智慧水利建设顶层设计解决方案

智慧水利建设顶层设计解决方案INTERNATIONALMEDICALSUMMITFORUM智慧水利建设背景“2+N业务”应用数字孪生流域建设政策背景《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》到2025年，通过建设数字孪生流域、“2+N”水利智能业务应用体系、水利网络安全体系、智慧水利保障体系，推进水利工程智能化改造，建成七大江河数字孪生流域，在重点防洪地区实现“四预”，在跨流域重大引调某省市市重点河湖基本实现水资源管理与调配“四预”，N项业务应用水平明显提升。《国家水网建设规划纲要》规划发展目标到2025年水网工程智能化水平得到提升；到2035年数字化、网络化、智能化调度运用基本实现；推进安全发展、推动绿色发展、加快智慧发展、统筹融合发展、完善体制机制，逐步形成国家水网“一”。《“十四五”水利科技创新规划》绘制国家水网“一”，动态评估和预警各类风险；构建国家水网工程数字孪生；地下水流场模拟及预警；洪水预测预报；山洪灾害风险智能识别技术、山洪灾害监测预报预警；防旱抗旱“四预”决策平台；洪涝模拟与预报调度；数字孪生流域和数字孪生工程建设。《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》计划用2年时间，在大江大河重点河段、主要支流开展数字孪生流域建设先行先试，在重要水利工程开展数字孪生水利工程建设先行先试。“十四五”智慧水利建设目标：坚持“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，通过建设数字孪生流域、“2+N”水利智能业务应用体系，推进水利工程智能化改造，建成七大江河数字孪生流域，在重点防洪地区实现“四预”，在跨流域重大引调某省市市重点河湖基本实现水资源管理与调配“四预”，提升N项业务应用水平，建成智慧水利体系1.0版。网络安全体系物理流域江河湖泊水利工程治理管理活动对象影响区域数字孪生流域信息基础设施水利感知网水利信息网水利云数字孪生平台数据底板基础数据多维多时空尺度数据模型监测数据业务管理数据跨行业共享数据地理空间数据模型平台水利专业模型数字模拟仿真引擎智能模型可视化模型知识平台水利知识图谱水利知识引擎历史场景模式业务规则专家经验业务应用流域防洪水资源管理与调配N项业务保障体系智慧水利业务架构建设数字孪生流域和“2+N”智能业务应用，助力新阶段水利高质量发展。智慧水利建设背景“2+N业务”应用数字孪生流域建设数字孪生流域建设数据底板模型平台水利专业模型水文模型水环境模型水力学模型水资源模型水土保持模型泥沙动力学模型水利工程安全模型智能模型遥感识别视频识别语音识别模型管理仿真引擎场景配置仿真设计可视化模型自然背景水利工程水利机电设备流场动态四预过程地图服务数据服务目录服务共享服务管控服务数据标准管理数据治理数据血缘管理数据质量管理数据开发管理数据安全管理数据汇聚数据映射水利数据模型水利网络模型水利工程BIM模型知识平台业务规则历史场景专家经验预报调度方案知识图谱水利知识知识融合知识推理知识存储知识表示知识抽取知识引擎基础数据监测数据业务管理数据跨行业共享数据地理空间数据业务数据汇集平台视频级联集控平台遥感接收处理服务平台多维多时空尺度数据模型数据资源池水利云专有云计算资源存储资源网络资源云管理平台公有云传输业务网城域网部门网广域网感知国家水网智能化通信设施卫星通信传输网络北斗水利感知网数字孪生平台信息基础设施数字孪生流域地形地貌流域数字高程模型土地利用类型植被覆盖溢洪道大坝渗压泵站设备分洪区蓄滞洪区防洪工程重点工程区域影像三维地貌主要江河水库湖泊江河水系主要江河水库湖泊水利工程闸门、泵站、水库、灌区、引调水等水利工程外形特征及细节构造水闸重点区域蓄滞洪区重要城区重点保护区数字孪生流域通过物联网、大数据、人工智能、虚拟仿真等技术，以物理流域为单元、时空数据为底座、水利模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的数字化映射、智慧化模拟，实现数字孪生流域和物理流域的同步仿真运行、虚实交互、迭代优化。信息基础设施数据底板模型平台知识平台信息基础设施建设基于构建集约高效、先进智能、实用安全的水利信息基础设施，为水利业务提供“算力”支撑。水利感知网江河湖泊水利工程管理活动影响区域水土流失视频水位水量水质渗流渗压地形卫星遥感无人机流量计水位计…渗压计…无人船…航天航空地面地下水下水利信息网5G北斗通信物联网互联网水利专网工控网水利云政务云（信创云）水利云“天空地水”一体化水利感知网络泛在互某著名企业信网络异构算力融合云资源信息基础设施建设：感知网水利智能感知设备，依托边缘网关提供的多种智能算法，支撑多种水利业务场景。视频监控设备水位流速雷达微型雨量站太阳能供电边缘智能网关支持多种设备接入支持多种通讯方式人员入侵检测水尺读数识别漂浮物识别采砂船识别闸门开度识别积水深度识别支持边缘计算能力河道管理水库管理水利工程管理采砂管理多样化传感器边缘计算网关业务场景算法主要功能信息基础设施建设：云边端协同边缘云终端风量水位雨量光照水质雨量站、地下水站监测管理山洪站、中小水库监测管理取用水站、水文站、大小型灌区监测管理AI卫星近场通信手段公有云私有云终端数据汇集和分析终端设备传感和控制边缘数据汇集和分析边缘阶段控制和管理数据中心、指控中心，统筹业务规划及管理，20%的高级决策。汇聚前端数据，实现数据分析、算法训练等业务，承担60%的决策。端侧接入场站传感器，负责数据采集及分析，实现水利、水文数据的实时监控、智能计算、异常告警、AI分析等功能。信息基础设施建设：信息网水文监测系统（北斗RDSS短报文）水利工程监测-大坝位移5G无人机无人船实时巡河水利工程AR/MR远程管理水利工程机械远程控制基于IPv6的物联网北斗卫星通信和定位、5G、IPv6等技术，助力水文监测、河湖监管、大坝位移监测，以及闸泵站等水利工程远程控制、防洪排涝VR指挥等业务应用。信息基础设施数据底板模型平台知识平台数据管理平台数据资源池L3级L2级L1级覆盖重点水利工程：水库、水利枢纽、调水工程、闸门覆盖重点区域：某省市市级水利部门覆盖全国：基于水利一维场景、基础数据复核更新、监测数据汇交、跨界数据共享业务管理数据基础数据监测数据地理空间数据跨行业共享数据数据底板建设数据底板即算据，基于水利一化完善数据底板，构建基础数据统一、监测数据汇集、二三维一体化、跨层级、跨业务的智慧水利数据底板。数据底板建设数据级别数据范围数据类型精度要求范围更新频次L1水利部地形30m全省某省市级测绘局数据，同步更新影像2m全省某省市级测绘局数据，同步更新L2XX河流域地形15m3693㎢地形变化较大时及时更新影像1m3693㎢每3年更新1次水下地形断点300m，测点10m156公里2年1次BIM模型主坝：LOD30080000㎡重要部位发生较大变化后及时更新XX重点区域地形2m160㎢每年更新1次影像0.2m160㎢每年更新1次L3水库单体工程地形0.5m40㎢每年更新1次影像0.1m40㎢根据工程运行管理需要确定倾斜摄影模型优于3cm40㎢每年更新1次BIM模型主坝：LOD300、溢洪道：LOD30080㎡重要部位发生较大变化后及时更新信息基础设施数据底板模型平台知识平台水利专业

模型水文模型降雨预报洪水预报冰凌预报…水力学模型洪水演进河口演变工程联合调度流域降水径流泥沙动力模型坡面产流产沙沟坡区重力侵蚀沟道水沙演进…水资源模型水资源量分析评价水资源调配模拟水资源承载力评价区域与行业节水潜力评估水环境模型污染物输移扩散水土保持水生态模拟…水土保持模型土壤侵蚀预报淤地坝洪水预报……水利工程安全模型建筑物安全评价引水、蓄水、输水方式安全…智能模型遥感识别模型河湖四乱生产建设项目扰动地表水体土壤墒情…视频识别模型水尺水位采砂船闸门启闭人员入侵…语音识别模型公众查询意见反馈举报投诉…可视化模型自然背景水利工程流场动态水利机电设备“四预”过程数字模拟仿真引擎模型管理模型开发模型发布模型注册模型共享模型运营…场景配置全要素场景加载数据可视化配置模型对象编辑场景发布场景状态管理…仿真设计碰撞检测动态视觉特效物理驱动空间计算实时渲染…模型平台建设建设标准统一、接口规范、分布部署、快速组装、敏捷复用的模型平台，对水利治理管理活动进行数字化模拟，为数字孪生流域提供模拟仿真功能。可视化模型为模拟仿真提供实时渲染和可视化呈现，实现水利业务运行环境的快速搭建和无代码配置。可视化模型数字模拟仿真引擎水利专业模型智能模型自然场景水利工程流场动态水利机电设备模型平台建设：可视化模型智能模型，以遥感、视频及语音数据进行结构化分析，实现对水利目标相关的特征信息和动态目标行为事件提取及分析，并对各类感兴趣信息进行检索、处理和诊断等。可视化模型数字模拟仿真引擎水利专业模型智能模型悬浮泥沙监测侵占水体识别违建识别生态治理识别水体富养监测垃圾识别水尺识别人员落水识别非法采砂识别非法堆放识别公众查询意见反馈举报投诉查询黄河概况这是您要查询的信息倾听中...遥感识别模型视频识别模型语音识别模型模型平台建设：智能模型水利专业模型库完善并集成了水文模型、水力学模型、水资源模型、水利工程安全模型等，模型库中的模型可以独立使用，也可以利用水利模型库装配能力，实现自主可控、灵活组装生成新模型，为模拟仿真提供”算法”支撑。可视化模型数字模拟仿真引擎水利专业模型智能模型水文模型水动力模型水利工程安全模型水资源模型水环境模型水土保持模型泥沙动力模型降雨预报洪水演进水污染扩散水利专业模型模型平台建设：水利专业模型数字模拟仿真引擎具备高效管理各类模型协同运算的能力，提供高效的三维场景搭建能力及高逼真实时渲染能力以驱动水利虚拟对象系统化运转，实现数字孪生流域与物理流域实时同步仿真运行。模型开发模型注册模型发布模型管理全要素场景加载模型对象编辑场景状态管理数据可视化配置场景发布场景配置全实时渲染数据要素交互空间分析动态视觉特效图层绘制仿真设计可视化模型数字模拟仿真引擎水利专业模型智能模型二三维数据底板物联网数据业务专题数据水利专业模型MR可视化智能模型数字模拟仿真引擎统一管理、统一运营业务展示内容自定义编排自由组态静态数据及动态数据的快速计算仿真大小中多屏联动模型平台建设：数字模拟仿真引擎信息基础设施数据底板模型平台知识平台知识融合知识推理知识存储知识表示知识抽取水利知识库预报调度方案方案标准化调度规则管理调度流程创建…知识图谱水利知识表示水利知识抽取水利知识融合水利知识推理业务规则法律法规规章制度技术标准管理办法历史场景调度执行方案数字化暴雨洪水特征挖掘…专家经验重点流域历史场景预报调度经验挖掘过程再现经验验证经验修正水利知识存储规范规程规则抽取、规则表示规则管理…水利知识

引擎知识平台建设深入挖掘水利知识库在智慧水利“2+N”四预业务上的应用场景，构建用、动态优化、持续更新的水利知识平台，为新时期智慧水利提供智能“算法”服务。围绕全量的数据融合和关联存储，利用本体论抽象出各类数据资源的关系，构建统一的语义数据模型并进行映射存储和关联索引，实现跨媒体的数据融合和关联，支持智能化搜索与探索式分析.人工智能

技术本体数据对象属性/值数据对象属性/值结构化数据文本视频图像……抽取与解析解析插件定义图谱数据本体定义与管理对象-属性-关联映射自然语言处理视频图像

处理…关联关系关联类型以松涛水库为例，依托已建立的本体模型，探索松涛水库与灌区、河流、水库、测站、行政区划等水网对象的关系。探索松涛灌区水资源常规调度及抗旱调度的降雨、来水、需水、供水、排水、工程调度专家经验等信息关联关系，为灌区水资源调度提供知识经验。省级防台：探索产生地、路径、登录地点等信息相似台风下的工程调度经验，为防台调度提供知识经验支持。属性类型对象类型属性类型对象类型属性类型对象类型知识平台建设智慧水利建设背景“2+N业务”应用数字孪生流域建设“2+N”智能业务应用2+NN项智能应用水利工程建设和运行管理应用建设水利工程安全运行管理应用流域防洪应用构建洪水防御数字化场景建设洪水防御应用建设旱情防御应用水资源管理与调配应用构建水资源管理与调配数字化场景建设水资源调度应用某省市供水安全保障应用建设水资源管理应用建设用水强度评价应用构建水利工程建设数字化管理应用河湖长制与河湖管理应用构建河湖管理数字化场景完善河湖监管应用水土保持应用构建水土保持数字化场景构建水土保持智能模型完善水土保持业务应用农村水利水电应用构建农村供水业务应用建设智慧灌区完善小水电监管业务应用节水管理与服务应用计划用水管理节水技术产品发布节水载体管理用水定额对标达标重点用水户监管南水北调工程运行与监管应用建设智慧南水北调应用构建南水北调工程安全运行监管应用水行政执法应用完善水行政执法监控平台搭建水行政执法综合管理平台水利公共服务应用完善数字化水利政务服务完善水利公共服务应用打造水利融媒体平台水利行政应用完善移民工作智能监管应用建设乡村振兴智能监管应用完善智慧财务管理应用建设智能协同办公应用水文管理应用水文监测信息管理水文监测分析评价水文信息发布水利监督应用建设水利综合监管平台“2+N”智能业务应用：流域防洪预案降雨预报冰情预报墒情预报台风预报水文预报集成耦合水工程预报信息和流域防洪调度、水资源管理调配、水工程调度运用、突发水事件等，设定不同情景目标，实时分析风险形势，对水利调度方案进行模拟仿真预演。完善预警发布机制，及时将江河洪水、山洪灾害、渍涝灾害、工程灾害、旱情灾害、供电危机等信息直达一线，及时采取措施预防，做好防灾避险准备。总结分析历史事件和现状基础上，对未来可能发生的洪水、墒情、凌汛、台风暴潮等进行预测预报，提高精准度，延长预见期。结合水工程运行状况，对预演结果进行分析评估，滚动调整水工程运行、应急调度、人员防灾避险等优化方案，提高科学性和可操作性。预演预警预报雨情预警水情预警工情预警旱情预警…预案调度专家经验预案预演指挥决策“2+N”智能业务应用：水资源管理与调配基于多源数据及水资源来水量预测预报、需水量预测、水资源优化配置等模型，对区域水资源刚性约束指标、重点河流生态流量、地下水超采区水位等预警，对水量分配方案预演，优化水资源配置调度。取水口河流信息采集优化配置预案更新水库湖泊地下水工程调度方案水量调度方案供水计划闸门智能控制用水户模拟评价数字孪生XX流域工程智能体控制调度会商决策实时调度方案水量调度预案知识库调度总结模型库日常管理水量配置水量调度调度后评估评估提升“2+N”智能业务应用：水利工程建设管理水利工程数字化溢洪道大坝南丰进水口XX江流域XX水库某省市河流水系启闭机水闸控制柜某省市市遥感影像L2级XX流域L3级重点水利工程“2+N”智能业务应用：水利工程运行管理强化工程安全预测预警、运行监测与管理数字化，提升水利工程建设全生命字化管理水平。渗压渗流形变人员入侵