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    數字孿生技術在水庫防洪調度過程中的應用

    來源:用戶上傳      作者:王洪娜

      摘要:水庫防洪調度關乎民生根本,能有效保障區域人民群眾生命財產安全,做好水庫防洪調度工作至關重要。該文立足于水庫在防洪調度中存在的不足之處,基于數字孿生技術,提出了在水庫防洪調度數字化過程中的應用方案,包括三維數字化信息采集、三維建模數字孿生場景系統建設以及“預報、預警、預演、預案”精準化調度系統建設,供有關部門單位參考。
      關鍵詞:數字孿生水庫防洪調度應用方案
      中圖分類號:TV698文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2022)08(b)-0000-00
      推進智慧水利建設要按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”要求,以數字化、網絡化、智能化為主線,以數字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑,全面推進算據、算法、算力建設,加快構建具有預報、預警、預演、預案“四預”功能的智慧水利體系。要堅持系統觀念,做好頂層設計,從數字孿生流域、數字孿生工程、水利業務應用、網絡安全體系等方面構建標準統一、模塊鏈接、互為融通、共享共用的總體框架,全面覆蓋各項水利業務應用,全面提升推動新階段水利高質量發展的能力和水平。要在全面強化水資源剛性約束、加強節水的前提下,通盤考慮國家重大戰略實施、流域區域經濟社會發展和水資源稟賦條件,統籌加強需求和供給管理,處理好開源和節流、存量和增量、時間和空間的關系,建立健全水資源調度實施機制,為科學精準開展水資源調度提供制度保障。
      基于目前信息技術的迅猛發展,數字孿生技術在水庫防洪調度過程中實現自動化、智能化操作,切實解決現階段水庫防洪調度存在問題[1],保障區域防洪安全,進而有效保障人民群眾人身安全及財產安全。
      1應用方案的提出
      1.1問題的提出
      水庫防洪調度是水庫管理的一項重要民生工作,其目的是確保水庫防洪安全,發揮水庫防洪作用,減輕上下游防洪壓力[2]。隨著社會經濟的迅速發展,目前水庫防洪調度工作仍存在諸多問題及弊端:(1)大多數調度系統為早期開發的傳統模式,系統本身兼容性較差,穩定性較差,設備也逐步老化,有r參數率定存在延遲現象,對防洪調度工作產生不便,造成影響;(2)大部分水庫調度專業人員對水庫本身的測報系統硬件、數據庫及網站維護等內容無法深層次開展,還是要依托系統開發人員,在系統出現問題時也無法及時解決,因此水情測報工作的準確率也無法達到精準水平;(3)大多數調度系統建設模式缺乏靈活性和擴展性,通常需要依據新任務重新建設整合系統配合服務,難以自主適應業務發展模式的調整,造成資源浪費;(4)水庫工程先行建設的信息系統專業性強、涉及面廣,各套系統都有獨立完整的軟硬件及網絡設備,技術架構和平臺本身存在不統一性,加大運行維護管理的工作量和成本。本次針對這一系列問題,筆者對水庫防洪調度過程在數字孿生場景中的應用做了粗淺的分析。
      1.2技術路線
      通過對水庫防洪調度過程中重點、痛點分析,結合防洪調度過程中的成果需求,基于數字孿生技術,提出了如圖1的總體功能要求,主要包括:實現實時雨情、實時水位、實時洪量等數據及信息的采集;實現實時水雨情數據通過云平臺實現實時傳輸與共享;集成水庫及周邊地形、地貌成果,基于建模技術快速生成三維模型;基于水庫及周邊流域地形地貌數據庫及三維模型,運用數字孿生技術,形成全空間、全過程、可計算的數字化水利工程孿生場景;水雨情數據的設計計算分析及精準化“預報、預警、預演、預案”調度方案的輸出,形成工程及流域智慧防洪排澇體系,提升流域整體水災害防御精準決策能力
      基于對水庫防洪調度的功能需求,結合數字孿生技術,構建從基礎的水雨情信息采集、數據傳輸、數據整編處理、三維建模、孿生場景與調度分析等調度全過程數字化的應用體系,該體系功能架構如圖2所示。
      該功能構建的前端主要是實現實時水雨情數據的采集與數據傳輸,主要以物聯網為技術支撐,通過地形圖、GPS、無人機、GIS、移動終端等軟硬件采集有效的水雨情數據,再通過4G、5G網絡、衛星等實現數據的實時傳輸;核心層以水雨情監測數據的整編、處理計算分析、工程及流域三維建模分析、數字孿生場景展示等為主要內容,充分挖掘水雨情信息在孿生場景中的展示和應用;終端主要為工程及流域三維模型的應用及“四預”調度成果的輸出發布,包括實時數據三維數字采集、數據管理、工程及流域三維建模管理與查詢、“四預”調度指令發布等內容。
      水庫防洪調度數字孿生體系的功能架構主要分為三大部分內容:一是通過物聯網實現水庫工程項目實時水雨情、地形地貌數據采集編錄;二是通過數字孿生技術與三維模型建立全方位、多角度的虛擬仿真場景模式;三是運用物聯網、云計算、大數據實現孿生場景與現實場景的動態交互。
      2關鍵技術解析

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