T∕CI 1200-2025 数字孪生城市河网水环境调度系统建设要求

数字孪生城市河网水环境调度系统建设要求2025-10-17发布2025-10-17实施中国国际科技促进会发布I Ⅲ1范围 12规范性引用文件 1 14总体架构 25信息化基础设施 3 47模型平台 68知识平台 89业务应用 9 11安全要求 12运行维护 参考文献 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院提出。本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院、北京中软国际信息技术有限公司、苏州高新区(虎丘区)城乡发展局、苏州高新城市交通发展集团有限公司、中国水利水电第三工程局有限公司、长江水利委员会长江科学院、中水珠江规划勘测设计有限公司、北京江云智能科技有限公司、鸿基骏业环保科技有限公司、河南瑞达信息技术有限公司。本文件主要起草人：范子武、刘国庆、卢弋、于兵、徐振华、彭紫赟、李宗新、赵俊程、盛程传金、张石。1数字孪生城市河网水环境调度系统本文件规定了数字孪生城市河网水环境调度系统建设的总体架构、信息化基础设施、数据底板、模型本文件适用于数字孪生城市河网水环境调度系统的建设与运行维护，其他水环境调度管理系统建设参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，GB17859计算机信息系统安全保护等级划分准则GB/T20269信息安全技术信息系统安全管理要求GB/T20270信息安全技术网络基础安全技术要求GB/T20271信息安全技术信息系统通用安全技术要求GB/T22239信息安全技术网络安全等级保护基本要求GB/T22240信息安全技术网络安全等级保护定级指南GB/T30319基础地理信息数据库基本规定GB/T35637城市测绘基本技术要求GB/T36625.3智慧城市数据融合第3部分：数据采集规范GB/T36626信息安全技术信息系统安全运维管理指南GB/T51212建筑信息模型应用统一标准CH/T9015三维地理信息模型数据产品规范SL323实时雨水情数据库表结构与标识符标准SL/T324水文数据库表结构及标识符SL/T478水利数据库表结构及标识符编制总则SL/T701水利信息分类与编码总则SL/T809水利对象基础数据库表结构及标识符3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。水系网络。注：其核心目标是通过泵站、闸门等水利工程的智能化管控，优化水环境质量，保障城市供水安全与防洪排涝能力。对闸泵工程进行自动化改造，使其具备现地、远程开启和关闭功能，基于特定预案对闸泵工程群进行样化表达，全局展现过去、当前和未来业务可能面临的发展态势，为决策提供重要信息的业务系统全局态势感知的一种数字化表达形式。集成闸泵水力学模型且可自动调节闸门开度的硬件盒子，通过与河网模型信息对接，实现闸门流量4总体架构4.1数字孪生城市河网主要由信息化基础设施、数据底板、模型平台、知识平台四部分构成，具备联控联调功能，突出水质动态调控、多目标联控联调、短历时暴雨应急处置等关键场景，支撑城市河网水环境调度等业务应用。总体架构见图1。业务应用业务应用数字大厅实况预报预警预演预案机理模型(水文、水动力、水质、水生态……)、大河网所在区域(L1)重点河湖库(L2)重点水利工数据引擎融合治理挖掘服务信息化基础设施物理水网地形地貌数字孪生城市河网安全保障体系运行保障体系模型模型平台知识平台数据底板34.2水环境调度系统建设宜以数字孪生平台为核心，实现数据集成，提供资源共享。4.3水环境调度系统建设宜优先使用自主可控、安全可靠的技术路线与软硬件产品，符合国家信息安全与关键技术可控的相关政策要求；同时系统宜与主流软硬件平台保持兼容适配，并具备迭代优化能力。4.4数据底板、专业模型、知识库应建立动态更新机制，保障物理河网与数字孪生河网的实时映射，宜具备数据回溯功能。4.5模型平台模拟计算、渲染效率宜满足实时辅助决策与流畅运行的需求。4.6针对骨干河道湖泊名录中的河道、湖泊数据底板建设，其精度宜参照SL/T837的分级要求执行。4.7水利工程建筑信息模型精度宜达到LOD200及以上。4.8空间基准采用2000国家大地坐标系(CGCS2000),在城市河网所在范围内采用地理坐标；高程基准采用1985国家高程基准，采用其他高程系应注明换算关系。5信息化基础设施5.1水利感知网以城市河网水环境调度需求为目标，明确信息采集范围与监测对象，制定感知站网布设原则，确定气象、水文、水质、水生态、工程运行状态与安全等监测要素。为提升短历时暴雨情景下的监测精度与调度响应能力，气象监测宜涵盖局地加密雨量站，重点在城市易涝点、重要河道节点等区域布设。宜建立传统监测手段与卫星遥感、航空遥感、无人机(船)、机器人和视频识别技术相结合的数字孪生监测“三道防线”,满足水利业务对数据和信息在空间尺度、时间频次、精度等方面的需求，具备突发涉水事件应急处置的现场信息感知能力。5.2水利信息网水利信息网包括以下内容和要求：a)水利工控网、水利业务网和电子政务网；b)支持5G及以上、IPv6、物联网等网络技术，支持基于SDN资源动态调配；5.3水利云资源水利云资源包括以下内容和要求：b)可采取集中式和分布式相结合的方式建设；c)计算资源需支持分钟级快速弹性调配、自动均衡负载并实时监控，存储资源要能灵活扩容、按需分层存储，且配套自动化备份恢复机制；d)宜充分考虑多用户并发的高性能渲染资源配置需求。46数据底板基础信息包括以下对象：主要包括雨情、水情、工情、水质、水利工程安全监测、视频、沿海城市出海口潮位监测等感知数据。监测手段宜包含地面站网、卫星遥感、无人机巡测、视频智能识别等技术手段。舆情感知可作为可选监测要素，建议仅在突发水事件应急响应时根据实际需求接入。6.1.3跨行业共享数据跨行业数据。6.1.4地理空间数据宜从以下几种方式中获取数据：a)L1级数据底板共享水利部基础测绘数据，遵循SL/T797规定，利用国家相关地理信息服务平b)基础数据主要依据水利普查、水旱灾害风险普查成果或通过调查与测量方式获取；c)监测数据主要通过对接纵向水利部门水雨情、水质、工情、水资源等数据库及视频平台获取，同时整合相关部门共享的跨行业监测数据，并进行必要的补充建设；d)业务管理数据通过整理对接行业日常管理过程中和业务系统运行过程中产生的数据获取；e)跨行业共享数据通过政务外网共享获取；f)地理空间数据通过高分遥感影像解译、无人机倾斜摄影、工程设计文件提取等方式获取；g)当网络限制导致无法获取水利部基础数据时，经主管部门审核同意后，可采用经认证的第三方商业数据资源。其精度和时效性应满足本标准要求，并确保合规性。6.3.1水利数据模型5和其他语义一体化组织的数据模型，形成描述水利信息全貌的模型体系。6.3.2水利网格模型6.4数据引擎据简化等规范化处理。数据治理结合应用场景，综合考虑模型与底板构建和信息展示的数据需求，采用数据标准、元数据管治理工作。数据挖掘运用统计分析、机器学习、模式识别等方法从数据资源中发现物理城市河网全要素之间存性、预测性和因果性分析等。数据服务主要包含以下方面：a)水利数据查询服务，提供水利知识库全文检索、全域检索功能，查询数据应通过标准化接口进行服务，定期更新发布数据目录。6.5.1基础信息库基础信息库用于存储变动不频繁的、公用程度高的水利对象的基础信息，为水利业务应用提供数据支撑，基本信息库建设应遵循SL/T478、SL/T809等要求，主要包括以下对象的基础数据。a)河湖基本信息。主要包括城市范围内河湖水系的空间位置与结构特征，如流域基本信息、河流水位、堤顶高程等防汛相关信息。b)水利工程基本信息。主要包括：和管理单位及责任人信息表等相关数据库表；63)主要水闸、泵站等水利工程的调度方案、应急预案等。c)各类监测站点基本信息。主要包括水文监测站、水生态监测站、水量监测站、水事影像监视点、水质监测点等各类监测站点名录、基础信息表和管理单位及责任人信息等相关数据库表。d)其他水利对象基本信息。主要包括水资源分区、水功能区河湖管理范围、岸线功能分区、水源地、取水口、退排水口、取用水户和退排水户等各类其他水利对象名录、基础信息等相关数据e)经济社会信息。主要包括人口分布、取水口及供水范围、排水口、退水口及水利分区等地理信息数据及相关属性信息；区域土地利用信息(包括水面、硬化地面、水田与旱地等几种类型)。设应遵循SL323、SL/T324等库表规范。用于存储模型的基础属性信息，包括基于水利模型功能划分(包括防洪排涝模型、引调水模型等)、模型区域(包括镇街、圩区等不同等级区域)、模型版本(根据工情变化更新模型)等模型进行数据库关联和供统一管理。用于存储支撑业务应用运行所需数据，业务运行过程生产的数据，包括系统预报方案相关数据、预警7.1构建原则水利专业模型主要包含以下方面：要承担水文水动力过程、水资源利用与水质变化的模拟仿真，为水旱灾害预测、水环境预警、水利工程调度等应用提供支撑；b)水利大数据模型宜基于历史同步监测数据，利用水利专业模型产生数据，补充相似或历史数据质等过程进行模拟与预测；c)水利优化决策模型通过智能算法与模拟模型协同迭代，搜索调度方案的可行解或优选解，支持水利工程系统的多目标协调调度与辅助决策。7专业模型符合以下技术要求。a)专业模型的构建宜充分整合利用已有模型相关研究成果。模型尺度宜根据业务需求确定，确保b)机理和大数据模型模拟精度宜根据具体水利业务需求确定。对于水文预报类模型，模拟预见期宜通过接入气象预报数据延长，模拟精度可参照GB/T22482规定的乙级及以上标准；对于其他专业模型，应满足业务支撑要求，模拟精度宜单独测试验收。c)水利专业模型可基于自研代码或第三方的水利专业模型构建，应满足可封装、可部署、可上架、可订阅等技术要求。d)模型支持在线率定验证，满足实时滚动运行的需求；计算效率宜满足动态调度与辅助决策的时效性要求，确保模型在常规业务规模下能够快速完成单次模拟运算，并在更大规模或更复杂耦合模型的情况下通过算法优化、并行计算或高性能硬件部署等方式维持滚动预报与动态调度的连续性；模型宜支持模拟计算结果与实况进行对比、分析与校正。7.3智能识别模型采用人工智能理念和云边协同模式，通过机器学习框架从遥感、视频、语音等数据中提取水利对象特征、模拟关键行为和状态，辅助精准研判与决策。智能识别模型主要包含以下方面：a)遥感解译采用机器学习算法训练图像语义分割与提取模型，实现遥感图像中地表水体、岸线、土地利用等特征的提取和自动识别；b)视频识别基于深度学习等技术构建对象识别、行为识别、状态识别等模型，实现岸线突变、水尺c)语音交互基于自然语言理解等技术，实现信息查询、情景分析、决策建议等多种应用场景中人机智能交互功能。智能模型可基于通用框架的微服务架构搭建，采用主流编程语言开发，基于标准接口对外提供智能模型服务，能够与其他平台或业务系统相互耦合衔接，完成秒级数据交互。宜包括以下方面：可视化模型技术要求包含以下方面。a)数据格式要求包括但不限于以下方面：81)地理信息系统数据方面宜支持DEM、TIF等格式高程数据，JPEG、TIF格式影像数据，SHP格式矢量数据；2)人工建模数据方面宜支持FBX、OBJ等格式三维模型数据；3)建筑物信息模型数据方面宜支持DWG、DXF、DWF、DGN、PLN、RVT、IFC、STEP等格式数据；4)倾斜摄影数据方面宜支持OSGB、FBX、STL、3DS等格式数据；5)激光点云数据方面宜支持PCD、PLY、TXT、LAS、STL等格式数据。b)渲染性能技术要求包括但不限于以下方面。1)可视化模型。可运用GIS和游戏引擎渲染展示，且渲染效率流畅不卡顿。2)自然背景。全场景初始渲染、单个或多个对象场景切换、场景缩放过程宜达到秒级响应。3)流场动态。一维流场渲染宜实现秒级加载，二维、三维流场的渲染性能应结合业务精度要求、场景复杂度及计算资源动态确定，原则上百万级网格单一时刻的场景渲染时间不宜超过30s,特殊需求场景可按实际情况优化。4)水利工程。单一场景渲染宜实现秒级加载，监测运管类感知数据驱动信息场景渲染宜实时响应。5)机电设备。单一场景渲染宜实现秒级加载，监测运管类感知数据驱动信息场景渲染宜实时响应。c)业务交互技术要求包括但不限于以下方面：1)具备标绘业务数据，触发水体运动等特征、工程运行等场景交互与控制等功能；2)渲染引擎接口宜支持在浏览器或者桌面应用中加载显示，支持流渲染及端渲染模式。8.1.1水利对象关联关系水利对象关联关系以知识图谱形式描述江河湖泊、水利工程和水利对象治理管理活动等实体、概念及其关系。水利对象关联关系图谱包括以下方面：a)水利物理对象关系图谱，以水利一张图、水利普查和自然灾害风险普查等数据库存储的河湖水系、水利工程设施等物理对象及空间关系，水利业务应用系统数据库中存储的组织机构、人员等涉水社会对象与关系，以及河湖水系、水利工程设施、组织结构与人员之间的非空间关系等信息为主要数据来源，在建立物理对象-关联知识模型的基础上，进行抽取转换、对齐融合等处理后形成图谱；b)水利学科知识图谱，宜以《汉语主题词表》水利卷、水利百科类图书、水利各专业领域术语规范、业务规程等书籍和文件为主要数据来源，在建立水利学科概念-关系知识模型的基础上，进行抽取转换、对齐融合等处理后形成图谱。8.1.2方案预案库以各类预报方案、工程调度方案、生态流量保障方案、应急预案以及专家经验等为主要数据源，构建方案预案图谱，支撑水环境水资源调配与管理、河湖管理、工程建设管理等业务工作。98.1.3历史场景库以历史突发水事件等为主要数据源，在挖掘典型时空属性及特征指标的基础上，构建历史场景图谱，支撑突发水事件等场景的应对。8.1.4业务规则库图谱，支撑业务场景的规则适配，规范和约束水利业务管理行为。8.2知识模型面向水环境调控业务主题，确定水利对象集，通过业务属性挖掘出对象之间的关联关系，构建实体关通过主题挖掘、远程监督、事理因果关系提取等多种手段，从海量异构数据资源中抽取出实体及其关联关系，将知识模型进行实例化。消除已抽取知识的歧义和重复实体，解决知识重复、语义指向不明等问题，包括本体匹配与实体匹配。本体匹配主要采用本体映射、本体集成等方法，实体匹配主要采用相似度计算、基于规则和基于学习的实体匹配等方法。通过基于演绎的推理法、基于归纳的推理法和基于图挖掘的算法等，对图谱已有的知识进行推理以获得新的知识，对知识图谱进行补全和质量检测等。在水利实体关系、属性、活动和规律等发生变化时，对知识进行扩充或删改等操作。8.3.5知识应用宜提供主流开发语言Java、Python的图引擎，支撑业务应用系统开发对接集成。9业务应用9.1功能架构设计等功能，功能模块架构如图2所示。预案水质水质水质形势降雨形势水情形势图2功能架构设计图9.2数字大厅数字大厅模块主要用于汇总宏观展示研究区域实时的水质、雨情、水情、工情和视频信息。进行全要素、全方位监测，实时掌握区域内部基本情况，该模块详细展示各类监测数据、位置并具备历史数据查询导出功能。接入天气预报、卫星云图、雷达图以及台风路径等气象预报信息以及基于水文-水动力-水质模型对区域内水情、水质进行实时在线滚动预报，宜具备突发污染事件预报功能。对于防汛需求较高的地区，宜结合“三道防线”理念，分层次健全雨水情监测与预报体系，提高城市河网在强降雨或洪涝风险下的应急响应能力。通过接入实时水质、雨水工情及预报降雨信息，配置实时及预报数据融合作为数据源，利用精细化水文水动力水质耦合模型进行滚动预报，将预报结果输出至平台，能够展示最新的预报结果及历史预报结果，并提供历史预报成果与实测结果的对比功能，结合水环境风险指标和阈值，进行动态预警。预警功能应支持实时预警与预报预警的协同应用。以重点水利工程为调度对象，将水利工程进行分类，对接实时库中的工情信息数据，并作为水利工程现状调度内边界，结合历史调度方案集进行智能调度，提供未来人工干预调度设置功能，实现人工干预状态下的调度计算，展示相关调度结果，并与维持现状调度方式的计算结果进行对比展示。预演后的调度指令下发给工程现地智能互馈模块，该模块根据水位变化动态调整实现目标流量。系统在综合分析水质等调度相关信息的基础上，提供预案管理、预案执行和非工程应急措施功能。支持在既定或人工设定的工情条件下生成多方案，涵盖人工推荐、规则生成和历史类比方案，统一展示、对比评估，辅助实现智能推荐与会商决策相结合的预案调度。会商辅助模块主要用于支撑专业人员进行防汛会商的决策，该模块以水环境会商的业务流程为基9.9远程控制采用远程控制技术，实现对新建工程和原有闸站工程进行全方位远程控制。通过可视化的手段将闸站设备运行情况进行实时监控，同时利用模拟画像将设备当前状态进行展示，帮助用户全面了解设备当前情况。河网中需频繁调度来实现流量精准控制闸门宜安装智能互馈模块。远程控制功能宜在符合工控安全要求的独立水利工控网环境中实现，当系统部署在政务网络环境且默认安全等级不足以支撑远程控制时，原则上仅提供远程监视功能。9.10日常管理9.10.1.1应具备支撑城市河网水环境调度事务性管理工作的功能，应包括调度全过程管理、人员信息管理、文件管理发布、业务材料定制生成等功能模块。9.10.1.2调度全过程管理模块应包括调度指令生成、调度过程复盘、调度效果评估等功能。9.10.1.3人员信息管理模块应具备计划制定、人员考勤等功能。9.10.1.4文件管理发布模块应提供文件分类、9.10.1.5业务材料制定生成应通过抽取气象预报，雨水情监测，水质，水生态相关数据，按照日常管理需求，自动生成统计报表、简报、会商材料、复盘总结材料等，格式支持便携式文档、文本文档、演示文9.10.2调度全过程管理9.10.2.1调度执行前，应能够根据各工程节点对象调度安排，自动生成调度指令，由本级管理部门审核后，自动下发至相关工程管理部门。9.10.2.2调度执行后，应能够结合调度期监测数据，支撑调度过程的复盘与效果评估。9.10.3.1应提供制定水环境调度、巡查值班计划与人员信息管理功能，接入相关水行政主管部门与工程管理部门值班计划，并及时更新。9.10.3.2应提供制定人员值班考勤制度，在岗人员信息查询，定期自动评估考勤结果功能。9.10.4文件管理发布9.10.4.1应提供文件材料导入与自动分析功能，并将文件按照通知公告、调度预案、规划计划、政策法规等类别与重要程度进行分类管理。9.10.4.2应制定文件流转、发布流程，提高文件材料共享与流转效率。9.10.5业务材料制定生成9.10.5.2应提供数据统计分析功能，通过汇聚各类监测数据，按特定模板格式，形成不同时间、不同区域、不同对象调度运行统计报表。9.10.5.3宜提供简报自动生成功能，包括雨情简报、水情简报、水质简报等。9.10.5.4宜提供会商材料自动生成功能，面向会商目标，抽取城市河网水环境监测信息、调度信息与预报信息，以图表结合文字说明的形式生成会商文本文件。9.10.5.5宜提供复盘总结材料自动生成功能，针对典型调度事件，整理调度预案、调度过程数据等材管理能够实现不同层级用户的划分。9.11.3应具备用户管理、权限管理、基础信息管理、预警信息配置管理、登录记录和系统日志等功能。9.11.4应在可行性论证或项目立项阶段对部署环境、网络安全等级、数据交换方式等进行充分评估，并结合地方政务管理部门、水利部门的具体要求确定技术路线和验收规范。系统应具备动态扩展功能，能够集成相关区域调度子系统，形成整体应用。系统集成应满足如下a)具备统一的接口规范，在接口的请求和响应格式、字段和数据类型，使用标准的命名约定和数据结构定义等方面保持一致；c)应用集成前充分进行联调测试工作，以验证应用程序之间的集成是否正常工作；d)应进行完整性测试和性能测试；f)应明确集成目标和范围，以及各方在集成过程中的职责分工(建设单位、外部系统运维单位、第三方接口供应商等),并在可行性研究或实施方案中予以具体说明。系统应具备共建共享，满足如下要求：a)通过数据交换、服务调用等方式实现与流域管理机构、省级水利部门及城市管理相关部门(如住b)共享数据应明确共享清单、共享方式，形成共享台账；c)采用文件拷贝、数据交换、数据服务等方式提供数据共享。10.1图形性能要求应符合CH/T9015规定，支持大范围空间数据资源的性能访问要求，相关要求a)平台宜采用B/S架构、后台服务器渲染技术，降低客户端设备性能门槛；采用像素流技术构建可计算的、逼真的水利要素可视化场景。b)平台应具备水利工程级精细化三维浏览能力，并结合应用范围配置相应的数字孪生数据存储、索引和计算能力。建议支持典型大尺度应用场景(如10000km²及以上)下的三维数据管理和千万级面数模型的加载。c)平台应满足TB级数据容量的物联网数据的点位流数据接入、存储和分析计算服务。d)平台宜参照国家相关技术标准的相关规定，确保服务资源和统计分析的快速访问。e)平台应符合GB/T36626的规定以及相关国家政策的规定保障系统连续无故障运行。10.2平台应具有快速响应的特性，用户打开界面和提交事务的平均响应时间应<1.5s,用户进行在线实时查询业务操作的数据处理时间应<5s,模型计算效率应满足实时决策业务需求。10.3平台网络带宽应满足≥10Mbit/s的数据传输速率要求。10.4平台应能够在并发用户数达到100的情况下稳定运行，不出现数据丢包。10.5平台应能保证稳定运行，且应具备故障检测、故障诊断、故障恢复等故障自检功能，在故障发生时应能保证重要数据不丢失并能将故障模块自动隔离。10.6页面数据的加载、修改、增加等操作应采用异步的方式操作，数据宜统一采用JSON格式进行10.7数据安全性控制包括以下要求：a)权限控制：应做好数据权限控制，防止无权者使用、改变或有意破坏他们无权使用的数据，防止机密数据泄露；b)物理安全：保障数据存储介质安全，防止重要数据丢失；c)数据备份：数据备份恢复按照GB/T22240网络安全等级保护对应等级要求执行。11.1平台安全应符合GB17859、GB/T20269、GB/T2的要求及相关国家政策的规定。11.2平台建设应与网络安全建设“同步规划、同步建设、同步使用”,综合评估各类安全风险、设计安全方案，开展网络安全等级保护定级和备案，符合GB/T22240的规定安全等级保护要求。11.3