智慧方案基于数字孪生的智慧水利建设思路与实践

基于数字孪生的智慧水利建设思路与实践华为水利水务业务部总架构师

刘二佳2021.06.11武汉内涵与特征应用场景总体架构发展路径1324预报预警预演预案感知

采集汇聚治理数字孪生驱动下的智慧水利：内涵影响转化物理外关部系环境关系智能交互+智能联接+智能中枢数字孪生镜像平面数字业务逻辑/规则

影响

转化

边界

约束物理

关系/规则虚体外部业务逻辑数字水利物理水利影响转化物理实体数字虚体数字模型数字过程物理过程物理模型转化影响影响影响转化转化边界约束

全域感知，实现由实到虚

智能操控，实现由虚控实

深度学习，实现自我优化

更新迭代，实现流程再造数字孪生驱动下的智慧水利：特征模虚

映关智能交互+智能联接+智能中枢数字孪生镜像平面数字水利物

理水

利实

射系型

模型&AI知识贯穿和系统发展的成长能力=智慧水利精准映射\虚实交互\智能干预

的数字水利

孪生场景问题导向按需孪生的场景水利数字化数据汇集和贯穿的集成融合数字孪生驱动下的智慧水利：构成水利要素和业务数字化物理水利智慧化场景关系具象化业务逻辑智能化水利数据资源目录数字孪生驱动下的智慧水利：数据价值水利数字孪生平台水利数据交换共享平台空间关系逻辑关系依存关系关联关系转化关系

数据融合三维结构二维结构时间

信息结构决定价值数据价值N2传统智慧水利新型智慧水利数据汇聚时间序列精准360金刚石信息石墨空间5、一：国家水网一盘棋6、系统优化：结构关系、资源配置、外部干预

条件3、平台赋能：模拟仿真、智能推演、知识驱动

4、场景构建：可记录、可分析、可计算，记录

过去、现在及未来1、虚实映射：全域全要素数字化2、逼真渲染：视觉特效、AR/VR/MR

3、动态识别：主题、对象、边界、状态数字孪生驱动下的智慧水利：业务价值可用可思考可看虚实对应精准映射协同交互智能推演物理水利数字水利内涵与特征应用场景总体架构发展路径1324明亮双眼(AI)鲜活血液(数据)开发建设。手代表了智慧水利各类应

用，在数据、AI等支撑下，

实现业务应用的智能化。水利数字平台GIS/BIMIoT融合通信

大数据ROMAAI服务

公有云

私有云

混合云智慧水利业务全智能一图全面感知一键辅助决策一体指挥联动数据全融合通用平台能力通用数据能力资源全云化云、网络联接（5G

等）要素全采集•光谱水质分析仪

•

一杆通•AI视频行业应用智慧河湖基础网络有线传输机器视觉和传感是智慧水利

的眼睛，通过视频、人工智

能等技术敏锐感知物理水循环的发展变化，获取无处不

在的感知数据和视频水利数

据。新型

传感

设备AI视频光谱水质分析一杆通智慧大脑(IOC)运营指挥中心是智慧水利

的大脑，作为智慧水利的

运行监测中心、指挥中心、分析决策中心.畅通经脉(云网)云网是支撑智慧水利的经脉（神经系统),统筹基础的云网设施

，

支

撑

智慧水利应用的数据是智慧水利的

血液

，血液的流动

连接大脑、手脚

，

表现为数据的互联

互通

，业务的跨部

门协同。理念牵引雨量/压力/水质/水情/工情……感知采集设备灵活双手(应用)架构支撑视频专网水库管理防洪排涝53124F5G/5G知传感用微波•

•

••

••物联场景

联动数据场景依赖DSM、

BIM、水下地形建设二三维+BIM融合的数据框架微观数据框架航空、无人机遥感、高精度DEM、河道范围等对特定区域精细化建设，

增补卫星遥感数据精度与更新周期的不足中观数据框架遥感卫星、

30m地形地貌、水文地质对江湖湖泊、水利工程、水利管理活动等大颗粒度水利地理宏观数据框架建设宏观数据框架微观层面

中观层面宏观层面视频场景

软感知场景孪生数据底座物联场景++…指挥中心（大屏、中屏、小屏）•

水资源配置“一眼明”工程运行“一”•

工程建设“一盘棋”

公众服务“一站式”水利治理（智慧）•水旱灾害防御•

水资源集约安全利用数字孪生空间（孪生）•1个知识驱动中枢•1个孪生支撑中枢•1个基础支撑中枢•1个数据融合中枢一网络（互联）•

通信网

物联网物理感知空间（感知）•取用水感知•

险情感知•灾情感知智能中枢空调一张全域立体感知网一个智能中枢安防网络信号灯一张水网运行

图一键水利治理一键水利治理•水文感知•工情感知•管网感知•

水资源管理与调配•

江河湖库生态治理一运行图险情感知水生态感知全域立体感知水情感知雨情感知

工情感知SDN5G/WiFi/NB-IoT墒情感知基站IOT内涵与特征应用场景总体架构发展路径1324应用场景1：态势感知——全域全要素尽收眼底流域综合调度系统(水安全，水环境，

水生态）可编排决策分析片：雨情水情积水灾情工程调度调度效果……时间总指挥防御处工作人员流域机构工作人员时刻1气象态势暴雨中心迁移流域水雨情时刻2工程险情潮汐态势流域灾情时刻3……时刻n-1时刻n调度效果总体调度过程流域调度过程全市内涝分布雨洪过程雨洪过程总体调度方案流域调度方案机理模型水务大数据内涝/河道/水库卡片应用场景2：决策分析——动态推演，

因图决策调度动态推演过程流域分析卡片气象/潮汐卡片

应用场景3：联动指挥——事件驱动，

融合会商，

跟踪闭环⑥ICP融合通讯/视频现场监视⑤应急全景④组织保障①事件态势②决策方案③指令跟踪工程360度画像

低风险

中风险

高风险定期巡检特别巡检

风险评估应急处置应用场景4：工程360画像——安全监管治河工程防洪排涝…大坝引水工程预警预警规划阶段数字世界规划物理世界建设阶段物理世界融合数字世界管理阶段实时读写水利软件定义水利一绘到底一干到底一管到底应用场景5：水利工程规建管一体化业务闭环构建建设监管融合保障水利工程落地逐步实现多规融合提高规划管控能力物理空间虚实交互提高水利治理效能建设实施BIM施工图审查建设监管工程经济监测工程状态监测BIM规

划编制发改业务审批竣工验收审批BIM施

工报建BIM规

划报建规划业

务审批工程

生态

监测工程

智能

管理视频监控调度

蓄滞洪区水文监测降雨监测河道水文监测调度流量监测湖泊监测调度水位监测雨水、污水井状态监测洪峰出现时间排水管道状态监测风险排查指挥调度低洼积水，注意安全●●●●洪水预报、预演

（机器建模、机器学习）分析预测实时：秒级风险排查、实时预警

及指挥调度（雨洪、洪水、海绵城市、海啸）BIM

+

物联网监测+水动力/水文产流模型大数据模型应用场景6：

防洪“四预”实时预警（视频、传感）●T+0hT+2hT+6hT+16h普通场景

1、人为举报，视频排查2、现场沟通、取证、了解情况3、协调部门处理事发T+0h

T+0.5hT+4h孪生场景应用场景7：河湖监管问题快速处置通过多元数据孪生技术，优化业务流程，问题发现由被动变为主动，管理处置流程由现场变为远程

，

由断点处置变为全流程可视化闭环处置。融合视频2、远程会商、调度、处置基础数据（地形地貌建筑）事终智能模型（可视化调度、处置）1、视频分析，主动发现知识库数据物联感知应用场景8：水源地污染事件追溯，水资源配置调度预演污染溯源/扩散模型分析水资源配置辅助决策污染监测污染影响程度及范围分析

灌区

监测采集时间生态污染物类型污染物浓度风速风向监测采集地点地理地形企业大气气压污染溯源分析污染扩散分析城市内涵与特征应用场景总体架构发展路径1324突破口当前，要坚持需求牵引和价值导向，以需求迫切、基础较好、潜力巨的应用场景为突破口，在重点领域、重点环节率先实现突破，树立一批典型模式和样板长期性数字孪生是一套支撑数字

化转型的综合技术系统，技术在发展，应用在深化，

体系在演进，其应用推广

也是一个动态的、演进的、长期的过程阶段性数字孪生的出现是信息化发展到一定程度的必然性结果，数字孪生正成为描述、认识物理世界的新型工具艰巨性数字孪生

=数据+模型+场景，行业在数据采集、模型积累、场景设计等方面存在诸多短板，成为制约数字孪生发展的瓶颈战略高点实践获益战术先行©2018

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