空間智能賦能數(shù)字孿生水利的思考和實踐

空間智能賦能數(shù)字孿生水利的空間智能賦能數(shù)字孿生水利的思考和實踐contents1P3全面深化階段快速發(fā)展階段初步發(fā)展階段萌芽階段單機(jī)化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化孿生水利智能中樞水利部智慧水利總體架構(gòu)數(shù)據(jù)驅(qū)動數(shù)據(jù)驅(qū)動決策支持虛擬對象決策支持虛擬對象數(shù)字孿生數(shù)字孿生現(xiàn)實世界物理到孿生、感知到?jīng)Q策數(shù)字孿生水利重點解決的三個問題：孿生、感知、決策智能決策能力智能決策能力融合水文機(jī)理模型融合水文機(jī)理模型、人工智能模型實現(xiàn)孿生場景下的預(yù)測。實時感知能力實時感知能力結(jié)合物聯(lián)傳感實現(xiàn)對現(xiàn)實觀測數(shù)據(jù)的實時感知。孿生轉(zhuǎn)化能力孿生轉(zhuǎn)化能力對現(xiàn)實世界物理模擬，提供一個真實的空間仿真本體。山丘區(qū)子流域山丘區(qū)河道平原區(qū)坡面平原區(qū)河道水利工程型山丘區(qū)子流域山丘區(qū)河道平原區(qū)坡面平原區(qū)河道水利工程型型型湖泊及蓄滯洪區(qū)型水文機(jī)理模型水文機(jī)理模型主要利用機(jī)理模型模擬水利物理系統(tǒng)的物理屬性、狀態(tài)變化及運行規(guī)律，實現(xiàn)對水利系統(tǒng)的物理孿生、狀態(tài)孿生和機(jī)理孿生。英偉達(dá)英偉達(dá)Earth-2數(shù)字孿生地球主要用于天氣觀測，基于英偉達(dá)CorrDiff生成式AI模型技術(shù)，融合了人工智能、物理模擬和觀測數(shù)據(jù)，能夠從今天的數(shù)據(jù)來預(yù)測未來世界的影響。水下地形水下地形三維數(shù)據(jù)底座2P10關(guān)于數(shù)字孿生的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者做了類似的總結(jié)。數(shù)字影子數(shù)字孿生數(shù)字模型數(shù)字影子數(shù)字孿生數(shù)字模型數(shù)字孿生演化過程數(shù)字孿生發(fā)展三階段2024年6月22日，華為云和中國信通院聯(lián)合發(fā)布《數(shù)字孿生發(fā)展研究報告》數(shù)字孿生五階段演進(jìn)路線空間數(shù)據(jù)獲取空間數(shù)據(jù)獲取型…………解決核心問題：基于多源、多分辨率數(shù)據(jù)的快速、標(biāo)準(zhǔn)化處理統(tǒng)一平臺支撐！射頻技術(shù)傳感器傳輸API網(wǎng)關(guān)射頻技術(shù)傳感器傳輸API網(wǎng)關(guān)非空間數(shù)據(jù)獲取物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫物聯(lián)中臺解決核心問題：解決核心問題：多標(biāo)準(zhǔn)、多協(xié)議物聯(lián)數(shù)據(jù)到標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)應(yīng)用構(gòu)建方法！數(shù)據(jù)資源體系數(shù)據(jù)資源體系數(shù)據(jù)分級MM地形傾斜攝影基礎(chǔ)地理點基礎(chǔ)地理點其他共享數(shù)據(jù)氣象測報其他共享數(shù)據(jù)氣象測報社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)資源基礎(chǔ)水系其他管理數(shù)據(jù)其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)水利工程基礎(chǔ)水系其他管理數(shù)據(jù)其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)水利工程其他監(jiān)測數(shù)據(jù)水情監(jiān)測設(shè)備健康安全培訓(xùn)其他監(jiān)測數(shù)據(jù)水情監(jiān)測設(shè)備健康安全培訓(xùn)流程管理管理對象在L1至L3+三維場景下，針對不同的要素采用不同的表達(dá)方式解決核心問題：解決核心問題：構(gòu)建一套基于業(yè)務(wù)應(yīng)用導(dǎo)向的可擴(kuò)展、標(biāo)準(zhǔn)化水利數(shù)據(jù)資源體系！數(shù)據(jù)治理數(shù)據(jù)治理數(shù)據(jù)匯聚數(shù)據(jù)匯聚化數(shù)據(jù)治理數(shù)據(jù)治理數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)運營數(shù)據(jù)運營歸集庫歸集庫標(biāo)準(zhǔn)庫標(biāo)準(zhǔn)庫主題庫主題庫數(shù)據(jù)治理中臺數(shù)據(jù)治理中臺解決核心問題：解決核心問題：數(shù)據(jù)到信息，信息到知識一整套的治理平臺，挖掘數(shù)據(jù)價值！數(shù)據(jù)動態(tài)匯聚更新數(shù)據(jù)動態(tài)匯聚更新.--------"".--------""天空地本級應(yīng)用本級應(yīng)用上下級應(yīng)用上下級應(yīng)用跨部門應(yīng)用跨部門應(yīng)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)接口數(shù)據(jù)接口拉腳本讀取定時任務(wù)ETL工具數(shù)據(jù)接口采集系統(tǒng)推離線拷貝數(shù)據(jù)接口采集系統(tǒng)推離線拷貝數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中臺統(tǒng)數(shù)倉解決核心問題：解決核心問題：面對不同的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)，確立不同的自動化更新流程和工具！空間數(shù)據(jù)融合空間數(shù)據(jù)融合坐標(biāo)系統(tǒng)一傾斜攝影嵌入地形傾斜攝影嵌入地形形傾斜攝影融入水面傾斜攝影融入水面視頻與空間數(shù)據(jù)融合視頻與空間數(shù)據(jù)融合解決核心問題：解決核心問題：視頻數(shù)據(jù)空間化！化水文分析工具，為模型平臺的前處理提供專業(yè)的在線分析工具和模型計算所需要填洼流向匯流獲取流域具理工具斷面數(shù)據(jù)導(dǎo)入水體計算理工具斷面數(shù)據(jù)導(dǎo)入水體計算邊界點繪制工具GIS基礎(chǔ)平臺GIS基礎(chǔ)平臺水文分析工具解決核心問題：解決核心問題：面對水利業(yè)務(wù)人員不同的業(yè)務(wù)場景，解決專業(yè)的水利空間計算！水利專業(yè)三維空間計算河道斷面分析河道斷面分析基于地形淹沒分析槽蓄量分析槽蓄量分析基于三維場景淹沒分析坡度坡向分析坡度坡向分析堰塞體標(biāo)繪計算堰塞體標(biāo)繪計算解決核心問題：解決核心問題：空間數(shù)據(jù)三維化空間計算能力！動態(tài)融合渲染解決核心問題：解決核心問題：海量、時序空間數(shù)據(jù)可視化！一維水動力模型渲染二維水動力模型渲染水文水動力學(xué)耦合與二維空間計算模擬一維水動力模型渲染二維水動力模型渲染粒子效果粒子效果水位水位、流量、流速綜合表達(dá)解決核心問題：解決核心問題：水文專業(yè)計算與空間可視化融合！游戲引擎融合仿真解決核心問題：解決核心問題：統(tǒng)一空間場景下的動態(tài)仿真與GIS融合！GIS+游戲引擎同場景內(nèi)無縫切換GIS引擎：2、無高精度數(shù)據(jù)中小場景3、需要用到大量GIS空間分析能力的業(yè)務(wù)場景4、用戶無法提供高性能服務(wù)器游戲引擎：要求的中小場景（如單個工程管理動態(tài)等細(xì)粒度、微觀可視化需求的特定場景耦合粒子系統(tǒng)模型和2D數(shù)值網(wǎng)格三維化技術(shù)仿真模擬解決核心問題：解決核心問題：告別傳統(tǒng)的效果模擬，實現(xiàn)粒子動態(tài)仿真模擬計算的真實性！實時監(jiān)測分析預(yù)警模型實時監(jiān)測分析預(yù)警模型重點工程部位安全監(jiān)測監(jiān)測信息及其閾值過程線解決核心問題：解決核心問題：解決物理世界通過傳感設(shè)施實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動下孿生世界的實時反饋！遙感智能識別模型基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星影像變化檢測模型排污口監(jiān)測采砂船監(jiān)測解決核心問題：解決核心問題：解決物理世界通過高空遙感實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動下孿生世界的實時反饋！視頻智能識別模型解決核心問題：解決核心問題：解決物理世界通過視頻監(jiān)控實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動下孿生世界的實時反饋！3P31從地形地勢中也可以看出麗水屬于群山環(huán)繞的一個地勢，試點區(qū)甌江流域試點區(qū)域（玉溪-開潭）感知監(jiān)測海量IOT感知數(shù)據(jù)精準(zhǔn)研判流域面、縣區(qū)面、降雨站點的降雨情況，實時查看”?降雨站點：基于全量降雨感知設(shè)備，監(jiān)測各關(guān)鍵水庫與斷面深化分析?斷面水情：實現(xiàn)對重點河道斷面實時監(jiān)控分?實時監(jiān)測：監(jiān)控水利工程立面詳情感知信息水文預(yù)報（預(yù)報）繃緊“降雨—產(chǎn)流—匯流—演進(jìn)”鏈條，強(qiáng)化氣象水文預(yù)報耦合和預(yù)報模型參數(shù)率定，實現(xiàn)以流域為單元短中長期預(yù)報，關(guān)鍵洪水預(yù)報精準(zhǔn)可靠。直觀清晰了解“預(yù)報降雨在哪里”，“預(yù)報洪水在哪里”，“預(yù)報風(fēng)險在哪里”。應(yīng)急處置（預(yù)警）繃緊“技術(shù)—料物—隊伍—組織”鏈條，緊扣“如何管控風(fēng)險”、“管控效果如何”核心問題；在做好監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警和水工程防洪調(diào)度的同時，強(qiáng)化風(fēng)險意識，落實工程巡查防守和應(yīng)急處置措施，建立預(yù)警處置責(zé)任的執(zhí)行落實、響應(yīng)跟蹤鏈路，督促各市區(qū)縣和鄉(xiāng)鎮(zhèn)基層有序落實應(yīng)急工作任務(wù)，堅決守住洪水防御安全底線。孿生仿真（預(yù)演）依托全新模擬仿真引擎，聚焦“四預(yù)”功能，在數(shù)字化場景基礎(chǔ)上，實現(xiàn)二三維可視仿真模擬，實現(xiàn)看、查、測、算、演等功能，賦能防汛業(yè)務(wù)應(yīng)用。在數(shù)字孿生流域中對典型歷史事件、設(shè)計、規(guī)劃或未來預(yù)報場景下的水利工程調(diào)度進(jìn)行模擬仿真推演，正向預(yù)演出風(fēng)險形勢和影響，逆向推演出水利工程安全運行限制條件，及時發(fā)現(xiàn)問題，提出防風(fēng)險措施，迭代優(yōu)化方案。精細(xì)化精細(xì)化、立體化二維宏觀尺度演進(jìn)三維微觀尺度預(yù)演業(yè)務(wù)機(jī)理模擬仿真-洪水漫堤業(yè)務(wù)機(jī)理模擬仿真-水勢漲落業(yè)務(wù)機(jī)理模擬仿真-洪水漫堤業(yè)務(wù)機(jī)理模擬仿真-水勢漲落物理流域空間模擬仿真防汛調(diào)度（預(yù)案）繃緊“總量—洪峰—過程—調(diào)度”鏈條，集中攻關(guān)水工程聯(lián)合預(yù)報調(diào)度技術(shù)研究，緊扣“如何干預(yù)風(fēng)險”、“還有什么風(fēng)險”核心問題，構(gòu)建“保上游”、“保下游”、“平衡上下游”多種智能調(diào)度模型，考慮重點水庫下泄流量與關(guān)鍵保護(hù)區(qū)域淹沒深度的不同層次等級，按照洪水的發(fā)展正向進(jìn)行預(yù)演，同時以關(guān)鍵位置的防護(hù)要求為目標(biāo)反向進(jìn)行水工程調(diào)度演算，評估不同調(diào)度方案的風(fēng)險，選取最優(yōu)解決方案，最大程度降低災(zāi)害風(fēng)險，為洪水防御決策提供科學(xué)支撐。二、三峽庫區(qū)及其影響區(qū)域數(shù)字孿生應(yīng)用項目介紹：在數(shù)字孿生場景中實現(xiàn)防洪調(diào)度過程的全過程數(shù)字化、可視化展示，支撐防汛過程中的水情變化、工程調(diào)度、蓄滯洪區(qū)應(yīng)用等調(diào)度過程信息的快捷獲取，輔助決策，實現(xiàn)“四多源異構(gòu)時空數(shù)據(jù)融合多源異構(gòu)時空數(shù)據(jù)融合GISGIS+專業(yè)模型聯(lián)動分析預(yù)案全流程動態(tài)可視化預(yù)案全流程動態(tài)可視化重現(xiàn)長江流域歷史典型暴雨洪水場景，復(fù)演洪水發(fā)展過程，根據(jù)洪水不同發(fā)展態(tài)勢和淹沒區(qū)域，構(gòu)建覆蓋長江全流域的多層次、多類型預(yù)案庫。2、秒級精算，基于“正逆向”互饋預(yù)演制定實時預(yù)案借助模擬仿真引擎以及并行計算方法，實現(xiàn)覆蓋長江全河系主要控制站和水工程調(diào)度方案的“秒級”運算，快速知曉防洪庫容“剩多少”“剩在哪”“夠不夠用”“能不能用”。并根據(jù)不同的調(diào)度目標(biāo)，運用建立的多場景調(diào)度目標(biāo)方案庫，實現(xiàn)調(diào)度方案的“按需定制”。3、精準(zhǔn)復(fù)刻，“身臨其境”掌握流域防洪現(xiàn)狀、趨勢及風(fēng)險基于不同的調(diào)度目標(biāo)和調(diào)度場景，借助模擬仿真引擎