数字孪生水利建设保障体系应用与思考

推进数字孪生水利建设是贯彻落实“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路和《数字中国建设整体布局规划》的明确要求,是适应现代信息技术发展形势、强化水利治理能力的必然要求。为保障数字孪生水利建设有力有序,亟需构建一套结构合理、系统全面的保障体系予以支撑。本文紧扣“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的总体要求,提出数字孪生水利建设保障体系,通过水利部2022年开展的数字孪生流域建设先行先试予以实践验证,对进一步做好数字孪生水利建设保障工作提出建议,为数字孪生水利建设全过程管理提供有力支撑。通过实践应用,有效保障数字孪生流域建设先行先试中期评估工作顺利完成,并形成一批可复制推广的应用案例,成效良好,可为有关单位开展先行先试或其他专项工作提供参考借鉴。     

《数字孪生流域建设技术大纲(试行)》解析

2022 年 3 月,水利部印发《数字孪生流域建设技术大纲(试行)》,明确了数字孪生流域的具体建设内容,细化了技术要求。介绍数字孪生流域建设背景,以及定义、建设范围及目标、建设原则等建设内涵,阐明智慧水利总体框架和数字孪生流域建设框架,进一步厘清相互关系。详细说明数据底板、模型平台、知识平台等组成的数字孪生平台,以及水利感知网、水利信息网、水利云等组成的信息化基础设施两大组成部分的主要建设任务,对涉及的具体功能要求和技术要点进行详细解析,就数字孪生流域建什么、达到什么标准及需要重点把握的技术环节等问题进行解读,并对数据孪生流域建设过程中涉及的数据安全特别是地理空间数据安全应用等重要问题和集成共享相关要求进行说明。     

面向数字孪生流域的云网融合架构研究

数字孪生流域建设是智慧水利建设的重要标志,是推动流域水利高质量发展的必然要求。为了应对当前数字孪生流域建设过程中面临的流域物联感知能力、通信传输网络资源、模型算法仿真计算水平等方面的不足而产生的挑战,本文结合云网融合的云网协同、按需互联、敏捷智能的服务能力特性,基于云网融合层次化的设计思想,把流域云和网充分融合,有效调度并应用计算、通信、存储等基础设施资源,提出了面向数字孪生流域的云网融合逻辑架构,梳理并阐述了水利感知网云网融合服务实现、水利信息网云网融合服务实现、数字孪生平台算力服务实现等可应用于数字孪生流域建设的云网融合服务架构,总结分析了面向数字孪生流域的云网融合关键技术。研究对充分发挥新一代信息技术对数字孪生流域建设的支撑驱动作用具有重要参考意义。     

数字孪生水利建设中应把握的重点和难点

随着《数字孪生水网建设技术导则(试行)》的正式出台,标志着数字孪生水利建设顶层设计业已完成。水利部自2022年起,用两年时间开展数字孪生水利建设先行先试,目的是通过先行先试总结经验,全面推广。本文介绍了数字孪生水利相关概念、定位,阐述了数字孪生水利建设重点,提出了数字孪生水利建设中应把握的难点及解决思路。     

数字孪生潭江流域先行先试建设与实践

数字孪生流域与数字孪生水网、数字孪生水利工程互联互通、信息共享、各有侧重,共同构成数字孪生水利系统核心,是推动新时代水利高质量发展的重要实施路径之一_[^1]。水利部于2022年2月启动了数字孪生流域建设先行先试工作,为切实其提高潭江流域水利工程防洪调度能力,江门市水利局按照水利部及广东省数字孪生流域试点建设工作要求_[^2],开展数字孪生潭江流域建设。数字孪生潭江面向流域防洪调度需求,以精细化调度22宗大中型水库、7宗梯级闸陂为目标,围绕四预核心功能,建设数据底板、模型平台、业务应用等内容,构建了流域LI级数据底板,流域重点区域及重点工程L2级数据底板,开发了五大类水利专业模型,初步构建了流域联合调度平台,并在2022年“龙舟水”、西北江洪水、台风暴雨防御期间投入实战,助力潭江流域水库水闸的群联合调度,取得防洪不受淹水资源不浪费的最佳效益。     

数字孪生小浪底知识库建设研究与实践

随着大数据、人工智能等新技术的飞速发展，信息技术在水利工程运行管理中正发挥越来越重要的支撑作用。数字孪生小浪底作为水利部数字孪生水利建设的首批试点工程，其知识库的建设是数字孪生小浪底的核心组成部分，技术难度大，业务场景应用面临着较大挑战。本文针对数字孪生小浪底知识库的建设进行了系统性的研究与实践，采用了知识引擎、知识库和知识应用三部分组成的知识库架构体系，实现了基于水利知识的检索、问答、推荐和推理决策等多样化服务，并在数字孪生“四预”业务应用中进行实践和验证，为小浪底枢纽的工程安全和防汛调度等核心业务提供了重要支撑。本文数字孪生小浪底知识库建设为类似水利工程具有参考价值和实践意义。     

北大港水库数字孪生建设方案与要点探讨

为提升北大港水库工程管理现代化与智慧化水平，结合北大港水库“数字河库”建设现状和水库扩容工程规划，提出北大港水库数字孪生建设方案，搭建数字孪生工程建设总体框架与主要内容，丰富 L2 和 L3 级数据底板， 构建模型库和知识库，实现建设期和运维期的智能应用建设。对安全监测数据底板、工程安全模型等数字孪生建设难点，以及实现“四大安全”与全过程、全要素管理等进行探讨。实现北大港水库流域防洪调度、水资源管理与调配，以及其他各项业务管理的数字化、网络化、智能化水平提升，有效推进水库运营管理数字化转型和智能化升级。     

流域水库群联合调度知识图谱构建研究

根据水利部对智慧水利建设的要求，从九龙江流域控制性水库群联合调度规则库、预案语料库和知识库构建，流域水库调度知识图谱可视化表示模型研发等方面，研究九龙江流域控制性水库群联合调度知识图谱构建方案。研究成果将应用于数字孪生九龙江北溪建设先行先试项目和未来对整个九龙江流域的调度管理工作。     

《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》解析

2022 年 3 月 30 日,水利部印发《数字孪生水利工程建设技术导则(试行)》,以指导数字孪生水利工程建设。从数字孪生水利工程建设的重要性、内涵、框架,以及数据底板、模型库、知识库、孪生引擎、监测感知、通信网络、工程自动化控制、工程安全智能分析预警、网络安全体系、运维体系等数字孪生水利工程重点内容进行解读,并对建设指标适用情况和共建共享要求进行说明。     

数字孪生飞云江流域水利知识平台建设研究

为提高飞云江流域智慧管控风险能力,根据数字孪生流域知识平台建设要求,以知识图谱为技术框架,引入机器深度学习技术,融入流域预报调度业务规则、历史典型场景洪水模式和专家预报经验等知识,通过图模型可视化处理,将知识以图数据模式进行存储,建立流域业务规则库、历史场景库、专家经验库和知识图谱库。利用图计算引擎管理和驱动知识,对流域特点、水利对象关联关系、业务规则等水利知识,进行挖掘提炼、归类组合、智慧管理和集成应用,构建基于水利知识图谱的数字孪生流域知识平台。数字孪生飞云江流域水利知识平台具有智能匹配、智慧推荐、全景推演等特点,可支撑流域防洪“四预”业务,提升流域风险与调度决策全流程数字化、智慧化、精准化水平,为其他水利知识平台建设提供经验借鉴。     

全国取用水管理信息系统建设

针对目前取用水应用系统繁多、信息资源分散、业务协同不足、数据标准不一、资源共享不畅等问题，依托全国一体化在线政务服务平台，提出全国取用水管理信息系统建设思路、目标及原则。采用“统一身份认证、统一事项服务、统一数据标准、集中与分散部署相结合”的模式，建设全国取用水管理信息系统，自下至上分为基础设施层、数据支撑层、应用支撑层、业务应用层和用户层，并以安全保障、标准规范 2 个体系贯穿整体。同时，在数据、应用、安全、管理等标准的建立，取用水相关系统的整合，数据的融合共享及分析应用等方面提出建设方案，为各省开展省级取用水管理信息系统建设提供借鉴，加快推进取用水管理相关信息系统整合共享与应用推广。     

内蒙古智慧水文一张图与服务共享平台构建与应用

2021年开始内蒙古自治区水文水资源中心根据新形势下水文服务面临的问题,以内蒙古自治区水利厅推进智慧水利大数据建设为契机,系统分析当前水文面临的新形势和挑战,规划构建了内蒙古智慧水文一张图与服务共享平台。系统整合基础地理空间数据、水文监测数据、水文业务数据以及全国水利一张图的服务,对各类数据资源进行了统一的整合与应用,实现了数据的集中处理和交换共享。基于矢量瓦片技术、云端一体化GIS技术、大数据可视化技术、微服务技术以及多源数据融合技术,建成了内蒙古智慧水文一张图与服务共享平台;在国家和水利行业相关标准规范基础上,构建内蒙古水文一张图数据和服务共享的标准规范,为水文信息的综合应用、数字孪生流域建设以及社会公共服务提供了统一的平台支撑,拓展了水文信息服务能力,提升了内蒙古自治区水文信息化、智慧化管理水平。     

以智慧太湖支撑水利补短板强监管的思考

为适应新时期经济社会发展对太湖流域治理与管理的要求,按照水利部"水利工程补短板、水利行业强监管"的水利工作总基调要求,以智慧太湖顶层设计为指导,分析流域治理与管理对于信息化方面的主要需求,梳理太湖流域管理局水利信息化支撑强监管在数据监测、信息共享、业务支持、监管应用、基础设施、监督服务等方面存在的主要短板。针对智慧太湖建设中数据整合共享,信息监视预警,调度会商决策,综合业务监管等阶段成果,对信息化补短板支撑强监管作探索思考,有助于智慧太湖建设工作的延伸、深化和升华。     

水利部行政审批监管平台建设实践与探索

建设水利部行政审批监管平台系统,是水利部响应国务院简政放权和深化行政审批制度改革的重要举措,也是行政审批体制机制的一种创新。行政审批监管平台系统的建设,实现水利行业行政审批事项全过程、全环节网上办理,并与全国投资项目在线审批监管平台系统成功对接,可以实现对行政审批事项的网上办理进行全过程监管,但是在运行中也面临着一系列挑战。在全面介绍水利部行政审批监管平台设计思路、核心模块功能、技术难点、应用前景的基础上,分析平台运行效果和综合效益,同时对潜在的问题进行剖析,提出进一步完善的具体建议。可以看出水利部推进行政审批监管平台建设的实践,取得一定的探索成效,同时,也有一些问题值得深入探讨和研究。     

安徽省水利信息化共享平台建设与思考

针对安徽省水利信息化建设现状及存在的信息资源开发利用和共享程度不高,信息孤岛,现代化技术手段不强等问题,充分运用“互联网 +”、云计算、大数据等新技术和新理念,推进安徽省水利信息化资源整合共享和开发利用,强化信息化技术与水利业务深度融合。根据水利部水利信息化顶层设计,按照“五统一”要求,采用松耦合的分层架构,开发建设安徽省水利信息化共享平台,初步实现水利数据资源统一管理、一数一源,基础设施集约建设、平台共用,地理业务信息有效融合、以图监管,核心应用信息集中展现、业务协同, 信息安全优化健全、稳定可控,形成安徽水利“ 一个大数据中心、一张图、一个应用门户、一套安全防护体系”即“四个一”新局面,逐步实现安徽水利信息化建设“一盘棋”,为安徽省智慧水利建设构建核心应用平台。     

国产化辽宁省防汛抗旱指挥平台建设

为满足国家政务系统安全可靠要求，从服务器、操作系统、数据库等国产自主可控产品的类型、功能特点、性能与安全性等方面进行综合比较，并进行国产化适配，最终组成一套适合工作实际的国产化产品组合，搭建基于国产化自主可控的辽宁省防汛抗旱指挥平台。平台遵循水利部数字孪生流域技术框架，结合辽宁省防汛抗旱业务需求，形成四横两纵技术框架。“四横”由物理流域、数字孪生流域、业务应用和客户端组成。“两纵”由网络安全体系和保障体系组成，集成实时基础信息展示查询、信息监测、水利一张图、防洪“四预”等功能模块，实现流域防洪业务智能化管理，实现场景数字化、模拟精准化、决策智慧化。研究成果可为日后建设国产化水利业务系统提供示范。