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,为保障数字孪生水利建设有力有序进行,亟须构建一套结构合理、系统全面的保障体系予以支撑。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2022年水利部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,并形成一批可复制和可推广的应用案例,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。     

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。     

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。     

生态流量监管“四预”业务应用探索

为提高重点河湖生态流量动态监管能力，针对各地服务支撑生态流量监管业务系统与数字孪生流域建设提出的“四统一”不相适应，以及生态流量监测预警、达标判别、统计分析、流量预测、成因分析、调度方案预演、预警响应等全过程监管能力不足等问题，本文围绕业务管理需求，提出了生态流量监管总体方案以及“四预”业务应用总体架构，提出了包括数据底板、模型库、知识库等内容的数字孪生平台建设思路以及基于图数据库的生态流量预警知识图谱构建技术，提出了包括监测告警、预测预警、水量调度预演、会商服务等功能的应用系统模块建设思路，梳理了生态流量监管“四预”业务流程，可为当前数字孪生流域建设先行先试和水资源管理与调配系统中的生态流量监管业务“四预”能力建设提供参考和借鉴意义。     

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。     

珠江水旱灾害防御“四预”平台建设与应用

数字孪生珠江先行先试建设以数字孪生技术为支撑，基于珠江流域管理需求，率先开展水旱灾害防御业务应用建设。结合珠江委当前信息化现状，对照“四预”相关技术要求，深入分析目前珠江流域水旱灾害防御业务应用仍然存在“预演”能力不足的问题。为解决此项难题，开展水利三维可视化仿真技术、水利模型管理及服务技术研究，研发了水利三维可视化仿真、模型管理及服务技术。搭建了水旱灾害防御相关数据底板，构建了模型平台和知识平台开发具有“四情”态势感知、分级分类智能预警、多维多尺度场景全链条预演的珠江水旱灾害防御“四预”平台，为珠江流域水旱灾害防御工作提供支撑。     

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。     

智慧水利建设与发展思考

当前,云计算、物联网、大数据、移动互联网和人工智能等新一代信息技术与各行业加速融合,深刻改变着政府社会管理和公共服务的方式。随着智慧城市的推进,一些地区和流域提出了智慧水利、智慧流域等建设设想并开展先行先试,取得了一定的成效。但总体来说,智慧水利尚处于起步阶段。本文在回顾梳理智慧水利建设已有基础上,分析了我国智慧水利建设存在的问题,提出了我国智慧水利建设和发展的目标和任务,最后阐述了推进智慧水利建设的保障措施。