数字孪生水务动态监控运维系统

数字孪生水务动态监控运维系统以三维地理信息引擎为核心，以时空数据为底座支撑，依托3DGIS+BIM+Video+AI+IOT的总体技术路线，综合运用数字孪生、视频融合、位置智能等空间技术，对水务管理场景的全要素、全过程、全领域进行数字映射。把平台各业务管理系统关键数据和各类事件的高度集成可视化呈现，构建智慧水务视频孪生综合态势一张图，提供给管理人员沉浸式管理空间，实现一屏可视、一图指挥，赋能水务业务的高效管理与精准指挥调度。

数字孪生场景融合大数据、云计算、AI等前沿技术应用，将信息、技术、设备与水务管理需求有机结合，全面支撑水利业务应用体系，流域总览、流域防洪监测、水库监测、水利调度、智慧水务、河湖巡检等多个业务领域，并提供数据分析、对象管理、对象剖分、设备控制、实时告警管理、虚拟漫游等丰富功能，全面赋能用户业务应用，有效提升水利跨部门决策和资源协调效率。

1.数字孪生系统架构

感知层：感知层主要包括物理实体中搭载先进物联网技术的各类新型基础设施。

数据层：数据层主要包括保证运算准确性的高精度的数据采集、保证交互实时性的高速率数据传输、保证存取可靠性的全生命周期数据管理。

运算层：运算层是数字孪生体的核心，其充分借助各项先进关键技术实现对下层数据的利用，以及对上层功能的支撑。

功能层：功能层是数字变生体的直接价值体现，实现系统认知、系统分析、故障诊断、预测推演功能，从而起到辅助决策作用。系统认知，数字孪生体能够真实描述及呈现物理实体的状态，它是实现数字孪生体其它高级和智能化功能的基础。系统分析可实现数字孪生体的状态监测功能，发挥对物理实体的早期预警作用。故障诊断，通过分析物理实体的运行状态，了解现象背后的原因。预测推演，是利用仿真技术来预见物理实体未来的状态演变，从而指导当前的运行决策。

应用层：应用层是面向各类场景的数字孪生体的最终价值体现，具体表现为不同行业的各种产品，能够明显推动各行各业的数字化转型。

2.数字孪生系统的典型特征

等价映射：数字孪生体是对物理实体的等价描述，是对物理实体进行数字化而松建的模型数字孪生体的变化能够真实反映现实世界中的物理实体的变化。数字孪生体能够实现双向映射、数据连接和状态交互，起到“数化”、“保真”效果。

实时交互：基于实时传感等多元数据的获取，孪生体可全面、精准、动态反映物理对象的状态变化，包括外观、性能、位置、异常等。“实时”体现数字孪生体所处状态是物理实体状态的实时虚拟映射;“交互”体现数字孪生体与物理实体间存在数据及指令互动。

共生演进：“共生”体现在数字孪生体与物理实体同步构建，在全生面周期中相互依存，孪生体随着孪生对象的生长而不断演变。共智体现在三个层面:孪生体与孪生对象间共享智慧(包括:数据、算法)、孪生体内部各种孪生模型间共享智慧、不同生命周期阶段的孪生体间共享智慧。

预测优化：根据物理实体的各项真实数据，通过数字孪生体进行仿真，实现对物理实体未来状态的预测，预先知晓未来状态能够辅助用户做出更合理的决策。根据物理实体的实时运行状态，通过数字孪生体进行监测，实现对系统不稳定状态的预测，预先觉察即将可能发生的不稳定状态，使用户更从容地处理该问题。

建立数字孪生体的最终目的，是通过描述物理实体集合内在机理，分析规律、洞察趋势，基于分析与仿真对物理世界形成优化指令或策略，实现对物理实体决策优化功能的闭坏。根据数字孪生的典型特征，可以得出数字孪生的体系架构。

3.系统功能

（1）流域预报预演

依托实景孪生平台，综合降雨、水位监测等基础数据，结合水利专业模型和水利知识，实现流域水位的预警、预报、预演、预案功能，提升上游来水预报精度，具体实现包括降雨模拟仿真、产汇流仿真、洪水演进、淹没分析等功能，提升应急处置能力。

（2）指挥调度辅助决策

依托实景孪生平台，集成指挥调度及语音调度系统，结合现场监控视频、智能分析、智能监测等数据，打通业务壁垒，多业务协调统一，帮助指挥人员通过实景孪生场景快速了解现场情况，实现在水利实景一张图中的精准指挥和调度，赋能精准指挥和科学决策。

（3）河湖管理

实现对河湖划界成果、岸线规划分区、“四乱”治理成果等业务“一张图”管理实现对巡河人员、路线的实时监控和巡河任务、问题的流程化管理。充分发挥视频监控价值，在三维实景一张图中便捷调取现场视频，了解周边环境，掌控巡检过程，精准指挥调度。

（4）水厂综合管理

针对水厂的日常运营管理，实现水厂综合态势一张图展示、水厂分布地理信息一张图感知、设备管网运行状态三维实景掌控、风险预警事件场景联动定位处置、能耗分布一张图态势感知、实景态势三维立体直观监控、水厂应急事件处置决策等数智化管理，推进水厂四预建设，提升水厂综合运行管理能效。

（5）水质监测管理

系统接入水质监测数据，实现对监测数据的集中汇聚和综合分析，在智慧水务综合态势一张图中，以多元图表方式对水质监测情况进行可视化综合呈现。在数字孪生场景中，对水质监测点位进行一张图直观展示，联动场景精准定位查看数据详情，异常指标及时提醒，直观标注，精准定位，实现水质态势的直观可视化监测管理。

（6）水源综合管理

在实景三维一张图场景中，对水源地分布进行直观展示，水库、水源井、泵站等关键位置直观标注，可以联动场景快速定位至水源地区域浏览周边环境和监测数据详情信息。对前端全量监测数据进行综合汇聚分析，并以可视化图表方式在综合态势一张图直观展示，为管理人员的精准管理和科学决策提供可视化数据支撑。

（7）供水管线巡检管理

系统接入水质监测数据，实现对监测数据的集中汇聚和综合分析，在智慧水务综合态势一张图中，以多元图表方式对水质监测情况进行可视化综合呈现。在数字孪生场景中，对水质监测点位进行一张图直观展示，联动场景精准定位查看数据详情，异常指标及时提醒。直观标注。精准定位，实现水质态势的直观可视化监测管理。基于实景孪生平台实现管网漏损分析，爆管定位，应急处置预案等，提升管网维护能力，保障供水安全稳定。

（8）水库运行监测立体感知

接入水雨情、水质、环境监测数据，对监测统计分析、预警统计信息等态势数据进行直观呈现。数字孪生场景中对各流量监测点、取水口、水质监测点、水雨情监测点、环境监测点的分布情况进行直观展示，并与监测数据绑定，实现实时监测态势的精准直观展示。结合水雨情数据，实现上游来水预报，孪生场景中对水库放水态势进行仿真推演，直观展示放水过程和对下游区域的影响，保障水库运行安全。

4.应用场景

（1）实景三维水利管网管理

基于孪生承载平台，综合承载地理信息数据、水务管网模型数据、水务管网基础信息数据等，搭建水务管网实景三维一张图，重点设备和关键节点直观标注，高效检索定位，一张图中对水务管网进行直观、精准、可视化管理。

针对信息展示，定制可视化数据专题，一张图直观展示水务管网信息，实现宏观态势与微观详情的一体化掌控。

（2）实景三维水利设备管理

针对智慧水务设备管理，搭建实景三维设备管理态势一张图，将包含水源、水厂、压力、流量、水质、大用户、二次供水、应急泵房、渗漏预警在线设备数据进行一张图综合展示。结合三维地理信息场景，在一张图中对设备分布、监测数据、设备告警进行直观展示和联动处置，实现设备管理的直观、精准、高效、科学。

（3）实景三维水利调度管理

针对智慧水务调度管理，定制流程化管理系统，集生产调度计划管理、生产运行综合感知、调度值班科学管理、调度事件流程化填报管理、调度事件三维一张图直观感知等数智化功能于一体，赋能智慧水务生产调度高效管理和精准科学决策。

（4）水厂智慧化综合管理

针对水厂运营管理，实现水厂综合态势一张图展示、水厂分布地理信息一张图感知、设备管网运行状态三维实景掌控、风险预警事件场景联动定位处置、能耗分布一张图态势感知、实景态势三维立体直观监控等数智化管理，提升水厂综合运行管理能效。

（5）漏损分析：水务精准控漏

通过漏损控制管理系统对DMA区域的夜间最小流量、水平衡、产销差等监测信息进行分析，评估各区域内管网漏损状况，有效识别管网漏损严重区域和漏损构成，科学指导开展管网漏损控制作业，实现精准控漏，提高漏损控制效率。

（6）水务管网渗漏智能预警

通过视频+数字孪生技术底座，实现多种管网渗漏监测预警方式提高预警精准性，管网渗漏预警统计分析并综合呈现，同时基于三维GIS地图，对渗漏预警管网位置进行直观标注，实现渗漏事件的精准定位，提升管网运维的便捷性、精准性和科学性。

（7）智慧水质监测管理：水质监测

系统接入水质监测数据，实现对监测数据的集中汇聚和综合分析，在智慧水务综合态势一张图中，以多元图表方式对水质监测情况进行可视化综合呈现。在数字孪生场景中，对水质监测点位进行一张图直观展示，联动场景精准定位查看数据详情，异常指标及时提醒，直观标注，精准定位，实现水质态势的直观可视化监测管理。

（8）智慧水源综合管理：水环境监测

在实景三维一张图场景中，对水源地分布进行直观展示，水库、水源井、泵站等关键位置直观标注，可以联动场景快速定位至水源地区域浏览周边环境和监测数据详情信息。对前端全量监测数据进行综合汇聚分析，并以可视化图表方式在综合态势一张图直观展示，为管理人员的精准管理和科学决策提供可视化数据支撑。

（9）用户监测

系统接入前端全量监测感知数据，实现对用水量的实时在线监控。对用水数据进行综合汇聚分析并直观呈现，辅助管理人员精准掌控用水态势。

针对用水量设置阈值，对超出指标的大用户进行及时预警，并在三维场景中进行直观标注，可联动查看数据详情，联动附近监控查看现场实景详情，排查数据异常原因，便于精准运维管理，辅助管理人员开展精准科学决策。