用体系、水利网络安全体系、智慧水利保障体系,推进水利工程智能化改造,建成七大江河数字孪生流域,在重点防洪地区实现“四预”(即预报、预警、预演、预案),在跨流域重大引调水工程、跨省重点河湖基本实现水资源管理与调配“四预”,N项业务应用水平明显提升,建成智慧水利体系1.0版。

    《指导意见》提出了推进智慧水利建设的主要任务:一是建设数字孪生流域,包括建设数字孪生平台、完善信息基础设施。二是构建“2+N”水利智能业务应用体系,包括建设流域防洪应用、建设水资源管理与调配应用、建设N项业务应用。三是强化水利网络安全体系,包括水利网络安全管理、水利网络安全防护、水利网络安全监督。

    数字孪生流域

    数字孪生流域是以物理流域为单元、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活动全过程的数字化映射、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。

划重点!水利部明确2025年建成七大江河数字孪生流域

    建设数字孪生流域是水利部一项重大的决策部署,水利全系统全行业要提高站位,迅速行动,把思想和行动统一到水利部党组的决策部署上来,以时不我待的使命感、责任感、紧迫感,大力推进数字孪生流域建设,为新阶段水利高质量发展提供强有力支撑和驱动。

    此前,在水利部召开的推进数字孪生流域建设工作会议上,长江委、黄委等流域管理机构和地方水利部门 7家单位在会上做了典型发言。本文,数字冰雹带大家一起细读7家单位对推荐数字孪生流域建设,提出了哪些指导意见指导。

    一长江水利委员会

    积极谋划数字孪生流域建设

    一是开展数字孪生专题调研,举办“数字孪生与水科技创新”论坛,交流技术经验,学习成功案例,加快数字技术与水利业务深度融合。

    二是启动试点工作,选取三峡库区、汉江流域、澧水流域以及行蓄洪空间作为试点,开启数字孪生长江试点建设,全面梳理算据、算法、算力等需求,建立数据底板等标准体系,积极探索数字化场景、智慧化模拟、精准化决策的应用。

    三是将数字孪生流域建设纳入《长江委推动新阶段水利高质量发展工作方案》《强化长江流域治理管理工作方案》等重点工作内容,保障工作持续推进。

    不断夯实数字孪生流域数据底板

    一是初步形成了综合监测站网。集水文、水环境、水生态等于一体的综合监测站网基本形成,截至2020年,流域内已建成各类站点3万余个。

    二是整合形成了中心数据库。凝练了集江河湖泊、水利工程、水利管理于一体的水利数据模型,整合形成了47类270余万个对象的基础信息、技术成果和管理资料数据库。

    三是精心打造了一张图。将管理过程全要素信息体现在一张图上,在近年来的流域规划,水工程联合调度,河湖保护管理等监督和核查工作中发挥了实效。

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    四是抓紧补齐短板弱项。积极推进长江流域全覆盖水监控系统和水工程防灾联合调度系统前期工作,进一步提高水利感知、数字化映射、全要素数字化场景构建能力。

    努力突破数字孪生流域重点领域

    一是成功解耦模型计算功能。将模型计算功能从调度系统中剥离出来,提升为面向机理模型和智能模型的通用服务平台。

    二是初步实现智能业务融合。融合机器学习技术,初步实现了历史相似雨洪智能分析、预报结果实时智能校正、调度方案智能推荐等突破。

    三是努力打造知识图谱平台。引进知识图谱技术,建立调度对象、调度目标间的图谱关系,初步形成了调度规则库。

    四是不断完善“四预”应用体系。以提升水旱灾害防御和水资源调配能力为突破口,开展预报、预警、预演和预案等联合研究,助力实现去年流域性大洪水防御的全面胜利和今年汉江秋汛防御、丹江口水库首次蓄满的双胜利,为全面构建“四预”应用体系奠定了基础。

    二黄河水利委员会

    夯实用好已有工作基础

    黄委信息化建设起步早,2001年“数字黄河”工程建设以来,相继开展水量统一调度系统、国家防汛指挥系统等项目建设,研发黄土高原土壤侵蚀、黄河下游河道水沙演进等数学模型,初步构建了“黄河一张图”、视频监控系统和数据中心等。“三条黄河”联动应用,初步形成科学决策场,为保障流域防洪安全和供水安全、维护黄河健康生命提供了有力支撑。在今年秋汛防御中,各系统平台、数学模型及信息化设备为应对复杂汛情、实现多重防御目标发挥了关键作用。“数字孪生黄河”是“数字黄河”的升级版,两者在建设目标、实现路径上脉络相通,黄委将结合新形势新要求,把数字黄河建设成果和经验运用到数字孪生黄河建设的实践中去。

    统筹推动数字孪生黄河建设

    一是成立领导小组。成立以黄委主要负责同志为组长的数字孪生黄河建设领导小组,加强组织领导,下设办公室承担日常工作、负责协调落实;从机关部门和委属单位抽调技术骨干,组建工作专班,集中开展工作。

    二是加快开展顶层设计。在水利部统一部署下,提出总体思路和概念性设计,以委内业务部门和技术支撑单位为主,广泛吸纳重点高校、科研院所和信息化企业参与,基本完成规划编制。

    三是研究相关标准规范。在水利部标准规范基础上,研究制定数字孪生黄河技术规范、标准体系和管理办法等,增强科学性、系统性和协调性。

    四是强化全委信息化项目统筹。数字孪生黄河建设领导小组对全河信息化项目的功能定位、技术路线、成果质量等进行审核把关,确保与数字孪生黄河建设总体目标协调衔接。

    抓好重点项目尽快取得实效

    一是加快水文水资源站网和监测预报能力建设,加快实施黄河流域全覆盖水监控系统建设、引黄涵闸取水在线监测能力建设、已建水利工程智能化改造等项目,构建数字化场景。

    二是充分发挥黄河实验室等创新平台作用,针对重点难点问题组织技术攻关。围绕防洪防凌、水资源管理与调配等主要业务,研发和改进相关数学模型,通过原型黄河全要素的数字化映射,实现智慧化模拟。

    三是改造升级现有防汛指挥决策及水量调度系统,推进相关应用系统建设,加快构建具有“四预”功能的“2+N”智能协同应用体系,为实现精准化决策奠定基础。

    三安徽省水利厅

    需求牵引,不断夯实水利信息基础设施

    一是基本建成水利感知网。安徽省共建成水文、水资源、视频等监测(监视)站点2.18万余个,基本实现了对重要防洪工程和防汛现场的实时监视,特别是水库雨水情自动测报实现100%全覆盖;积极与省委军民融合办对接,设立了高分辨率对地观测系统安徽水利中心,推动“通信—导航—遥感”一体化在全省水利行业中的应用和发展。

    二是逐步延伸水利信息网。水利网络化不断提升,网络安全防护体系不断完善,水利专网覆盖延伸至县级,高清视频会议系统延伸至乡镇;推进淮河流域、淠史杭灌区等工控网建设,统一远程工程监控调度。

    三是初步建立水利云平台。建立了安徽省统一的水利大数据中心和水利云计算平台,为智慧水利提供“算力”支撑,建立“两地三中心”的同城和异地灾备,实现水旱灾害防御、水资源管理、河长制等业务应用系统省级部署、省市县三级应用。

    数字赋能,初步搭建数字孪生平台

    一是初步建成数据底板。初步建成安徽省水利普查、水库建档立卡、取水户“一户一档”等基础数据库;实现安徽省小型水库、中小河流、非农业取水口、中型以上泵站实时监测全覆盖;建成了安徽省水利一张图,建立多尺度、多分辨率水利专题空间数据库,汇集重要水利工程、河湖划界等数据,初步建成安徽省水利数据底板。

    二是逐步构建业务模型。依托“数字长江”“数字淮河”“山洪灾害”等项目建设,构建大别山区四大水库与淠河联合调度模型、山洪灾害预警模型、水资源取水超限预警模型、长江崩岸预警模型、响洪甸水库洪水预报模型、智能语音调度模型、引江济淮工程BIM模型等,支撑水旱灾害防御与水资源管理与调配智能应用。

    三是不断完善知识平台。基于水利大数据中心,初步构建水利对象关系族谱,为知识平台提供支撑;建成安徽省超标洪水防御预案库和调度推演库、防洪调度方案库、淮水北调水量调度方案库等,开发山洪灾害防治在线教育平台,实现水旱灾害防御知识专家视频培训及电子资料查询等功能。

    提升能力,推进“十四五”数字孪生流域建设

    一是开展顶层设计,规划试点先行。开展安徽省智慧水利顶层框架设计,推进淠史杭“数字灌区”、防汛“三大系统”等项目数字化、网络化、智能化建设,谋划开展淠河流域、巢湖流域、秋浦河流域等数字孪生流域试点建设。

    二是夯实数据底板,构建数字化场景。加强水库安全监测数据采集,汇聚农村饮水安全、水利工程工情等监测数据,加强与“数字江淮”对接,拓宽跨行业数据共享,为数字化场景提供数据支撑。

    三是增强模型能力,开展智慧化模拟。构建专业化、可视化、智能化模型,建设水利数字模拟仿真引擎,支撑“预报、预警、预演、预案”模拟分析,实现物理流域和数字孪生流域在预演中相互印证、融合、完善,为智慧化模拟提供有力保障。

    四是丰富知识平台,支撑精准化决策。完善专家经验库、历史场景模式库等内容,逐步丰富知识平台,在防洪调度、水资源管理与调配、水生态过程调控等预演基础上,生成决策建议方案,为即时和精准决策提供支撑。

    四福建省水利厅

    着眼新要求,夯实“三算”基础

    一是构筑算据基础。建设数字水安工程、小流域监测预警、水利一张图、高清视频会商系统,实现视频监控直观可视、海量数据有机融合、会商部署直通县乡村。

划重点!水利部明确2025年建成七大江河数字孪生流域

    二是提升算力水平。建设IPV6水利专网,实施网络安全防护工程,把所有系统整合上“云”,支撑水利业务高效协同。

    三是创新算法应用。全面落实智慧水利先行先试,训练应用遥感视频智能算法,研发应用水资源预报调度模块,推广应用流域洪水演算模型,提升智能化水平。 

    瞄准新目标,打造智慧平台

    一是线上建设数字孪生智慧系统。全省共建、数据共享,整合优化现有17个业务系统,对外建设宣传展示、服务公众的便民窗口,对内建设指挥决策、调度监管的辅助平台。

    二是线下建设水土保持科教园。弘扬“长汀经验”,展示水利成就,擦亮福建名片,建设科研试验、合作交流、科普宣传、普法教育、水情教育、水文化推广的基地,打造水网规划、“数字水利”、防洪减灾的演示窗口,面向社会开放共享。

    落实新举措,推动项目落地

    一是共建:省级做好顶层设计,搭好总体框架,市县分级分块定制开发,上下联动,协同推动。

    二是共享:统一全省水利数据标准,把省市县所有数据、相关部门涉水数据汇聚到水利大数据中心,实现信息互通资源共享。

    三是共用:省市县涉水事务在平台上处理,工作成效在平台上展示,群众关心的问题在平台上解决,推动实现全系统在平台上映射。

    四是共管:省级建章立制,定期表扬先进、推广经验,及时通报问题、推动整改,合力优化平台,落实网络安全联防联控。

    五山东省水利厅

    小清河是鲁中地区重要的排水河道,水系复杂。2019年汛后,山东投资2.5亿元开展数字孪生流域建设,探索构建具有预报、预警、预演、预案功能的流域智慧水利体系。

    基本建成流域数字场景

    以物理流域为单元、数字地形为基石、干支流水系为骨干、水利工程为重要节点,建设覆盖全流域的三维数据底板,包括流域数字场景、河道精细数字场景、重点水利工程实景模型以及BIM模型四个部分。对流域内11个排涝泵站及干线、分洪道27个控制闸站进行远程监控调度,整合集成小清河流域重点工程、关键断面现有视频监控站点和闸门开度监控实时数据信息,形成一套覆盖全流域的监测感知体系。同时,依托GIS+BIM平台,融合62处重点水利工程BIM模型,将基础地理数据、水利基础数据、监测感知数据、业务管理数据、跨行业共享数据进行了整编上图,构建了小清河流域“一张图”和数字孪生流域可视化平台。

    初步实现智慧化模拟

    整合融合小清河流域地理信息、206个实时水情监测信息、实时气象信息,形成对流域内预见期降雨、河道水位、流量等情况的有效预报。针对不同演算模型,设置相应洪水预报方案,以自动或交互模式实现洪水预报计算及分析。依托三维数字场景对流域内8座水库入库流量、库水位以及河道进行洪水演进,构建57处断面的预报方案,基本形成对流域内预见期降雨、河道水位、流量等情况的有效预报。对49处位移监测断面、23处渗压监测断面进行实时智能安全监测和堤防安全预警,同时对洪水到达、淹没情况进行预警,展示洪水预报成果和防洪调度成果。

    探索智慧流域建设方向

    在小清河数字孪生流域建设中,前瞻性地探索了虚拟现实、增强现实等信息技术在水利工程综合管理业务中的应用。利用AR、VR技术,结合水利专业模型、可视化模型和数学模拟仿真引擎对部分重点工程开展了数字孪生的先行试验建设,探索在数字空间对水利工程管理活动的全息智能化模拟,实现数字孪生流域与物理流域实时同步仿真运行,建设基于监测信息感知、信息高效传输、险情诊断、防洪形势研判、防汛决策与行动支持的全链条小清河流域防洪减灾智能化指挥系统,为未来智慧流域建设提供前期准备。

    六广东省水利厅

    筑牢“算据”基础,有力支撑数字孪生流域建设

    广东省建成由2万多个站点组成的水利感知监测体系,依托省数字政府政务云“算力”中心,汇总各类监测要素至广东水利大数据中心,夯实数字孪生流域“算据”基础。率先应用全流域精细化分布式数值预报技术,流域水文要素自动测报率达80%。200平方公里以上的270条中小河流洪水预报时效达2小时,测报能力居全国前列。积极推行北斗卫星、物联网等新型感知监测技术及5G通信技术应用,国内首创通过“无人机+水文船”完成约2000公里流域水陆地形、地貌和水流态测量和建模。

    深化“四预”算法,科学调度防御流域水旱灾害

    预报预警方面,聚焦江河洪水和暴雨山洪两大风险,构建流域洪水演进分析数字化场景,实现洪水时空演进过程直观化展示。运用气象无间隙精细化预报,将山洪灾害风险场景从“监测预警”提升至“预报预警”。2020年6月“龙舟水”惠州市永汉河中下游超标洪水和清远市源潭镇赤狮坑村山洪地质灾害,均提前发出风险预警,实现人员“零伤亡”。

    预演预案方面,去年以来广东省东江流域遭遇历史罕见旱情,通过建立一地一策旱情指标体系,依托水资源管理系统开展流域区域水量供需平衡推演分析,精细控制东江流量,对流域内三大水库实施“日调度”,对东江水利枢纽实施“时调度”,有效保障粤港两地供水安全。 

    强化“数智”融合,一网统管提高流域统筹治理

    流域数据实现“一屏全览”,风险预警“一点即现”,协同指挥“一键通达”。流域江河洪水、暴雨山洪、水资源三条红线、病险水库等各类风险细化到区县,逐时更新,提示推送到人。河湖监管从“现场管理”到“线上管理”。运用数字孪生、大数据分析、视觉AI、知识图谱等先进技术打造河湖天空地一体化监管体系,大面积、高精度、高时效地对八类河湖典型问题进行监管,辅助全省8万多名河长、400多名湖长实现在线履职,河湖“四乱”问题基本实现遥感自动分析、多级协同监视、在线复核处理。

    七浙江省嘉兴市水利局

    搭建数字孪生场景,夯实智慧水利支撑底座

    一是将跨部门、跨区域的降雨、水位、潮位、流量、工情、视频六大类数据全面汇集到政务云水利数据仓,实现全域数据归集,现已汇集4803个对象的静态数据和2.8亿条动态数据。

    二是通过遥感图、地形图、矢量图三图融合技术,搭建了嘉兴全域1004公里的行洪骨干河网数据底板。对杭嘉湖南排工程进行精细化建模,对长山河枢纽等5个南排口门工程通过在线感知监测系统实时反馈每一台水泵、每一扇闸门的运行状态,初步实现了嘉兴市水灾害防御物理世界与孪生场景的互相映射、实时联动。

    三是针对嘉兴水网特点,在太湖流域模型基础上建立“杭嘉湖—嘉兴—五县两区”逐级细化的水利模型,包括产汇流模型、河网水动力模型和大数据分析模型,结合数据底板构建嘉兴智慧水利大脑,开展数据分析,支撑水位预报、工程调度、风险预警等需求。 

    强化智慧研判,构建“四预”决策调度平台

    在预报方面,将5km×5km网格化气象预报成果与水情、工情相结合,通过模型分析,预测嘉兴西部、北部来水和东排、南排等边界水量交换情况,实现骨干行洪河道逐小时每2公里的精准化预报,延长预报期。

    在预警方面,系统自动分析并生成风险圩区、堤防的基础信息、重点保护对象、预估经济损失,结合基层防汛防台体系和易涝风险区人员分布情况,利用多元化信息发布机制,实现点对点风险预警。

    在预演方面,利用智慧水利大脑,模拟城防工程、南排工程在多种组合运用下骨干河道的洪峰到达时间、水位变化过程及圩区淹没情况,对多种调度方案的效果进行对比分析。

    在预案方面,依据调度方案对比分析成果,结合专家经验研判,形成不同等级响应状态下的水灾害防御预案,指导工程调度运行。

    推动机制重塑,实现水灾害防御共享协同

    一是按照“共建共享、互联互通”原则,建成覆盖市、县、乡镇三级政府部门共用的水灾害防御决策调度一体化应用,满足各级水灾害防御需求。建立市县水利工程一体化联合调度运行机制,实现防汛调度“业务重塑、流程再造”,达到防洪排涝效益最大化。

    二是面向治理端,构建嘉兴市水灾害防御决策支持移动应用,为应急、建设、交通航运等相关部门提供业务支撑;面向服务端,构建“嘉水在线”APP,为公众提供实时汛情信息,接收灾情险情上报。

    三是通过数字化、智慧化、精准化应用平台建设,全面提高了嘉兴市水灾害防御调度水平、全面发挥了水利工程防洪减灾效益、全面增强了洪涝灾害风险应对管理能力,实现了看水一张图、管水一平台、调水一盘棋。


    以上为转载原文

    数字冰雹智慧水利,助力数字孪生流域建设

    推进数字孪生流域建设,是贯彻落实习近平总书记重要讲话指示批示精神和党中央、国务院重大决策部署的明确要求,是适应现代信息技术发展形势的必然要求,是强化流域治理管理的迫切要求。

    数字冰雹作为数字孪生领域的代表企业,十余年深耕核心技术自主研发,在智慧水利建设领域,已有成熟解决方案。

    数字冰雹智慧水利数字孪生IOC系统,面向水利监督管理部门,支持整合水利各部门现有信息系统的数据资源,深度融合5G、大数据、云计算、AI、融合通信等前沿技术应用,将信息、技术、设备与水利管理需求有机结合,覆盖水利综合态势监测、水资源监测、流域气象水文监测、水库调度监测、梯级电站运行监测、防汛安全监测等多个业务领域,全面赋能用户业务应用,实现“智能感知、智能处置、智能考评、智能改进”,有效提升跨部门决策和资源协调效率。

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案例:三峡“流域梯级全景监控平台”

    数字冰雹为 三峡水利枢纽梯级调度通信中心 提供的“流域梯级全景监控平台”,是对用户防洪、航运、发电和生态等调度业务进行综合监管的核心平台。系统深度融合大数据、云计算、AI、融合通信等前沿技术应用,将信息、技术、设备与水利管理需求有机结合,规划设计了“流域气象水文监测、长江流域概览与防洪监测、梯级电站外送及运行监测、阶梯水库调度监测、系统信息流及安全态势监测”等多个主题,支撑用户对各个业务功能运转进行全面的运维与监控,推动水利综合业务精细化管理,提升科学化决策调度管理水平。

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