数字孪生水利工程背景下的大坝安全监测系统建设研究

工程安全监测作为大坝安全运行的基础,在运行管理过程中扮演着极其重要的角色,是工程运行安全评价的重要依据,越来越受到工程管理单位的重视。但目前国内多数已建水利工程安全监测领域暴露出数据获取能力薄弱、信息共享程度低、智能化应用不足等问题。随着数字孪生水利建设的不断深入推进,建设符合数字孪生要求的大坝安全监测系统成为多数水利工程运行管理单位亟需解决的难题。以百色水利枢纽工程为例,对照数字孪生水利工程建设有关要求,深入梳理百色水利枢纽工程安全监测工作现状,剖析存在问题,确定了大坝安全监测系统的建设原则,并从硬件、软件2个层面进行了研究探索,形成了大坝安全监测系统建设方案,为已建工程的数字孪生水利工程建设提供参考借鉴。     

数字孪生技术在某水利枢纽工程的应用

2022年3月,水利部陆续颁发了《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》《水利业务“四预”基本技术要求（试行）》等多项针对数字孪生水利工程的标准规范及管理办法。同年12月,水利部办公厅再次下发了《水利部办公厅关于加强重大水利工程数字孪生项目设计的通知》,要求大型及重要的中型水库应按照数字孪生技术路线建设工程信息化系统。以某大型水利枢纽工程为例,通过数字孪生系统建设,为工程的运行、调度和决策提供支撑,为同类型水利工程数字孪生系统设计提供参考。     

数字孪生架构下水工程数字底座建设研究

数字孪生工程是推动水工程全生命周期管理和水利智能化发展的重要途径。数据底座是数字孪生水工程建设的根基。基于已有研究成果和应用案例,系统分析和探讨了数字孪生架构下水工程数字底座建设的核心要素和关键技术要点。数字底座建设的内容包括信息感知与智能设施管理平台、数字孪生体、大数据平台以及信息模型平台的建设,文章提出其关键技术为时空大数据驱动的海量数据汇聚与融合,基于高精度、多维度水工程数字孪生场景可视化以及“天空地网”一体化水工程信息实时感知、处理及控制技术。本研究可为数字孪生工程的建设提供经验借鉴和理论参考。     

水利部数字孪生流域模型管理云平台设计及应用研究

【目的】智慧水利是推动新阶段水利高质量发展的实施路径之一,建设数字孪生流域是实现智慧水利的核心与关键。为提升水利部数字孪生平台建设中水利模型的易用性、可扩展性、复用率和可维护性【方法】按照数字孪生流域水利模型建设“标准化、模块化、云服务”的要求,采用“分治+集成”的思想,基于组件技术、工作流技术、SOA架构和容器技术等构建水利部数字孪生流域模型管理云平台。平台通过提供水利专业模型、智能识别模型的组件化封装和流程化搭建功能,以微服务的方式对外提供模型共享和模型计算服务。【结果】依托重点研发项目分别在示范区域——屯溪流域和白鹤滩水库开展“洪水预报-预警-调度”业务应用和工程管理范围形变监测业务应用,验证了平台设计的合理性和应用的可行性。【结论】研究成果可为数字孪生流域模型平台的建设与应用提供一定技术支持和经验借鉴。     

基于数字孪生的安全生产风险管控平台研究

为扎实推进水利安全生产风险查找、研判、预警、防范、处置和责任等风险管控“六项机制”建设，提升水利工程安全管理水平，结合水利工程运行管理单位安全生产的特点和规律，搭建了基于数字孪生的安全生产风险管控平台框架，实现对安全生产风险的智慧监管。以百色水利枢纽工程为例进行研究，构建了百色水利枢纽安全生产风险管控平台，实现了基于数字孪生的水利工程存在实体和作业操作2个安全生产风险管控场景，验证了基于数字孪生的安全生产风险管控平台的可行性，对后续安全生产风险研究提出了新思路，具有一定指导意义。     

卫星通导遥技术在数字孪生流域建设应用潜力与初探

基于通信、导航、遥感(简称“通导遥”)卫星平台的信息采集和传输技术在数字孪生流域建设中具有重要作用,是支撑数字孪生流域高效水利感知网建设、高精度数据底板更新和高保真动态仿真模拟有效手段和重要途径。国内数字孪生流域研究与建设工作已经初见成效,但水利监测网仍然面临水利数据感知要素少、频次低和传输不及时等问题,难以满足物理流域的实时监控和高保真仿真模拟的需求。首先梳理了卫星通导遥技术在水利业务中的应用进展,分析了当前数字孪生水利平台建设面临的挑战;其次,结合卫星通导遥技术优势,提出卫星通导遥融合应用的数字孪生流域框架,设计基于卫星通导遥融合的新型水利信息系统,该系统主要包括空天地一体化水利感知网与宽窄带融合星地一体化水利通信网两个子系统,为数字孪生流域建设提供一体化全覆盖信息支撑;最后,结合吉林市数字孪生水库建设实践,开展了卫星通导遥融合的新型水利信息系统与数字孪生水利工程的应用初探,结果表明卫星通导遥融合应用可支撑数字孪生水库防洪“四预”实时感知和动态模拟。     

江苏省数字孪生水网建设总体构想与先试经验

智慧水利体系已经迈入数字孪生水利建设的新阶段,对于推动水利高质量发展具有重要的现实意义。结合江苏省河湖水系特点与水利管理治理工作实际,依据相关试行标准规范,结合数字孪生江苏省太湖地区典型水网工程先行先试项目,从数字孪生水网建设框架、总体要求、信息基础设施、数据底板、模型平台、知识平台、智能中枢和业务场景等方面提出了建设需求与要求,形成了江苏省数字孪生水网建设的总体构想,从项目建设中总结经验,探索数字孪生水网建设路径。实践表明：数字孪生水网建设总体技术要求具有可操作性和指导性,可为江苏省乃至全国数字孪生水利建设提供参考和借鉴。     

基于数字孪生技术的三维可视化水利安全监测系统

为从当前水利行业自动化监测业务收集到的海量监测数据中提炼出更多关键信息,进一步服务于安全监测智慧化,基于数字孪生技术的概念,利用现有三维GIS可视化技术手段,结合时空数据模式,构建了一套三维可视化水利安全监测系统.结果表明:该系统能够直观展示数字三维地理空间中的地形、地貌、安全监测相关模型信息和扩展的分析、查询数据结果...     

面向数字孪生工程的水利知识图谱构建及应用

构建水利领域的知识图谱可为数字孪生水利工程建设提供结构化的知识支持。基于黄河小浪底、万家寨水利枢纽预报调度、工程安全、业务规则数据,使用实体识别和关系抽取模型构建面向数字孪生工程的水利知识图谱(KG4DT),并对图谱进行可视化展示。以水利枢纽为核心确定实体分类体系及关系分类体系,构建KG4DT的模式层。使用二次开发的标注平台对非结构化文本进行半自动标注和人工校对,构建KG4DT的数据层。以黄河小浪底和万家寨水利枢纽防洪、减淤、供水、发电业务为主线,结合AC自动机等技术设计知识检索、预案自动生成应用,可为工程运行提供智能决策支撑。     

数字孪生水利实践案例分析与创新思考

数字孪生水利建设是新阶段水利高质量发展的重要实施路径。概述了数字孪生水网、数字孪生流域、数字孪生工程发展建设基本情况,以数字孪生尼尔基和数字孪生嫩江为例,介绍了数字孪生工程和数字孪生流域建设的成果及技术创新。分析了当前数字孪生水利建设中存在的问题并提出发展建议,以期为加快构建数字孪生水利体系提供参考。     

数字孪生三峡建设思考与实践

数字孪生三峡从大时空、系统性视角综合统筹考虑长江流域及工程本身,围绕三峡工程安全运行管理需求,规划了水利信息基础建设、数字孪生平台构建、工程安全运行管理等主要建设内容,分析了数据资产梳理、先进技术引入、网络安全防护对于数字孪生三峡的关键作用,制定了数字孪生三峡建设计划与相关保障措施,以期充分发挥数据综合效益、提升工程运行管理水平。     

数字孪生技术在水利工程中的实践与应用

介绍数字孪生技术在水利工程中的实践与应用,从实际应用的角度阐述了要实现水利数字孪生需要具备的条件、数字孪生技术在水利工程中的作用、根据现存自动化系统进一步搭建数字孪生等,并就数字孪生技术未来在水利系统中实际应用的发展方向。     

基于逐步回归分析模型的百色水利枢纽安全评价指标拟定

百色水利枢纽工程已投入运行近20年,积累了大量的宝贵安全监测资料,在目前数字孪生水利工程建设的大背景下,建立一套有效且可靠的工程运行安全评价指标,是目前面临的重点和难点。文章基于逐步回归分析模型建立了适用于百色水利枢纽主坝垂直变形的安全评价指标,并用监测数据进行了验证,结果显示其拥有良好的精度和敏感性,可以复制推广到水平位移、渗流等各个监测项目,以期建立起工程运行安全评价指标体系,在数字孪生工程建设中具有一定的工程价值。     

视频AR、AIoT、数字孪生协同技术在智慧水利中的应用

基于智慧水利建设的视频综合监测网,提升视频数据为数字孪生场景提供实时实景的时空基准数字底座的能力,研究智能视觉视频AR技术在数字孪生水库安全监测、河湖长制、河湖管理及防洪指挥调度等场景中的应用,将进一步助力构建预报-预警-预演-预案“四预”业务体系,持续推动水利向安全、高效、智能、绿色转型。     

2023年(第十一届)中国水利信息化技术论坛将在武汉举办EI北大核心CSCD

2023年是全面贯彻落实党的二十大精神的开局之年,也是推动新时代水利事业高质量发展迈上新台阶的奋进之年。当前,水利部将智慧水利建设作为推动水利高质量发展新阶段的重要实施路径之一,将数字孪生水利建设作为推进智慧水利建设的核心与关键。数字孪生技术的应用正进一步推动水利行业构建新的发展格局。为进一步推动水利数字孪生技术的研究与应用,增进各级水利部门及水利工程管理、水利信息化相关企事业单位业务交流与合作,展示学术成果及科技成果,经研究,由河海大学联合武汉大学、长江水利委员会网络与信息中心等单位共同主办的“2023(第十一届)中国水利信息化技术论坛”拟定于2023年4月26—28日在武汉大学举办。     

面向防洪“四预”的数字孪生流域水利专业模型研发与实践应用——以数字孪生飞云江流域为例

数字孪生流域是推动智慧水利建设的核心和关键,而水利专业模型是数字孪生流域建设的重要算法支撑。从实际业务支撑角度研发面向防洪“四预”的数字孪生流域水利专业模型,包括水文、水动力、水工程调度、风暴潮等模型,并以浙江省温州市的数字孪生飞云江流域为载体进行实践应用。结果显示,在应对台风“杜苏芮”“卡努”“鸿雁”过程中,各类模型运行情况良好,水文、水动力及风暴潮模型预报值与实测值拟合程度较高,误差满足规范许可要求,水工程调度模型可实现模型预期调度效果。研发的水利专业模型和应用案例可为其他流域数字孪生建设提供参考。     

数字孪生水利建设中筑牢数字安全屏障的思考

数字孪生水利建设是新阶段水利高质量发展的重要实施路径和显著标志。数字孪生水利建设离不开水利数字安全的保障。在阐述数字孪生水利建设和水利数字安全相辅相成关系的基础上,提出以关键信息基础设施安全为重点完善水利网络安全综合防御体系,以水利数据分类分级保护为基础增强数据安全保障能力,从而构建可信可控的水利数字安全屏障,护航数字孪生水利全面发展。     

数字孪生水利工程建设思考

数字孪生流域是智慧水利的核心和关键,数字孪生水利工程是数字孪生流域的重要组成部分。本文在智慧水利背景下,简要描述了数字孪生工程的建设任务,并就不同类型和任务的水利工程开展数字孪生建设的重点进行了论述。     

大型水利水电工程建筑物三维可视化建模技术研究

以紫坪铺水利枢纽为研究对象对大型水利水电工程建筑物可视建模技术进行了深入研究，首先对紫坪铺水利枢纽建筑物的数据模型进行了分析并明确了建模思路，即面向对象技术和结构化方法，然后对于不同类型的建筑物采用不同的几何实体建模技术分别建立它们的几何模型，再通过形象建模和三维显示形成各建筑物的最终三维仿真模型并于屏幕上显示输出。由于可视化建模技术所涉及的工程信息数字化、可视化属于“数字水利”的研究范畴，所以该技术本身就成为了“数字水利”工程的重要组成部分。     

数字孪生水利工程安全智能分析预警技术研究及应用

数字孪生水利工程是智慧水利建设的核心与关键。聚焦水利工程安全运行需求,有必要结合数字孪生建设,开展工程安全智能分析预警技术研究和系统开发工作,从而有效提升工程运行安全保障水平与突发事件应急处置能力。介绍了基于数字孪生平台的工程安全智能分析预警技术的总体框架,针对工程安全监测感知体系和工程安全模型库进行了详细论述,并构建了具有“四预”功能的工程安全智能业务应用。目前,研究成果已在数字孪生江垭皂市工程中获得初步应用,可为同类数字孪生工程建设提供借鉴与参考。