為深入貫徹習近平總書記重要講話和指示批示精神，落實黃河流域生態保護和高質量發展國家重大戰略，水利部黃河水利委員會發布了《數字孿生黃河建設規劃（2022-2025）》。值此之際，根據水文局關于黃河流域數字孿生建設的要求，黃河水利委員會山東水文水資源局正式啟動了數字孿生流域建設項目。華測導航在這一數字孿生流域建設實例中，展示如何通過一站式總體解決方案，實現從數據底板采集技術到業務應用的全閉環。
黃河水利委員會山東水文水資源局數字孿生流域建設項目以黃河濼口河段為試點，逐步擴大至黃河山東全河段。對此，山東水文水資源局高度重視，精心組織并安排部署，進行了多方調研，并專門召開研討會交流商討實施方案。華測導航作為參與方積極參與其中。
根據安排，該項目將首先開展水陸空立體化外業數據采集工作：水下地形數據通過無人遙控船搭載多波束測深儀或單波束測深儀進行采集；陸地地形數據通過無人機搭載激光雷達系統進行采集；地面三維仿真數據通過無人機傾斜攝影進行采集。后續，采集獲得的水陸空實測數據將經后處理形成數字底板中的”基礎數據”。結合河段比降、防汛水位、設防水位、流速流向等"業務管理數據"，利用華測自研的三維水動力模型，開展淹沒分析為防汛決策提供技術服務；同時接入監測數據、水文數據、氣象數據、AI視頻等”監測數據”，在日常管理中平臺依據數據底板提供的”算據”、利用模型”算法”、聯動水利知識庫，為“四預”能力建設提供技術支撐。
黃河水利委員會山東水文水資源局數字孿生示范平臺一期以黃河山東濟南濼口段28公里流域為建設目標，核心需求主要有：一、多源異構數據的接入。包括空間地理信息數據、實時感知數據，通過多元化采集、主體化匯聚，針對流域超大體量的遙感影像、激光點云、地形數據、傾斜攝影、CAD圖紙、BIM模型等多源異構數據，平臺要實現異構系統打通、跨組織應用、數據和API互通，通過混合建模構建流域數據底板，形成標準一致的流域數湖，建立數倉模型和分析挖掘模型，實現水利結構化、非結構化數據的高效存儲和在線處理，全面消除數據孤島，讓水利業務數據在每一個業務節點中流轉。二、海量數據的承載和快速調度。數字孿生數據底板的數據量達到PB級。要實現PB級數據的快速渲染和調度，以支撐其它業務應用，需要強大的平臺可視化技術。三、多種場景下的智慧化模擬和仿真，平臺要形成數字孿生流域的人工智能“大腦”，促成傳統流域治理的經驗管理決策模式向人工智能輔助決策模式的轉變，形成對試點流域全要素感知、全過程映射、全維度業務支撐的數字化能力建設。四、“2+N”業務應用定制，水利數字孿生需要平臺技術人員、水利專家和使用人員共同完成業務應用定制開發，三方缺一不可。
總體方案
水利數字孿生是復雜的多學科融合的技術。結合項目需求，可以看到以下難點：
1、需要統籌協調多方資源
水利感知、數字底板、平臺技術一般由多方參與，易出現兼容性問題，需統籌協調多方資源一同攻關。
2、需要高效的數據底板采集裝備
水上水下全方位的數據采集并非易事，需要高效的載體和高性能的智能裝備。
3、需要實現海量數據的流暢瀏覽和調度
數字孿生流域的數據量達PB級，平臺如果不能流暢運行，將嚴重影響使用體驗。
針對這些難點，華測能夠為數字孿生流域建設提供一站式總體解決方案，全面囊括水利感知網建設方案、數據底板采集方案、數據孿生平臺搭建，及2+N業務應用定制，實現從數據底板采集技術到業務應用的全閉環，做到全場景、全流程、按需定制。
全場景：完善的水利感知和智能采集裝備，提供空地水全方位感知能力
全流程：從數據到應用的全流程解決方案，無需協調多方資源，解決后顧之憂
按需定制：根據個性化的業務需求提供服務，開發人員駐場，確保功能真實可用
水利感知網建設方案
在水利感知網的建設上，華測數字孿生流域建設方案提供豐富多種感知監測智能傳感器，囊括大壩安全監測、雨水情監測、水位計、滲壓計、智能攝像頭等等。針對監測點實際網絡情況，無線通訊模式可在4G、5G或北斗短報文之間進行切換，實時將監測數據傳輸給數字孿生平臺。
數據底板采集方案
數字孿生流域空間數據規范
在數據底板的采集上，華測數字孿生流域建設方案秉持“傾斜只為視覺效果，水上水下高精度DEM才是核心，多波束和激光雷達是實現關鍵”的方針。兩岸地形數據采集采用無人機搭載激光雷達和正視相機；重點區域采用無人機搭載五鏡頭傾斜相機生成傾斜模型；水下高精度地形數據采集采用無人船搭載單波束或者多波束；重點水利工程的BIM模型，則通過設計圖紙來實現快速構建。
2+N業務應用定制
將智能傳感器測量到的水位和流量作為初始條件，將無人船和無人機測量到的準確而完整的地形數據作為邊界條件，就可以通過專業的水利知識和模型，進行對整個河道推演計算，開展2+N的業務應用。包括
漫灘點計算和淹沒仿真：
根據歷史經驗和專家經驗，加入水位流量關系表和河道比降計算公式，結合灘純和河道地形數據，可進行漫灘點的計算和淹沒仿真模擬。
實時洪水模擬仿真：
不同于離線的計算和腳本，通過自研水動力模型算法，可模擬在不同流量級下的突發洪水，進行實時計算和仿真。
設計洪水的推演：
基于三維水利動力模型離線計算，可模擬在不同的設計洪水下的洪水推演過程。
歷史洪水的推演：
基于歷史真實發生的洪水，在平臺重現當年洪水的全過程，可以史為鑒。
要實現水利數字孿生流域，完整的水上水下地形數據，也即算據，是基礎；三維可視化平臺，也即數據和業務應用的承接載體，是核心；決定了所有模塊是否真實可用的專業水利模型和業務設計，是關鍵。這缺一不可的三者共同構成了華測數字孿生綜合解決方案。
秉承“用精準時空信息構建智能世界”的愿景，華測導航不斷自主創新，歷經近20年積累，構建了從“二維”到“三維”、從靜態到高動態、從后處理到實時處理、從陸地到“星空地海一體化”的完整應用體系。未來，我們將繼續深化在水利行業的產品和解決方案，為推進智慧水利發展貢獻力量。
