數(shù)字孿生水務動態(tài)監(jiān)控運維系統(tǒng)以三維地理信息引擎為核心，以時空數(shù)據(jù)為底座支撐，依托3DGIS+BIM+Video+AI+IOT的總體技術(shù)路線，綜合運用數(shù)字孿生、視頻融合、位置智能等空間技術(shù)，對水務管理場景的全要素、全過程、全領域進行數(shù)字映射。把平臺各業(yè)務管理系統(tǒng)關鍵數(shù)據(jù)和各類事件的高度集成可視化呈現(xiàn)，構(gòu)建智慧水務視頻孿生綜合態(tài)勢一張圖，提供給管理人員沉浸式管理空間，實現(xiàn)一屏可視、一圖指揮，賦能水務業(yè)務的高效管理與精準指揮調(diào)度。

數(shù)字孿生場景融合大數(shù)據(jù)、云計算、AI等前沿技術(shù)應用，將信息、技術(shù)、設備與水務管理需求有機結(jié)合，全面支撐水利業(yè)務應用體系，流域總覽、流域防洪監(jiān)測、水庫監(jiān)測、水利調(diào)度、智慧水務、河湖巡檢等多個業(yè)務領域，并提供數(shù)據(jù)分析、對象管理、對象剖分、設備控制、實時告警管理、虛擬漫游等豐富功能，全面賦能用戶業(yè)務應用，有效提升水利跨部門決策和資源協(xié)調(diào)效率。

1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)

感知層：感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類新型基礎設施。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層主要包括保證運算準確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實時性的高速率數(shù)據(jù)傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數(shù)據(jù)管理。

運算層：運算層是數(shù)字孿生體的核心，其充分借助各項先進關鍵技術(shù)實現(xiàn)對下層數(shù)據(jù)的利用，以及對上層功能的支撐。

功能層：功能層是數(shù)字變生體的直接價值體現(xiàn)，實現(xiàn)系統(tǒng)認知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認知，數(shù)字孿生體能夠真實描述及呈現(xiàn)物理實體的狀態(tài)，它是實現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統(tǒng)分析可實現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測功能，發(fā)揮對物理實體的早期預警作用。故障診斷，通過分析物理實體的運行狀態(tài)，了解現(xiàn)象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術(shù)來預見物理實體未來的狀態(tài)演變，從而指導當前的運行決策。

應用層：應用層是面向各類場景的數(shù)字孿生體的最終價值體現(xiàn)，具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品，能夠明顯推動各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征

等價映射：數(shù)字孿生體是對物理實體的等價描述，是對物理實體進行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實反映現(xiàn)實世界中的物理實體的變化。數(shù)字孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互，起到“數(shù)化”、“保真”效果。

實時交互：基于實時傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取，孿生體可全面、精準、動態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化，包括外觀、性能、位置、異常等?！皩崟r”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實體狀態(tài)的實時虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實體間存在數(shù)據(jù)及指令互動。

共生演進：“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實體同步構(gòu)建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數(shù)據(jù)、算法)、孿生體內(nèi)部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。

預測優(yōu)化：根據(jù)物理實體的各項真實數(shù)據(jù)，通過數(shù)字孿生體進行仿真，實現(xiàn)對物理實體未來狀態(tài)的預測，預先知曉未來狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實體的實時運行狀態(tài)，通過數(shù)字孿生體進行監(jiān)測，實現(xiàn)對系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預測，預先覺察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，使用戶更從容地處理該問題。

建立數(shù)字孿生體的最終目的，是通過描述物理實體集合內(nèi)在機理，分析規(guī)律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優(yōu)化指令或策略，實現(xiàn)對物理實體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據(jù)數(shù)字孿生的典型特征，可以得出數(shù)字孿生的體系架構(gòu)。

3.系統(tǒng)功能

（1）流域預報預演

依托實景孿生平臺，綜合降雨、水位監(jiān)測等基礎數(shù)據(jù)，結(jié)合水利專業(yè)模型和水利知識，實現(xiàn)流域水位的預警、預報、預演、預案功能，提升上游來水預報精度，具體實現(xiàn)包括降雨模擬仿真、產(chǎn)匯流仿真、洪水演進、淹沒分析等功能，提升應急處置能力。

（2）指揮調(diào)度輔助決策

依托實景孿生平臺，集成指揮調(diào)度及語音調(diào)度系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控視頻、智能分析、智能監(jiān)測等數(shù)據(jù)，打通業(yè)務壁壘，多業(yè)務協(xié)調(diào)統(tǒng)一，幫助指揮人員通過實景孿生場景快速了解現(xiàn)場情況，實現(xiàn)在水利實景一張圖中的精準指揮和調(diào)度，賦能精準指揮和科學決策。

（3）河湖管理

實現(xiàn)對河湖劃界成果、岸線規(guī)劃分區(qū)、“四亂”治理成果等業(yè)務“一張圖”管理實現(xiàn)對巡河人員、路線的實時監(jiān)控和巡河任務、問題的流程化管理。充分發(fā)揮視頻監(jiān)控價值，在三維實景一張圖中便捷調(diào)取現(xiàn)場視頻，了解周邊環(huán)境，掌控巡檢過程，精準指揮調(diào)度。

（4）水廠綜合管理

針對水廠的日常運營管理，實現(xiàn)水廠綜合態(tài)勢一張圖展示、水廠分布地理信息一張圖感知、設備管網(wǎng)運行狀態(tài)三維實景掌控、風險預警事件場景聯(lián)動定位處置、能耗分布一張圖態(tài)勢感知、實景態(tài)勢三維立體直觀監(jiān)控、水廠應急事件處置決策等數(shù)智化管理，推進水廠四預建設，提升水廠綜合運行管理能效。

（5）水質(zhì)監(jiān)測管理

系統(tǒng)接入水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中匯聚和綜合分析，在智慧水務綜合態(tài)勢一張圖中，以多元圖表方式對水質(zhì)監(jiān)測情況進行可視化綜合呈現(xiàn)。在數(shù)字孿生場景中，對水質(zhì)監(jiān)測點位進行一張圖直觀展示，聯(lián)動場景精準定位查看數(shù)據(jù)詳情，異常指標及時提醒，直觀標注，精準定位，實現(xiàn)水質(zhì)態(tài)勢的直觀可視化監(jiān)測管理。

（6）水源綜合管理

在實景三維一張圖場景中，對水源地分布進行直觀展示，水庫、水源井、泵站等關鍵位置直觀標注，可以聯(lián)動場景快速定位至水源地區(qū)域瀏覽周邊環(huán)境和監(jiān)測數(shù)據(jù)詳情信息。對前端全量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合匯聚分析，并以可視化圖表方式在綜合態(tài)勢一張圖直觀展示，為管理人員的精準管理和科學決策提供可視化數(shù)據(jù)支撐。

（7）供水管線巡檢管理

系統(tǒng)接入水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中匯聚和綜合分析，在智慧水務綜合態(tài)勢一張圖中，以多元圖表方式對水質(zhì)監(jiān)測情況進行可視化綜合呈現(xiàn)。在數(shù)字孿生場景中，對水質(zhì)監(jiān)測點位進行一張圖直觀展示，聯(lián)動場景精準定位查看數(shù)據(jù)詳情，異常指標及時提醒。直觀標注。精準定位，實現(xiàn)水質(zhì)態(tài)勢的直觀可視化監(jiān)測管理?；趯嵕皩\生平臺實現(xiàn)管網(wǎng)漏損分析，爆管定位，應急處置預案等，提升管網(wǎng)維護能力，保障供水安全穩(wěn)定。

（8）水庫運行監(jiān)測立體感知

接入水雨情、水質(zhì)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，對監(jiān)測統(tǒng)計分析、預警統(tǒng)計信息等態(tài)勢數(shù)據(jù)進行直觀呈現(xiàn)。數(shù)字孿生場景中對各流量監(jiān)測點、取水口、水質(zhì)監(jiān)測點、水雨情監(jiān)測點、環(huán)境監(jiān)測點的分布情況進行直觀展示，并與監(jiān)測數(shù)據(jù)綁定，實現(xiàn)實時監(jiān)測態(tài)勢的精準直觀展示。結(jié)合水雨情數(shù)據(jù)，實現(xiàn)上游來水預報，孿生場景中對水庫放水態(tài)勢進行仿真推演，直觀展示放水過程和對下游區(qū)域的影響，保障水庫運行安全。

4.應用場景

（1）實景三維水利管網(wǎng)管理

基于孿生承載平臺，綜合承載地理信息數(shù)據(jù)、水務管網(wǎng)模型數(shù)據(jù)、水務管網(wǎng)基礎信息數(shù)據(jù)等，搭建水務管網(wǎng)實景三維一張圖，重點設備和關鍵節(jié)點直觀標注，高效檢索定位，一張圖中對水務管網(wǎng)進行直觀、精準、可視化管理。

針對信息展示，定制可視化數(shù)據(jù)專題，一張圖直觀展示水務管網(wǎng)信息，實現(xiàn)宏觀態(tài)勢與微觀詳情的一體化掌控。

（2）實景三維水利設備管理

針對智慧水務設備管理，搭建實景三維設備管理態(tài)勢一張圖，將包含水源、水廠、壓力、流量、水質(zhì)、大用戶、二次供水、應急泵房、滲漏預警在線設備數(shù)據(jù)進行一張圖綜合展示。結(jié)合三維地理信息場景，在一張圖中對設備分布、監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備告警進行直觀展示和聯(lián)動處置，實現(xiàn)設備管理的直觀、精準、高效、科學。

（3）實景三維水利調(diào)度管理

針對智慧水務調(diào)度管理，定制流程化管理系統(tǒng)，集生產(chǎn)調(diào)度計劃管理、生產(chǎn)運行綜合感知、調(diào)度值班科學管理、調(diào)度事件流程化填報管理、調(diào)度事件三維一張圖直觀感知等數(shù)智化功能于一體，賦能智慧水務生產(chǎn)調(diào)度高效管理和精準科學決策。

（4）水廠智慧化綜合管理

針對水廠運營管理，實現(xiàn)水廠綜合態(tài)勢一張圖展示、水廠分布地理信息一張圖感知、設備管網(wǎng)運行狀態(tài)三維實景掌控、風險預警事件場景聯(lián)動定位處置、能耗分布一張圖態(tài)勢感知、實景態(tài)勢三維立體直觀監(jiān)控等數(shù)智化管理，提升水廠綜合運行管理能效。

（5）漏損分析：水務精準控漏

通過漏損控制管理系統(tǒng)對DMA區(qū)域的夜間最小流量、水平衡、產(chǎn)銷差等監(jiān)測信息進行分析，評估各區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)漏損狀況，有效識別管網(wǎng)漏損嚴重區(qū)域和漏損構(gòu)成，科學指導開展管網(wǎng)漏損控制作業(yè)，實現(xiàn)精準控漏，提高漏損控制效率。

（6）水務管網(wǎng)滲漏智能預警

通過視頻+數(shù)字孿生技術(shù)底座，實現(xiàn)多種管網(wǎng)滲漏監(jiān)測預警方式提高預警精準性，管網(wǎng)滲漏預警統(tǒng)計分析并綜合呈現(xiàn)，同時基于三維GIS地圖，對滲漏預警管網(wǎng)位置進行直觀標注，實現(xiàn)滲漏事件的精準定位，提升管網(wǎng)運維的便捷性、精準性和科學性。

（7）智慧水質(zhì)監(jiān)測管理：水質(zhì)監(jiān)測

系統(tǒng)接入水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中匯聚和綜合分析，在智慧水務綜合態(tài)勢一張圖中，以多元圖表方式對水質(zhì)監(jiān)測情況進行可視化綜合呈現(xiàn)。在數(shù)字孿生場景中，對水質(zhì)監(jiān)測點位進行一張圖直觀展示，聯(lián)動場景精準定位查看數(shù)據(jù)詳情，異常指標及時提醒，直觀標注，精準定位，實現(xiàn)水質(zhì)態(tài)勢的直觀可視化監(jiān)測管理。

（8）智慧水源綜合管理：水環(huán)境監(jiān)測

在實景三維一張圖場景中，對水源地分布進行直觀展示，水庫、水源井、泵站等關鍵位置直觀標注，可以聯(lián)動場景快速定位至水源地區(qū)域瀏覽周邊環(huán)境和監(jiān)測數(shù)據(jù)詳情信息。對前端全量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合匯聚分析，并以可視化圖表方式在綜合態(tài)勢一張圖直觀展示，為管理人員的精準管理和科學決策提供可視化數(shù)據(jù)支撐。

（9）用戶監(jiān)測

系統(tǒng)接入前端全量監(jiān)測感知數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對用水量的實時在線監(jiān)控。對用水數(shù)據(jù)進行綜合匯聚分析并直觀呈現(xiàn)，輔助管理人員精準掌控用水態(tài)勢。

針對用水量設置閾值，對超出指標的大用戶進行及時預警，并在三維場景中進行直觀標注，可聯(lián)動查看數(shù)據(jù)詳情，聯(lián)動附近監(jiān)控查看現(xiàn)場實景詳情，排查數(shù)據(jù)異常原因，便于精準運維管理，輔助管理人員開展精準科學決策。