自古以来,小水利就牵扯着大民生。古时就有“盛世兴水利”一说,对“靠天吃饭”的农民来说,水利工程建设意味着对抗自然、驯服自然,保证来年的风调雨顺、粮食丰收。即使到了现代,除了白鹤滩水电站、黄河小浪底工程等,一些城市自来水供应,农村生活饮用水保证都属于水利工程。
目前我国水利管理存在诸多难题,譬如水资源监测管理精细化程度不高、水库协同调度能力不足等问题。面对突发的、极端的灾害,如何做到早预警、早行动,更好地开展防灾、备灾和救灾工作一直是我国在“治水”中面临的首要问题。
2020年,宁波进行了智慧水利项目的建设,旨在通过数字化的建设项目实现信息感知、分析能力提升、业务协同等,从而达到水利粗放式管理向水利网格化管理、精细化管理转变的目的。
数字孪生:智慧水利的最佳领航员
在云计算、物联网、大数据、移动互联网和人工智能等新一代信息技术发展背景下,数字孪生技术正在为流域管理带来新的变革可能性。
2021年4月,国家明确提出了数字化、网络化、智能化建设的目标,阐释了智慧水利建设中数字孪生流域的定位和作用,构建了“2+N”智慧水利业务体系,提出了智慧水利业务的“四预”功能,并对任务分工和保障措施提出了具体要求。
推进数字孪生流域建设是由水利工作的空间特点决定的,水利是一项大尺度、大范围的工作,不可能在物理流域中试验不同方案,只能在数字空间进行反复预演,经过综合评估分析后选择最优方案,运用到实际工作中,这是顺应技术发展的要求。
易知微作为在数字孪生领域有深入研究的公司,致力将可视化、低代码与数字孪生技术相结合,推动实现一个真实的可以实时感知与管理的数字增强世界。近年来,易知微深耕数据可视化领域,拥有较完备的可视化产品体系和项目交付能力,产品紧密结合用户需求,形成了一系列行业可视化决策产品。
在深入水利行业后,易知微提出了三大痛点:首先,数据基础弱。例如,河流下感应等智能设备部署薄弱、二维多三维数据少等问题;其次,数据多维时空分析难。水利需要考量时、空两个维度,分析难度系数高;最后,场景构建、数据共享难。例如,不同水利部门数据之间彼此“隔离”,让流域数字孪生建设缺失足够的数据支撑。
助力宁波打造健康“水脉”
依据宁波市智慧水利项目的具体要求,易知微数字孪生流域可视化解决方案综合利用倾斜摄影、实景建模、数值仿真、BIM、GIS等多种技术手段,围绕不同维度、不同场景、不同业务模块建设需求,构建具有不同场景尺度等流域数字孪生基底。
该项目通过整合已建的系统,打通业务数据,建立市县两级共建共享共用机制,形成“一云一网一中心两平台”的总体格局,即水利政务云、水利物联网、水利数据中心、应用支撑平台、综合应用平台。
围绕“综合监控、调度指挥、数据管控”构建水利工程、防汛调度、水资源分析、水文分析等四大应用场景。最终,在易知微数字孪生流域解决方案的赋能下,基于EasyV数字孪生可视化平台的低代码能力实现可视化场景展示。
1、水利工程场景
构建水利工程现状展示场景,围绕水利工程全局展示以及工程全景信息关联展示两大信息主题,结合GIS地图与三维模型,以虚实结合的方式,按流域、行政区划、工程类别综合分析展示各类水利工程的分布情况,并提供具体工程基础信息的查询展示功能,实现水利工程宏观与微观信息的无缝切换。
2、防汛调度场景
以防汛防台应急事件为驱动,在防汛防台期间,基于动态监测数据,结合大数据建模分析技术,通过信息关联化综合展示,为领导决策提供可视化平台;按照防汛防台“事前-事中-事后”重点关注信息的区分,构建台风、防汛形势、洪涝影响等不同主题的信息场景。
基于构建的三阶段洪涝风险预判模型,对不同时空尺度气象预报信息和实时水、雨、工信息进行动态预判,为防汛防台提供全过程、动态化的关联信息展示与指挥决策辅助。
3、水资源分析场景
根据水资源总体态势、水利供需预警分析、实时水质动态分析、供节水大数据链路等信息主题,展现全市降水量、水资源量、供用水量总体态势,水量水质现状及动态变化过程,以及供节水大数据链路,实现从水量、水质、供水、排水等不同角度全方位、多维度掌控全市水资源状态。
4、水文分析场景
围绕水文信息综合监控分析以及水文站网分级分类展示等信息主题,对智慧水文监测体系所获取的数据信息进行深度挖掘以及全局化综合监控分析;按照站网分级分类对水文站网基础信息和监测信息进行专题化的展示和分析,以达到水文监测信息的实时预报预警以及多维度分析展示的目标。
宁波市水利局在完成智慧水利试点建设任务后,基本实现了三个重要成果:
1、实现全流域动态超前预报
通过集成区县(市)洪水风险图成果,构建全流域水文水力模型,计算预报全流域洪涝演进过程。计算结果通过“智慧水利”实时上传发布,实现数据多部门(交通、城管、气象)交互共享,提供决策支撑。
2、实现山洪灾害由“监测预警”向“预报预警”转变
构建山洪风险预报预警模型,实时采集气象等核心驱动数据,每10分钟自动进行山洪灾害预警分析。相较于传统监测预警,现在预警信息可提前1-3小时发布,并新增扁平化直达风险区域行政单位和公众预报预警,从“逐级预警”提升至“同时预警”。
3、实现水利设施联合调度运行
将闸泵调度从原先分散调度转变为同平台统一调度监管,实现区域内各项实时数据一屏展示交互,通过“预报-调度-指令-执行-监管”闭环化管理,使水利调度管理做到有据可依、指令到人、监管到位。“烟花”台风期间,调度排涝量达3290万方,有效保障河网防洪排涝效力,助力城区平稳度汛。
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