水利信息化工作简报2023年第3期(总第207期)

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数字孪生流域建设先行先试工作专题

(第6期)

  按:2月,中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》,提出“构建以数字孪生流域为核心的智慧水利体系”。1月,全国水利工作会议召开,李国英部长在会上指出:统筹建设数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程,构建具有“四预”功能的数字孪生水利体系。2月,王道席副部长调研指导黄河流域数字孪生水利建设工作。 

  1.中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》。《规划》提出,到2025年,基本形成横向打通、纵向贯通、协调有力的一体化推进格局,数字中国建设取得重要进展。《规划》指出,要全面赋能经济社会发展。建设绿色智慧的数字生态文明。推动生态环境智慧治理,加快构建智慧高效的生态环境信息化体系,运用数字技术推动山水林田湖草沙一体化保护和系统治理,完善自然资源三维立体“一张图”和国土空间基础信息平台,构建以数字孪生流域为核心的智慧水利体系。

  2.全国水利工作会议部署数字孪生水利建设2023年工作。1月16日,全国水利工作会议召开,李国英在讲话中指出:大力推进数字孪生水利建设,支撑保障“四预”工作。数字孪生水利是水利高质量发展的重要标志。按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求,统筹建设数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程,构建具有“四预”功能的数字孪生水利体系。加快构建数字孪生流域。全面完成94项先行先试任务。建成50万亿次双精度浮点高性能算力资源。建成覆盖省级以上水利部门的数字孪生流域资源共享平台,实现跨层级、多业务、多方式共建共享。实现水利关键信息基础设施和13个重要信息系统数据安全防护。推进数字孪生水网建设。编制数字孪生国家骨干水网建设方案,全力推进数字孪生南水北调工程建设。把数字孪生水网作为省级水网建设重要内容,第一批省级水网先导区数字孪生水网建设要取得标志性成果,并应用于水量调度实际工作。积极推进市县等层级数字孪生水网建设。加快建设数字孪生工程。基本建成数字孪生三峡、小浪底、丹江口、岳城、尼尔基、江垭、皂市、万家寨、南四湖二级坝、大藤峡、太浦闸等重点工程。开展工程安全实时监测、智能快速调度、远程安全集控、多维场景耦合计算与展示等技术攻关。实施已建工程智能化改造。加快推进建筑信息模型(BIM)技术在水利工程全生命周期运用,强化数字赋能水利工程运行管理,全面管控致险、承险、防险要素。构建水利智能业务应用系统。建成多源空间信息融合洪水预报系统、高精度河流水系分区雨水情预报模型,增强流域水工程防灾联合调度能力,基本实现大江大河重点防洪区域“四预”业务功能。推进全国取用水平台整合,建设生态流量、水量分配监测预警系统,实现140条河湖的230个重要断面生态流量监测预警。整合水利工程建设管理、水利工程运行管理系统,持续拓展水行政执法、河湖监管、节水管理、水土保持、水文管理等业务应用。 

  3.王道席副部长调研指导黄河流域数字孪生水利建设工作。2月4日,王道席副部长在黄委主持召开座谈会,分别听取了黄委、小浪底水利枢纽管理中心关于数字孪生水利建设情况及下阶段推进计划的汇报,现场观看了有关业务应用成果展示。王道席对黄委、小浪底管理中心在贯彻落实水利部党组安排部署,推进数字孪生水利建设方面取得的阶段性成效给予肯定,并就做好下一阶段工作进行再动员、再部署、再落实。他指出,要强化需求意识和应用意识,按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求,加强沟通联动,强化“四预”功能,支撑强化流域治理管理。要强化先行意识和标杆意识,着眼“走在前列”进一步提升工作标准,敢于先行先试,勇于担当作为,以实际行动和有力措施打造数字孪生水利建设标杆。要强化时间意识和节点意识,对照既定目标任务,细化工作举措,强化要素保障,严格按照时间节点持续推动项目建设。要强化前沿意识和开放意识,紧密跟踪信息化前沿技术发展动态,采取“以我为主、博采众长”的技术路线,推进先进技术与数字孪生水利建设深度融合。要强化责任意识和纪律意识,做到思想认识到位、责任举措到位、工作落实到位,保持清正廉洁,筑牢拒腐防变底线。 

  4.中国水利学术大会智慧水利·数字孪生分会成功举办。中国水利学术大会智慧水利·数字孪生分会于2月16日-17日在南京举办,分会围绕“建设数字孪生流域,提升水安全保障能力”主题,安排了22个特邀报告、主题报告和案例分享。张建云院士以视频方式作《郑州7.20暴雨洪涝几个水文问题的讨论》报告;水利部信息中心蔡阳主任作《数字孪生水利建设中应把握的重点和难点》报告。有关专家作《大数据驱动的智慧水利建设关键技术探讨》《数字孪生水利工程关键技术研究与探索》《数字孪生与水文监测现代化》等报告。 

  5.任务实施进展。部信息中心印发《数字孪生流域可视化模型规范(试行)》,开展全国水利一张图与数字孪生流域资源共享平台、数字孪生平台原型系统的整合集成,研究推进水利专业模型集成工作;推进河网水动力学网络建模平台部分功能完善,开展河网水动力学、调度等模块与多源预报平台的功能对接集成,开展卫星云图识别强对流云团自动预警算法模块研发;推进全国取用水管理平台建设,组织部平台与19个省级平台数据对接与测试,目前已从省级平台汇集监测计量点约27.5万个,水量数据2000余万条;以“一省一策”梳理超许可、超管控、漏缴税等六类监管数据产品技术路线;编制水资源监管业务“一张图”实施框架方案,推进生态流量系统开发;开展应用系统数据安全分类分级,编制水利部数据安全治理平台设计方案,印发《水利部网信办关于报送2023年水利网络安全责任人和数据安全责任人名录的通知》。长江委开展大数据信息平台中汉江流域实测及预报数据服务接入,进一步完善防洪闸门调度等专业模型,优化防洪调度策略推荐等功能。初步完成数字孪生汉江与数字孪生丹江口工程阶段成果集成,完成数字孪生汉江系统高性能引擎升级。黄委完成兰州河段三维数字场景构建,洪水泥沙演进模型研发多过程模型动态互馈实时校正技术,智能模型建设开展基于注意力机制的洪水智能预报模型研发,水文模型开展黄河三花间降雨径流模型参数格式标准化改造和冰凌数学模型数据预处理模块研发,编制完成防凌会商预演系统建设实施方案。淮委开展数据底板补充测绘、数据质量完善等,启动淮河洪水预报调度一体化主体功能在数字孪生淮河开发架构下融合、适配开发,进一步优化分布式水文模型、二维水动力学模型、水工程调度模型等耦合调用机制和三维展现效果,完善河系预报、预演计算业务逻辑,完善预报预警、人口转移、物资抢险等预案专题信息展现。海委完成各类数据资源调查梳理和数据资源目录完善,一维水动力学模型集成渲染,模型平台部署,完成引黄北干线一号洞、卢沟桥场景翻模,三家店及以下4km河道场景的翻模、水头演进等综合效果开发,可视化粒子效果、GIS自动部署框架搭建等,完成生态水量调度业务、防洪“四预”业务等接口开发。珠江委完成风暴潮预报数据接入,珠江流域防洪调度模型与枯水期水量调度模型开发、与防汛抗旱“四预”系统集成交互,进一步完善防汛抗旱“四预”功能,启动水资源管理与调配“四预”应用建设。松辽委完成嫩江流域L1级数据底板建设,补充完善嫩江干流L2级数据底板,正在开展月亮泡蓄滞洪区汉书闸BIM模型制作,完成基于可视化模型、模拟仿真引擎的全景数字嫩江平台防洪漫游功能开发以及“四预”展示模块原型设计,开展与防汛“四预”业务应用的集成接口开发,有关成果将用于2023年防洪调度演练。太湖局精修太浦河L2级数据底板及7个水利枢纽L3级数据底板,梳理业务应用功能完善清单,完善数字孪生太浦河“四预”决策支持系统。 

  三峡集团会同有关单位召开专题会议,讨论共建共享方案,研究布署2023年全面推进数字孪生三峡建设重点工作。南水北调集团惠南庄泵站完成标准库设计,现有业务系统的数据采集、接入及治理工作,完成1个典型场景的深化需求分析和原型界面设计工作;北延工程完成信息基础设施部分深化设计专家评审,搭建计算与存储以及云平台测试环境并测试;引江补汉工程迭代升级可视化模型,优化业务应用系统中与地质施工等BIM信息关联展示,升级工程数字化展示及BIM模型可视效果;洪泽泵站完成管理范围约1.6km2范围的L2级建模和部分设备的L3+级建模,智能调控系统、智能安全运行系统部分原型设计,调水历史方案、设备故障等知识收集抽取;中线水源公司初步完成大坝安全各专业模型接口对接,防洪兴利业务新增大坝闸门调度与开启、基于分区面雨量进行产汇流计算、汉江中下游行蓄洪空间交互调度等功能,对水质在线推演、态势预演、预案管理功能进行优化完善,完成库区巡查综合一张图升级、涉库建设项目管理、库区事件全生命周期管理等功能模块。澧水公司继续开展模型平台深化开发,针对一二维水动力模型优化、溃堤模型参数设置和调用过程进行动态配置,针对大坝安全分析预警、防洪兴利调度业务、库区巡查、生产运营管理应用开展功能开发。小浪底管理中心初步搭建数字孪生平台,完成大坝及泄洪建筑物L3级BIM建模、小浪底及西霞院工程L3级数字化场景搭建,构建数据治理平台,完成小浪底水库防洪调度、安全监测相关数据集成和治理,基本建成基于河道演进的潼关来水预报模型、防洪调度模型、库区一维泥沙冲淤模型,初步完成大坝变形三维数值分析预测模型、大坝安全分析预警数理统计模型研发,建成工程安全、防汛调度和泥沙分析业务应用,基本实现“四预”功能。万家寨公司全面完成信息化基础设施建设,完善提升数字孪生平台,BIM模型二期建设完成70%,迭代优化业务应用,对防洪调度、防凌调度、泥沙调度、大坝安全分析预警、库区综合管理、综合决策支持等六大业务应用进行迭代优化,进一步增强防洪、防凌、工程安全“四预”功能精准性可靠性。南四湖局继续对数据底板、水利模型、知识库等和应用进行丰富优化完善。漳卫南局初步完成在海委的系统部署,正开展防洪“四预”功能完善,水资源管理与调配业务建设有序推进,项目总体完成度70%。大藤峡公司持续完善数字孪生平台,深入梳理防汛与水量调度“四预”平台技术细节,开展库区岸线空天地立体监管系统、生产运营智慧管理系统需求调研、深化设计及原型开发,完成计算存储容灾设备、GPU高性能计算存储设备安装调试,基本完成泄流预警设施部署。尼尔基公司进一步细化孪生平台应用系统业务功能,优化防洪兴利智能调度系统和综合决策支持系统,完成网络安全、机房改造、工程安全监测等深化设计和施工图。苏州局数字孪生太浦闸平台初步建成,在相关配套支撑建设方面,控制室大屏建设完成,网络安全定级备案材料通过审核。 

  北京优化构建可视化甘棠闸、榆林庄的数字孪生场景,开展建立水力学专业模型库管理平台。天津开展数字孪生南水北调(中线工程宝坻引江供水工程)先行试点区DEM、DOM倾斜摄影基础数据外业采集、内业规整和数据建库,开展各类知识语义提取、知识推理、知识更新、集成应用等方面研究。河北开展数字孪生黄壁庄水库入库流量监测站点、水库大坝表面位移自动化监测、信息基础环境建设,开展数字孪生王村分洪闸数据底板建设,业务管理数据建设及配套信息化基础设施建设。内蒙古积极落实项目资金,推进立项工作。辽宁完成小型水库雨水情测报、大坝安全监测和视频数据汇集、治理,建设小型水库巡查监管和维修养护智能运管功能。吉林完成编制老龙口水库数字孪生水利工程建设可研报告编制并报审。黑龙江积极推进数字孪生关门嘴子水库项目实施工作。上海进一步完善数据底板与业务融合,初步完成知识平台基本功能搭建。江苏基本完成界牌、牛塘、奔牛枢纽、镇江凌塘水库等L3级建模,初步完成金鸡湖及周边建筑物、淀山湖圩区及重点站闸L2、L3级建模,构建吴淞江工程重点大孔闸BIM模型框架,完成太仓市区域供排水的供水预测、雨水溢流和河道污染扩散模型算法搭建,初步实现太仓市区域供水、污水和雨水应用场景四预;数字孪生水网(南通城区)整体软件开发基本完成,进入收尾、调试阶段。浙江完成钱塘江全流域功能研发,迭代全流域数据底板,完成兰江节点物联感知设备建设,迭代分水江节点预报调度一体化平台;迭代曹娥江流域防洪驾驶舱和工作平台功能,初步形成流域知识图谱;完成瓯江大溪水动力洪水预报等模型构建,瓯江防洪数字化应用通过等保测评;基本完成飞云江流域数据底板建设,开展系统更新迭代设计;完成杭嘉湖平原洪水淹没分析模型上线运行,初步完成试点区域市县一体化工程调度一体化应用场景开发;完成椒江朱溪水库和永宁江闸BIM模型建设,构建永宁江支流段水雨情监测等应用场景,完成朱溪水库数据综合分析等应用开发;基本完成金华横锦水库“大坝研判”等5个水利专业模型搭建。安徽完成数字孪生引江济淮建设5套标准规范编制及评审,数字孪生淠河建设L1、L2级数据底板数据收集与处理。福建完成九龙江北溪库区一维水动力模型、洪水预报模型建设,完成溪源水库BIM模型接入。江西数字孪生峡江水利枢纽工程完成数据底板、信息基础设施、工程安全管理、标准化管理、电排站远程控制建设;乐安河完成孪生场景动态标绘、水文气象数据模拟重现等功能。山东小清河数字孪生流域建设实施方案获得许可审批。河南按工作计划优化完善数字孪生贾鲁河数据底板和模型平台建设,持续推进业务系统平台建设。湖北完成EPC和监理项目部组建,积极推进项目建设。湖南欧阳海灌区水库防洪调度、水资源配置与调度、灌区抗旱管理等系统投入试运行。广东数字孪生东江全面开展数字化应用场景建设,构建流域水环境遥感反演模型;数字孪生北江完成银盏水库的1:2000比例尺倾斜摄影数据采集,初步构建韶关-英德一二维耦合水动力和北江干流洪水演进模型;数字孪生潭江进一步优化和完善降雨径流模型、风暴潮增水模型、潭江干流水动力水质模型以及水库群防洪防潮联合优化调度模型的集成及成果展示,开发预警预报、洪潮情势研判、预演预案等业务功能模块。广西落实数字孪生漓江2023年任务建设资金,积极推进项目建设。海南数字孪生万泉河可研告并报省大数据局审批。重庆继续对鹅公水库智慧工地、智慧建造系统进行优化,更新服务端模型轻量化转换器。四川琼江(遂宁段)完成L2级别流域整体数据底板构建;青衣江(雅安段)完成大兴等重点水电站L3级精细建模,知识平台河湖长制知识图谱搭建。贵州夹岩完成对大坝(含溢洪道、泄洪洞)等工程现状BIM模型优化完善,提高模型加载速度、优化人机交互界面。云南完成数据底板、水利专业模型建设,推进智能识别模型建设。西藏进一步优化拉洛枢纽运行状态三维可视化展示,对三维模型细部结构进行完善。陕西智慧水利一期实施方案报省政务大数据局,包含数据底板,支撑组件,数字孪生渭河、无定河、北洛河、泾河以及“2+N”业务板块。青海数字孪生湟水河全面完成水下地形测绘工作,初步完成倾斜摄影、激光雷达前期数据采集成果内业处理。甘肃初步完成数字孪生引洮供水工程调度模型和闸门上、下游联合调度模型构建,开展引洮供水二期工程软件开发集成及调试。宁夏按照水利部数字孪生灌区建设要求,编制完成宁夏青铜峡(汉延渠灌域)、宁夏隆德县渝河灌区2个数字孪生灌区实施方案。新疆头屯河数字孪生流域和数字孪生乌鲁瓦提水利枢纽信息化基础设施建设积极推进。新疆生产建设兵团完成数字孪生猛进水库建设实施方案编制、技术审查和批复。大连完成项目前期工作。宁波完成甬江分洪模型、天文潮和风暴潮模型研发并上线试运行,完成防汛业务应用开发;基本完成周公宅—皎口梯级水库库区水下地形等建设,完成梯级水库洪水预报等模型开发和洪水预报等应用场景开发。 

  6.取得成效。部信息中心制定的《数字孪生流域可视化模型规范(试行)》围绕自然背景、流场动态、水利工程、机电设备等四类模型的输入参数、展示样式和技术指标等要求对有关建设工作加以指导、规范和约束;实现生态流量监管“四预”在海委、河北的应用推广。黄委自主研发的基于断面数据的库区水下地形模拟技术,根据水下地形断面数据(多波束实测DEM和影像),提取插值段上下边三维点、水边线,控制插值形态,用程序自动化模拟库区水下地形,为洪水在河槽中的演进模拟、库区冲淤变化分析提供数据支撑。在“数字孪生万家寨”项目进行推广应用。淮委进一步优化防洪“四预”系统,深度融合了倾斜摄影、河道堤防、险工险段等关键基础数据和二维水动力模型洪水演进过程,为防洪提供了预报预警、人口转移、物资抢险等预案专题信息,对防洪“四预”系统实战化应用提供技术支撑。海委通过二维水动力模型,对2022年秋季全线通水方案进行复盘,完成了模型参数校正,模拟效果与实际吻合。太湖局通过太湖流域防洪规划数字信息平台建设,开展了太浦河L1、L2级数据底板的推广应用。 

  南水北调集团惠南庄泵站设计标准库逻辑模型,完成标准库建设并接入已有数据,调研形成“基于泵站运行状态评估辅助维护决策”场景的深化需求分析报告和设计原型界面;洪泽泵站开发的声纹AI、视频AI监测模型在南水北调洪泽泵站2022-2023年度调水进行应用,积累了泵站机组运行约3000台时的声纹和视频数据,实时对站前汇聚水草、站区人员行为等情况进行识别、预警,确率提升至78%。澧水公司依托数字孪生江垭皂市建设,拟投稿学术论文2篇,申请计算机软件著作权2项。小浪底管理中心工程安全和防汛调度业务初见成效,实现“四预”功能,中心在“2022中国水利学术大会智慧水利·数字孪生分会”上作题为《夯实算据、算法、算力基础、构建数字孪生小浪底“四预”体系》报告。万家寨公司防凌调度系统在2022-2023年度凌汛期进行应用,开展了凌情监视、凌情预报和凌情预演,实现凌情实时信息快速获取和集成展示、凌情特征日期自动预报、凌情发展过程仿真模拟。南四湖局形成二级坝闸泄量纠偏技术方案、南四湖防洪调度技术方案和二级坝调度仿真技术方案,申报9个软件著作权,1个发明专利已受理。漳卫南局实现所有试点断面监测点数据自动化传输,并在系统中进行接入展示。大藤峡公司利用防汛与水量调度“四预”平台开展水量调度预演,完成三次珠江委下达的水量调度任务,累计向下游补水5.2亿立方米,期间发布水量调度预警信息162条。尼尔基公司采用BIM自动编码程序针对建筑物码、空间码、专业码、系统码、构件码均进行扩展,采用模型轻量化技术,通过数据压缩及数据碎片化处理等方法,进行模型转换,轻量化模型导入数字孪生系统,保留原始比例、精度和单位,几何、属性信息完整无丢失,满足可视化场景流畅加载。苏州局《数字孪生太浦闸建设项目管理办法》《苏州管理局网络安全管理办法》《苏州管理局信息系统运行维护管理办法》等7项制度印发执行,取得5项软著证书,发表2篇论文,“一种闸门运行无线声光预警系统”发明专利取得证书,编制完成《数字孪生水闸知识库、规则库构建规范》。 

  上海新川沙河泵站枢纽工程通过孪生技术与业务融合,实现工程进度、质量、安全、材料等可视化管理。江苏针对南通城区水利工程日常活水调度、防汛调度业务场景,构建预报调度一体化模型,滚动计算输出维持工况及推荐调度计划结果,提供三维和二维场景下的调度过程可视化预演、调度指挥追踪;构建太仓市区域供水预测、雨水溢流和河道污染扩散专业模型算法,能够模拟预演不同应急场景,并结合模型可视化评估不同预案的实施成效,为供水应急事件处理、城市管网改造和污染物入河事件处理提供强有力决策支持。浙江曹娥江、数字孪生水网(杭嘉湖平台)水文水动力模型模拟精度显著提升,钱塘江分水江节点水情预报达到乙级预报精度;数字孪生钱塘江建设华光潭、分水江水库大坝和分水江堤段数字孪生仿真体,实现工程安全状态的实时在线仿真分析,在6年一次的工程安全鉴定基础上,提升为每日在线健康评价和预测性运维,便于及时风险隐患处置。江西峡江水利枢纽工程初步实现设计洪水预演、受灾区域淹没面积统计,实现泄水闸应变、振动、倾角、开度实时数据在线监测与金属结构安全性态评价。宁波基本完成洪水预报、风险预警、仿真预演、实时监测、大坝安全监测等的场景开发并实现初步应用。 

作者:    责编: 菅贞贞
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