智慧水利建设顶层设计解决方案（34页 PPT）

微信扫码，打开到小程序

智 慧 水 利 建 设 顶 层 设 计 解 决 方 案 I N T E R N A T I O N A L M E D I C A L S U M M I T F O R U M 智慧水利建设背景 “2+N 业务”应用 数字孪生流域建设 加入星球获取更多更全的数智化解决方案 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 重大引调水工程、跨省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“一张网”。 《“十四五”水利科技创新规划》 绘制国家水网“一张蓝图”，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”，在跨流域重大引调水工程、跨省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 数 字 孪 生 平 台 信息 基础 设施 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 形特征及内部细 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 泛在互联通信网络 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：七大流域、省级水利部门 覆盖全国：基于水利一张图三维场景、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，基于水利一张图优化完善数据底板，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 共享某省级测绘局数据，同步更新 影像 2m 全省 共享某省级测绘局数据，同步更新 L2 XX 河流域 地形 15m 3693 ㎢ 地形变化较大时及时更新 影像 1m 3693 ㎢ 每 3 年更新 1 次 水下地形 断点 300m ，测点 10m 156 公里 2 年 1 次 BIM 模型 主坝： LOD300 80000 ㎡ 重要部位发生较大变化后及时更新 XX 重点区域 地形 2m 160 ㎢ 每年更新 1 次 影像 0.2m 160 ㎢ 每年更新 1 次 L3 水库单体工程 地形 0.5m 40 ㎢ 每年更新 1 次 影像 0.1m 40 ㎢ 根据工程运行管理需要确定 倾斜摄影模型 优于 3cm 40 ㎢ 每年更新 1 次 BIM 模型 主坝： LOD300 、溢洪道： LOD300 80 ㎡ 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 自由组态 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，构建易于应用、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+N N 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 建设城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 清林径 猫仔岭 龙口 清林径引水调蓄工程 坪地 黄竹坑 长坑 白石塘 大工业城 同乐新 沙澜 大山陂 赤坳 罗星田 大 鹏 半 岛 应 急 供 水 工 程 洞子 径心 打马坜 水磨坑 香车 枫木浪 南澳 庙角岭 炳坑 铜锣径 荷坳 中心城 盐田 正坑 莲塘 沙角头 笔架山 梅林 梅林 深圳 沙湾 西丽 长岭皮 铁岗 东 深 供 水 工 程 龙口 茜坑 鹅颈 石岩 石岩 五指耙 长流陂 甲子塘 公明 茜坑 上埔 南山 大冲 长岭皮 东湖 铁岗 雁田 东部供水水源工程 水库 水厂 泵站 节点 老虎凹 五指耙 长流陂 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 XX 省河流