数字孪生流域数据安全问题探究及对策

当前,水利部大力推进智慧水利建设,特别是数字孪生流域、数字孪生水网和数字孪生水利工程建设,他们都面临着大量的数据汇集,保障数据安全对推动新阶段水利高质量发展具有十分重要的意义。为提高数字孪生流域建设中的数据安全保障水平,在分析数字孪生流域数据特征的基础上,针对数字孪生流域建设过程中面临的数据安全管理制度体系不健全、大范围数据共享的安全风险、多样业务场景的安全保障挑战及大数据安全隐患等问题进行探讨,结合相关研究成果和作者认识,提出数字孪生流域的数据安全治理框架和措施,为解决数字孪生流域的数据安全问题提供对策。     

韧性城市视角下的甬江流域数字孪生平台建设

针对甬江流域水灾害防御需求,结合韧性城市理论,以防洪减灾“预报、预警、预演、预案”四预体系为导向,利用数字孪生引擎的强大渲染能力,建设全要素的数字孪生流域时空底座,以水文水动力模型、空间计算技术等为重要基础支撑,围绕综合监测、洪涝预报、洪涝预演、综合调度、协同预案等业务需求构建孪生场景,实现了甬江流域数字孪生平台。实践应用表明,该平台成功抵御了甬江流域超标准洪水,并对未来防洪工程体系优化具有启示意义,对其他流域防洪减灾、城市内涝治理工作具有一定的借鉴意义。     

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。     

在建大型水利工程数字孪生平台实践与思考

为整体提升在建水利工程智慧化管理能力，通过数字孪生平台建设，赋能建设期工程施工管理、运行期业务应用。在已建信息化系统的基础上，结合数字孪生水利工程建设要求和目标，构建引江济淮工程数字孪生平台总体架构。围绕数据底板、模型平台、知识平台 3 个方面，搭建真实、全面、准确的水利及水运多领域数据底板，为工程数字化映射、智能化应用提供准确的数据资源；搭建感知、预测、调度、控制、评价功能的模型平台，覆盖中长期、短期、实时多尺度调度需求，以及常规、应急多目标调度场景；搭建以方案库和专家经验库为主的知识平台，将静态、动态知识共同融入“四预”全流程；按照工程建设、运行调度、工程维护等管理业务需求，建设水资源调度、航运调度、工程安全监控等业务系统，为更加合理、有序地推进数字孪生水利工程后续建设提供思路。     

数字孪生汉江流域建设先行先试关键技术探讨

针对汉江流域水工程种类多样、体量庞大、预报调度任务复杂且艰巨、水资源管理与调配业务信息化程度不足的现状，选取汉江流域作为数字孪生建设先行先试工作试点，重点围绕防洪调度和水资源管理与调配业务需求，开展数字孪生平台及预报、预警、预演、预案“四预”功能建设。目前，数字孪生汉江流域已初步构建与流域实体孪生的数据底板，搭建统一且通用的模型平台和微服务化的知识平台，融合专业模型、知识图谱与业务应用，基于水工程联合调度规则库、水位目标控制的水库调度方式优化、行蓄洪空间防洪调度知识图谱等关键技术，形成防洪调度和水资源管理与调配智慧应用。建设过程中在可视化技术、孪生平台、知识图谱等方面凝练相关技术成果，可为其他数字孪生建设提供支撑参考。     

基于数字孪生的周公宅水库防洪“四预”系统构建与应用

以构建数字孪生流域、开展智慧化模拟、支撑精准化决策为实现路径,利用天空地一体化空间数据底板、多维智能感知数据、以及专业模型网格数据和计算结果数据等几类多源异构数据,进行数据汇聚和融合,采用WebGL孪生引擎进行可视化展示,构建数字孪生流域;聚焦流域防洪数字化场景,通过山区集总式水文模型和洪水演进模型对洪水过程进行预报和模拟,形成包括预报调度一体化、区域联防预警一体化、模拟仿真预演、决策建议方案等功能的四预孪生系统。本文以周公宅水库为具体研究对象,探索了具有水库工程的中小流域数字孪生建设的相关关键技术和应用场景构建,提供了建设思路和案例参考。     

《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。     

数字孪生贾鲁河在工程施工期防洪度汛中的应用

为满足贾鲁河综合治理工程施工期防洪度汛精细化管理的需求,确保工程安全的同时能够充分发挥流域防洪效益,数字孪生技术被应用于在建水利工程施工度汛精准风险分析、预警和防汛预案制定中。数字孪生贾鲁河以自建采集L3级和共享L1和L2级数据为“算据”底板,以模型平台和知识平台为“算法”支撑,以信息化基础设施为“算力”依托,搭建具有预报、预警、预演、预案等“四预”功能的流域防洪应用。在贾鲁河流域基础资料收集及数字化场景搭建和模型构建基础上,以流域降雨量级超100年一遇、约50年一遇、约20年一遇设置了三类预演情景模拟洪水,统计施工期工程存在的漫堤风险、淹没风险、冲刷风险、洪水倒灌风险、桥梁阻水风险、堤外积水风险等六类风险并制定防洪度汛措施。数字孪生贾鲁河确保了工程2022年安全度汛,总结了河道治理工程施工期洪水风险类型和定量评估方法,形成了在建工程复杂环境条件下的地形勘测、洪水模拟、风险预警、应对措施制定的完整解决方案。     

数字孪生流域建设监督检查实践及问题分析

当前,水利部正在大力推进智慧水利建设,数字孪生流域是智慧水利建设的核心与关键。水利部在推进数字孪生流域建设工作会议和全国水利工作会议上明确提出要加快数字孪生流域建设。为保障数字孪生流域建设高效、顺利开展,水利部组织对数字流域建设先行先试单位建设情况进行了监督检查,检查内容包括组织推进、工作进展、项目成果、应用成效、共建共享、其他等五方面。本文详细列举了数字孪生流域建设监督检查中发现的典型问题,从项目管理、需求调研、数据共享、专业模型、标准规范、监督检查等方面深入分析了问题发生的原因,有针对性地提出了改进工作的建议,对数字孪生流域、数字孪生工程、数字孪生水网建设全过程管理具有重要的参考价值和指导意义。     

数字孪生水网(杭嘉湖平原)综合应用研究

嘉兴市位于太湖流域下游杭嘉湖平原,针对区域内水情多变、洪涝多发、水资源供需矛盾突出等问题,为加强洪涝灾害风险防控,强化水资源监管,优化水资源利用,开展数字孪生平原水网综合应用研究,通过模型分析、功能调用、服务调用、数据融合共享等方式,对雨水情监测、水利工程管理、防汛形势研判、联合调度等模块进行集成, 实现对全域水灾害、水环境的预报预警和预演预案功能。系统运行结果有效提高区域内水灾害监控和态势分析能力,加强洪水风险的统筹管控,增强市、区、县水利工程的协同调度能力。实现由经验防御到智慧防御的转变,最大化地发挥水利工程的排涝调度效益,提升区域整体的防洪排涝和水环境改善能力。研究具有平原区河网数字化改革建设的典型性、代表性,可为全国水利数字化改革提供可复制、参考的经验。