18008063797
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一、政策
為加快推進水利治理體系和治理能力現(xiàn)代化，水利部于2024年4月印發(fā)《關(guān)于推進水利工程建設(shè)數(shù)字孿生的指導意見》的通知，充分發(fā)揮數(shù)字孿生技術(shù)對水利工程建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的驅(qū)動作用，提升水利工程建設(shè)全要素、全過程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理能力，建立透徹感知、智能先進、互聯(lián)協(xié)同、科學高效的水利工程建設(shè)管理新模式，保障水利工程建設(shè)質(zhì)量、安全和長效運行。
二、必要性
1、防汛抗旱
在汛期，準確監(jiān)測水庫的水位和降雨量，通過水利專業(yè)模型分析計算，能夠幫助相關(guān)部門及時預(yù)測和掌握洪水的發(fā)生發(fā)展趨勢，為水庫調(diào)度決策提供科學依據(jù)。通過提前泄洪或攔蓄洪水，合理調(diào)控水庫的出水流量，保持水庫的安全水位，也可以有效地減輕下游地區(qū)的洪澇災(zāi)害影響。
在干旱時期，預(yù)測水庫的蓄水量和來水量，可以合理安排水資源的調(diào)配，保障農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)、居民生活用水和生態(tài)環(huán)保用水的不同需求?。
結(jié)合上下游防洪要求和水庫自身安全運行條件，以水利專業(yè)模型為基礎(chǔ)，通過動態(tài)規(guī)劃等方法，優(yōu)化水庫的防洪調(diào)度規(guī)則。
2、水資源管理
水庫預(yù)報模型可以準確掌握水庫的來水情況和水資源現(xiàn)狀，根據(jù)來水的不同等級和發(fā)展階段，計算水庫的水量平衡，確定不同的調(diào)蓄方式?？紤]水庫的來水量（包括地表徑流、地下水補給等）、用水量（如灌溉、供水等）和蒸發(fā)滲漏損失等因素，精確地分析水庫的水量收支情況，合理安排生活生產(chǎn)供水計劃。
當水庫承擔多種功能，如供水、生態(tài)等時，水利專業(yè)模型可以綜合考慮這些目標。通過建立多目標優(yōu)化模型，以供水保證率和生態(tài)需水量等作為目標，通過模擬不同的水資源分配方案，找到最優(yōu)的配置策略。
三、系統(tǒng)介紹
智慧水庫數(shù)字孿生系統(tǒng)基于信息化基礎(chǔ)設(shè)施，利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、遙感、數(shù)字仿真等技術(shù)，對物理流域全要素和水利治理管理活動全過程進行數(shù)字映射、智能模擬和前瞻預(yù)演，支撐水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”功能實現(xiàn)。實現(xiàn)水庫公共數(shù)據(jù)的全面整合與共享，預(yù)留與上級主管部門、大數(shù)據(jù)等信息化系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)接口，為實現(xiàn)水庫工程管理、水庫政務(wù)管理、應(yīng)急指揮等核心的統(tǒng)一管理提供強有力的信息化支撐手段，為水庫安全運行與科學調(diào)度提供智慧化的管理手段。
四、系統(tǒng)亮點
智慧水庫數(shù)字孿生系統(tǒng)采用AI動態(tài)監(jiān)管，打造“數(shù)字水庫”。
1、AI智能信息采集
AI智能信息采集用于大壩安全、水雨情、實時視頻、GIS地圖、流速流量、洪水預(yù)報、水質(zhì)監(jiān)測等。
2、數(shù)據(jù)集成化管控
數(shù)據(jù)集成化管控具有數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)分析、溯源推導、預(yù)報預(yù)警等功能。
3、水庫動態(tài)監(jiān)管平臺
4、構(gòu)建水庫洪水演進分析數(shù)字化場景，直觀化展示洪水時空演進過程，并實現(xiàn)山洪災(zāi)害風險落區(qū)的動態(tài)更新。
5、構(gòu)建統(tǒng)一、高效、科學、規(guī)范的山洪災(zāi)害防御體系，全面提升山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的信息化管理水平，有效預(yù)防、及時控制和最大限度的消除山洪災(zāi)害危害。
6、以動態(tài)化數(shù)據(jù)為依據(jù)一鍵生成災(zāi)情報告，并通過智能化預(yù)案，選擇最優(yōu)的調(diào)度方案，有效提高決策的科學性。
五、系統(tǒng)平臺
水庫管理平臺
數(shù)字孿生平臺
大壩安全監(jiān)測平臺
水庫管理平臺
水利一張圖
單點數(shù)據(jù)分析
水位數(shù)據(jù)分析
流速流量數(shù)據(jù)分析
監(jiān)測成果表自動生成
實景可視化、重要信息實景標注
相關(guān)視頻、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)展示
重點區(qū)域警戒看護
報警模塊
巡檢上報模塊
大數(shù)據(jù)看板—定制化
移動監(jiān)控端
六、系統(tǒng)功能內(nèi)容
（1）、智慧水庫數(shù)字孿生系統(tǒng)建立以水雨情監(jiān)測、大壩安全監(jiān)測、防洪調(diào)度、興利調(diào)度、應(yīng)急響應(yīng)以及綜合管理等核心業(yè)務(wù)為一體的綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為水庫工程安全管理提供業(yè)務(wù)支撐。
（2）、系統(tǒng)建立基于ESB、微服務(wù)、SOA、ETL的信息系統(tǒng)架構(gòu)體系，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)協(xié)同業(yè)務(wù)、系統(tǒng)與數(shù)據(jù)之間、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間提供高效的數(shù)據(jù)中臺和業(yè)務(wù)中臺，為信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能擴展提供有效的保障。
（3）、結(jié)合信息化系統(tǒng)建設(shè)情況，對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源進行匯聚、清洗、共享，通過數(shù)據(jù)算法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)最大限度的應(yīng)用，建立“一數(shù)、一源、一責”的制度體系，確保數(shù)據(jù)動態(tài)更新，為應(yīng)用系統(tǒng)提供規(guī)范的、可用的數(shù)據(jù)資源。
（4）、通過建立二三維一體化的GIS 平臺，借助無人機航拍技術(shù)、實景地圖技術(shù)等新型展示方式，將數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析模型與GIS 進行關(guān)聯(lián)，形成地理信息數(shù)據(jù)庫，發(fā)布具備工程管理價值的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。
（5）、借助于BIM 技術(shù)對重要的水工建筑物進行三維建模，將大壩安全監(jiān)測與三維模型結(jié)合，分析評估建筑物安全狀態(tài)，預(yù)測建筑物變化趨勢，指導工程管理和運行維護。
（6）、數(shù)字化監(jiān)護采用數(shù)字孿生技術(shù)，基于實測的遙感影像和勘察的水庫數(shù)據(jù)，構(gòu)建的一、二維水動力模型，預(yù)測分析洪水演進與淹沒過程，并在三維場景中展示防御對象的詳細信息。
（7）、通過無人機、無人船采集數(shù)字高程模型（DEM）、正射影像圖（DOM）、傾斜攝影模型及水下地形等地理空間數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)字孿生可視化模型，并結(jié)合水利專業(yè)預(yù)測預(yù)報模型，實現(xiàn)“預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”能力。
（8）、多部門聯(lián)動匯集水利、氣象等部門的數(shù)據(jù)，整合共享數(shù)據(jù)資源，打通多個數(shù)據(jù)源系統(tǒng)，實現(xiàn)跨部門數(shù)據(jù)共享，并開啟多級預(yù)警模式，實時開展動態(tài)研判。
（9）、智能預(yù)案通過移動端事件處置APP和跨部門聯(lián)動機制，實時動態(tài)掌控水庫情況和應(yīng)急處置情況，一鍵生成水庫監(jiān)測報告。
七、應(yīng)用案例
馬湖水庫數(shù)字孿生平臺
一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
四川合睿達水庫大壩監(jiān)測系統(tǒng)主要包括滲流監(jiān)測系統(tǒng)、流量監(jiān)測系統(tǒng)、雨量監(jiān)測系統(tǒng)、沉降監(jiān)測系統(tǒng)組成。每一個監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測儀器及自動化數(shù)據(jù)采集裝置（內(nèi)置通信裝置、防雷設(shè)備）、附件（電纜、通信線路、電源線路）等組成，主要是把布設(shè)在水庫各結(jié)構(gòu)物內(nèi)各類監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)按照特定的采集頻率進行采集，從而通過無線通信模塊將各采集系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)上傳至安全監(jiān)測云平臺中。
二、工作原理
監(jiān)測云平臺將各監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)整合在統(tǒng)一的平臺上，云平臺可對監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及人工巡檢、人工采集的數(shù)據(jù)實時進行管理、分析、處理，讓業(yè)主及工程管理人員實時掌握工程的運行狀況，及時、準確判斷工程的安全狀況提供可靠的依據(jù)，對整個工程實現(xiàn)持續(xù)不間斷的在線監(jiān)控。
三、系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容
變形監(jiān)測：表面位移監(jiān)測、內(nèi)部變形監(jiān)測、撓度監(jiān)測、裂縫和接縫監(jiān)測、基巖位移監(jiān)測；
滲透監(jiān)測：揚壓力、地下水位、孔隙壓力、滲流量；
應(yīng)力監(jiān)測：混凝土應(yīng)力、巖體應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、土壓力；
水文氣象監(jiān)測：溫度、濕度、風速風向、氣溫、氣壓、雨量、水位。
四、主要產(chǎn)品
水庫大壩監(jiān)測系統(tǒng)主要產(chǎn)品：滲壓計、水位計、量水堰計、多(單)點位移計、應(yīng)變計/應(yīng)變計組、無應(yīng)力計、鋼筋計、錨桿應(yīng)力計、錨索計、測斜儀、裂縫計、位移計、位錯計、土壓力計、土體沉降計、脫空計、固定式測斜儀、傾斜儀、GNSS、翻斗式雨量計、溫濕度計、無線智能振弦采集儀、多通道振弦/差阻采集儀、485通用采集儀。
五、在線監(jiān)測云平臺
云平臺提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)展示、圖表繪制、統(tǒng)計分析、安全預(yù)警和系統(tǒng)管理等功能，實現(xiàn)動態(tài)跟蹤管理，及時掌握大壩狀況的變化趨勢，輔助管理者科學決策。
（數(shù)據(jù)曲線圖）
根據(jù)滲壓計的測值，可換算成水壓、水頭、水位高程（需在平臺軟件上設(shè)置安裝高程）。通過云平臺可方便的自定義計算公式，可同時監(jiān)測滲壓計的溫度，查看測值與溫度相關(guān)曲線。根據(jù)滲壓計的測值結(jié)合實際工程信息，可繪制浸潤線。
1、滲流監(jiān)測管理系統(tǒng)
2、流量監(jiān)測管理系統(tǒng)
3、沉降監(jiān)測管理系統(tǒng)
4、工程大事記及管理中心
一、系統(tǒng)介紹
水庫雨水情自動測報系統(tǒng)輔助水利管理部門實現(xiàn)水庫雨水情信息“全要素、全量程、全覆蓋”自動測報。系統(tǒng)具備水庫水位、雨量、現(xiàn)場圖像/視頻等水文信息采集、傳輸、處理及預(yù)警廣播等功能，有效提升了雨水情信息的時效性和準確度，為保障水庫安全運行及輔助流域防洪聯(lián)合調(diào)度決策提供數(shù)據(jù)保障。
二、系統(tǒng)拓撲圖
三、系統(tǒng)功能特點
1、水位、雨量等數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測，及時報送汛情信息
（1）、遠程采集水位計、雨量筒等數(shù)據(jù)
（2）、按標準水文/水資源規(guī)約，通過4G/5G/NB-IoT/以太網(wǎng)/北斗網(wǎng)絡(luò)，自動上報至省、市、縣水利平臺
（3）、 可擴展流速、流量、水質(zhì)監(jiān)測等
2、圖像/視頻監(jiān)控，可疊加測點數(shù)據(jù)
（1）、對水庫關(guān)鍵位置進行可視化管理，方便汛期或險情發(fā)生時遠程巡檢
（2）、視頻監(jiān)控按需配置，滿足現(xiàn)場視頻實時查看需求
（3） 、圖像/視頻可疊加測點位置、庫水位、降水量等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)可視化遠程監(jiān)測
3、報警信息聯(lián)動預(yù)警廣播，及時通知可能受災(zāi)人員撤離
水位越限、大雨/暴雨自動預(yù)警，上傳報警信息并直接聯(lián)動警燈閃爍，高音喇叭自動播報防汛語音信息。
4、雙通道模式，信息傳輸更可靠
（1）、數(shù)據(jù)通道4G/5G/NB-IoT/北斗，圖像/視頻通道4G/5G，有效降低終端功耗 ；
（2）、主通道4G、備用通道北斗短報文，保障惡劣天氣情況下，終端正常上報。
5、越限自動報警，及時預(yù)警汛情
（1）、庫水位/降雨量超限時，系統(tǒng)自動報警，及時報送汛情信息；
（2）、自動向責任人手機發(fā)送報警短信（選配）。
四、硬件系統(tǒng)
五、監(jiān)管平臺
1、一張圖綜合展示，輔助管理
2、雨量、水位數(shù)據(jù)持續(xù)穩(wěn)定監(jiān)測，智能報警
3、巡檢管理，輔助人員調(diào)度
六、應(yīng)用案例
一、背景
隨著科技的不斷進步，人們對于自然災(zāi)害的防范和治理越來越依賴技術(shù)手段。白蟻作為自然環(huán)境中常見的害蟲，對于水利設(shè)施的危害不可小覷。許多堤壩內(nèi)白蟻活動頻繁，其蟻道四通八達，尤其在汛情時，這些蟻道可能成為堤壩垮塌的重要原因，建設(shè)一套白蟻監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)很有必要。
二、系統(tǒng)介紹
水庫大壩白蟻監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是通過使用先進的傳感器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)對白蟻活動的實時監(jiān)測和預(yù)警，通過聲波、震動、磁場等手段，監(jiān)測白蟻的存在和活動，提供及時反饋和警示，幫助人們采取相應(yīng)的防治措施，以減少白蟻危害。
三、主要設(shè)備
HRD-04B白蟻監(jiān)測裝置采用IoT領(lǐng)域基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)的一種新興技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接；具有低成本、低功耗、廣覆蓋等特點。一點一站，在網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋區(qū)域，不受應(yīng)用場景建筑結(jié)構(gòu)限制。采用白蟻喜歡吃的食物做誘餌，吸引白蟻取食，取食過程中觸動報警裝置。報警裝置發(fā)出信號，通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，監(jiān)測結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。用戶通知白蟻防治專業(yè)員，對報警的監(jiān)測裝置進行檢查，發(fā)現(xiàn)活體白蟻，用專用餌劑進行誘殺，達到預(yù)防和控制的目的。
產(chǎn)品特點：
1、HRD-04B白蟻監(jiān)測裝置采用了環(huán)路技術(shù)與自主網(wǎng)通訊技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等綜合運用，使該系統(tǒng)成為靈敏的白蟻監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。
2、改變了傳統(tǒng)監(jiān)測裝置必須純?nèi)斯ら_艙式檢查，監(jiān)測裝置做到了非開艙式白蟻自動檢測，并實現(xiàn)每天定時上傳自動檢測結(jié)果，后臺管理平臺立刻顯示檢測結(jié)果。
3、監(jiān)測準確率達到95%以上。
4、各個部件均采用模塊化設(shè)計，形成部件各自獨立，運營相互互合，便于運營中的局部更換。
5、監(jiān)測裝置外殼和內(nèi)架采用樹脂尼龍綜合材料，感應(yīng)電子模塊封裝達到IP68級，具有較好的耐腐蝕性，在潮濕、酸性等不同土壤環(huán)境中不易腐蝕，確保監(jiān)測裝置在嚴酷的土壤環(huán)境中長期正常運營。
四、系統(tǒng)優(yōu)勢
1、實時監(jiān)測：系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測白蟻的活動情況，及時發(fā)現(xiàn)異常。
2、自動預(yù)警：一旦系統(tǒng)檢測到白蟻活動異常，能夠自動觸發(fā)預(yù)警報警裝置，提供及時警示。
3、準確性高：通過科學的數(shù)據(jù)分析和處理，系統(tǒng)能夠準確識別白蟻活動特征，避免誤報或漏報。
4、可視化管理: 基于大數(shù)據(jù)的區(qū)域情分析判斷報警信息、維護信息、區(qū)域情情況.
五、系統(tǒng)用途
水庫大壩白蟻監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于各類水利工程中，如水庫、堤壩、水閘等。通過對這些重要水利設(shè)施的白蟻監(jiān)測，可以有效地預(yù)防和治理白蟻危害，保障水利工程的安全運行。
六、工程案例
一、國家政策
2021年水利部印發(fā)了《全國山洪災(zāi)害防治項目實施方案（2021-2023年）》，提出“到2023年，山洪災(zāi)害防治體系進一步健全，監(jiān)測預(yù)警能力進一步提升，努力補齊山洪災(zāi)害防治當前存在的明顯短板”的建設(shè)目標。
二、系統(tǒng)介紹
山洪災(zāi)害無線預(yù)警廣播系統(tǒng)由水位站、雨量站、無線預(yù)警廣播與入戶報警器通過無線連接和視頻會商系統(tǒng)組成。設(shè)置有黃色、橙色、紅色三個預(yù)警級別，當水位（雨量）上升到水位（雨量）站傳感器設(shè)定報警水位（雨量）時會及時產(chǎn)生報警信號，無線預(yù)警廣播和入戶報警器接收信號并進行報警，同時雨量和水位信息也會通過 GPRS/4G 傳送到系統(tǒng)平臺，可以通過視頻系統(tǒng)觀察具體信息。為更好地發(fā)揮系統(tǒng)的防災(zāi)減災(zāi)作用，還需建立群測群防的組織體系，加強宣傳培訓。
三、主要設(shè)備
山洪災(zāi)害無線預(yù)警廣播系統(tǒng)主要設(shè)備有簡易水位站、雨量報警站、水位流量站、水位視頻站、入戶報警器等。
四、系統(tǒng)功能
1、實時水雨情、工情信息綜合查詢統(tǒng)計分析;
2、多調(diào)度預(yù)案對比分析計算，并提供三維防洪調(diào)度仿真和推演;
3、內(nèi)嵌各種防洪調(diào)度專業(yè)計算模型可供選配;
4、結(jié)合洪水風險圖、防洪概化圖進行GIS展現(xiàn)和分析;
5、系統(tǒng)支持流域洪水聯(lián)合調(diào)度模型、支持水庫和蓄滯洪區(qū)等；
6、水利工程的運用和調(diào)度模型，支持潰壩、潰堤等水利工程運用的實時調(diào)度計算和場景模擬;
7、多層次水雨情監(jiān)測分析;
8、靈活的監(jiān)測預(yù)警方式，完整的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案;
9、基于GIS的可視化內(nèi)容豐富多樣、響應(yīng)速度快、系統(tǒng)穩(wěn)定;
10、提供可定制的預(yù)警評估模型;
11、提供并預(yù)留其他業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)的服務(wù)接口，可擴展定制。
五、平臺展示
山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警平臺對水位、雨量、設(shè)備工況、報警信息、視頻等要素實時監(jiān)測并統(tǒng)計分析，為防洪抗旱指揮調(diào)度提供決策依據(jù)，分析確定警戒雨量和危險雨量，超過警戒線及時預(yù)警，確保雨情及時監(jiān)測到位，預(yù)警信息及時發(fā)出，可對接市、省、國家監(jiān)測預(yù)警平臺，與氣象、國土、水文信息平臺共享數(shù)據(jù)，為防災(zāi)減災(zāi)提供實時信息服務(wù)。
