數字孿生水務(wù)動(dòng)態(tài)監控運維系統以三維地理信息引擎為核心,以時(shí)空數據為底座支撐,依托3DGIS+BIM+Video+AI+IOT的總體技術(shù)路線(xiàn),綜合運用數字孿生、視頻融合、位置智能等空間技術(shù),對水務(wù)管理場(chǎng)景的全要素、全過(guò)程、全領(lǐng)域進(jìn)行數字映射。把平臺各業(yè)務(wù)管理系統關(guān)鍵數據和各類(lèi)事件的高度集成可視化呈現,構建智慧水務(wù)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(shí)現一屏可視、一圖指揮,賦能水務(wù)業(yè)務(wù)的高效管理與精準指揮調度。
數字孿生場(chǎng)景融合大數據、云計算、AI等前沿技術(shù)應用,將信息、技術(shù)、設備與水務(wù)管理需求有機結合,全面支撐水利業(yè)務(wù)應用體系,流域總覽、流域防洪監測、水庫監測、水利調度、智慧水務(wù)、河湖巡檢等多個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域,并提供數據分析、對象管理、對象剖分、設備控制、實(shí)時(shí)告警管理、虛擬漫游等豐富功能,全面賦能用戶(hù)業(yè)務(wù)應用,有效提升水利跨部門(mén)決策和資源協(xié)調效率。
1.數字孿生系統架構
感知層:感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類(lèi)新型基礎設施。
數據層:數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。
運算層:運算層是數字孿生體的核心,其充分借助各項先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現對下層數據的利用,以及對上層功能的支撐。
功能層:功能層是數字變生體的直接價(jià)值體現,實(shí)現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能,從而起到輔助決策作用。系統認知,數字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現物理實(shí)體的狀態(tài),它是實(shí)現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實(shí)現數字孿生體的狀態(tài)監測功能,發(fā)揮對物理實(shí)體的早期預警作用。故障診斷,通過(guò)分析物理實(shí)體的運行狀態(tài),了解現象背后的原因。預測推演,是利用仿真技術(shù)來(lái)預見(jiàn)物理實(shí)體未來(lái)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(lèi)場(chǎng)景的數字孿生體的最終價(jià)值體現,具體表現為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品,能夠明顯推動(dòng)各行各業(yè)的數字化轉型。
2.數字孿生系統的典型特征
等價(jià)映射:數字孿生體是對物理實(shí)體的等價(jià)描述,是對物理實(shí)體進(jìn)行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數字孿生體能夠實(shí)現雙向映射、數據連接和狀態(tài)交互,起到“數化”、“保真”效果。
實(shí)時(shí)交互:基于實(shí)時(shí)傳感等多元數據的獲取,孿生體可全面、精準、動(dòng)態(tài)反映物理對象的狀態(tài)變化,包括外觀(guān)、性能、位置、異常等?!皩?shí)時(shí)”體現數字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實(shí)體間存在數據及指令互動(dòng)。
共生演進(jìn):“共生”體現在數字孿生體與物理實(shí)體同步構建,在全生面周期中相互依存,孿生體隨著(zhù)孿生對象的生長(cháng)而不斷演變。共智體現在三個(gè)層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內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:根據物理實(shí)體的各項真實(shí)數據,通過(guò)數字孿生體進(jìn)行仿真,實(shí)現對物理實(shí)體未來(lái)狀態(tài)的預測,預先知曉未來(lái)狀態(tài)能夠輔助用戶(hù)做出更合理的決策。根據物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運行狀態(tài),通過(guò)數字孿生體進(jìn)行監測,實(shí)現對系統不穩定狀態(tài)的預測,預先覺(jué)察即將可能發(fā)生的不穩定狀態(tài),使用戶(hù)更從容地處理該問(wèn)題。
建立數字孿生體的最終目的,是通過(guò)描述物理實(shí)體集合內在機理,分析規律、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(shí)現對物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征,可以得出數字孿生的體系架構。
3.系統功能
(1)流域預報預演
依托實(shí)景孿生平臺,綜合降雨、水位監測等基礎數據,結合水利專(zhuān)業(yè)模型和水利知識,實(shí)現流域水位的預警、預報、預演、預案功能,提升上游來(lái)水預報精度,具體實(shí)現包括降雨模擬仿真、產(chǎn)匯流仿真、洪水演進(jìn)、淹沒(méi)分析等功能,提升應急處置能力。
(2)指揮調度輔助決策
依托實(shí)景孿生平臺,集成指揮調度及語(yǔ)音調度系統,結合現場(chǎng)監控視頻、智能分析、智能監測等數據,打通業(yè)務(wù)壁壘,多業(yè)務(wù)協(xié)調統一,幫助指揮人員通過(guò)實(shí)景孿生場(chǎng)景快速了解現場(chǎng)情況,實(shí)現在水利實(shí)景一張圖中的精準指揮和調度,賦能精準指揮和科學(xué)決策。
(3)河湖管理
實(shí)現對河湖劃界成果、岸線(xiàn)規劃分區、“四亂”治理成果等業(yè)務(wù)“一張圖”管理實(shí)現對巡河人員、路線(xiàn)的實(shí)時(shí)監控和巡河任務(wù)、問(wèn)題的流程化管理。充分發(fā)揮視頻監控價(jià)值,在三維實(shí)景一張圖中便捷調取現場(chǎng)視頻,了解周邊環(huán)境,掌控巡檢過(guò)程,精準指揮調度。
(4)水廠(chǎng)綜合管理
針對水廠(chǎng)的日常運營(yíng)管理,實(shí)現水廠(chǎng)綜合態(tài)勢一張圖展示、水廠(chǎng)分布地理信息一張圖感知、設備管網(wǎng)運行狀態(tài)三維實(shí)景掌控、風(fēng)險預警事件場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)定位處置、能耗分布一張圖態(tài)勢感知、實(shí)景態(tài)勢三維立體直觀(guān)監控、水廠(chǎng)應急事件處置決策等數智化管理,推進(jìn)水廠(chǎng)四預建設,提升水廠(chǎng)綜合運行管理能效。
(5)水質(zhì)監測管理
系統接入水質(zhì)監測數據,實(shí)現對監測數據的集中匯聚和綜合分析,在智慧水務(wù)綜合態(tài)勢一張圖中,以多元圖表方式對水質(zhì)監測情況進(jìn)行可視化綜合呈現。在數字孿生場(chǎng)景中,對水質(zhì)監測點(diǎn)位進(jìn)行一張圖直觀(guān)展示,聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景精準定位查看數據詳情,異常指標及時(shí)提醒,直觀(guān)標注,精準定位,實(shí)現水質(zhì)態(tài)勢的直觀(guān)可視化監測管理。
(6)水源綜合管理
在實(shí)景三維一張圖場(chǎng)景中,對水源地分布進(jìn)行直觀(guān)展示,水庫、水源井、泵站等關(guān)鍵位置直觀(guān)標注,可以聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景快速定位至水源地區域瀏覽周邊環(huán)境和監測數據詳情信息。對前端全量監測數據進(jìn)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(guān)展示,為管理人員的精準管理和科學(xué)決策提供可視化數據支撐。
(7)供水管線(xiàn)巡檢管理
系統接入水質(zhì)監測數據,實(shí)現對監測數據的集中匯聚和綜合分析,在智慧水務(wù)綜合態(tài)勢一張圖中,以多元圖表方式對水質(zhì)監測情況進(jìn)行可視化綜合呈現。在數字孿生場(chǎng)景中,對水質(zhì)監測點(diǎn)位進(jìn)行一張圖直觀(guān)展示,聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景精準定位查看數據詳情,異常指標及時(shí)提醒。直觀(guān)標注。精準定位,實(shí)現水質(zhì)態(tài)勢的直觀(guān)可視化監測管理?;趯?shí)景孿生平臺實(shí)現管網(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,保障供水安全穩定。
(8)水庫運行監測立體感知
接入水雨情、水質(zhì)、環(huán)境監測數據,對監測統計分析、預警統計信息等態(tài)勢數據進(jìn)行直觀(guān)呈現。數字孿生場(chǎng)景中對各流量監測點(diǎn)、取水口、水質(zhì)監測點(diǎn)、水雨情監測點(diǎn)、環(huán)境監測點(diǎn)的分布情況進(jìn)行直觀(guān)展示,并與監測數據綁定,實(shí)現實(shí)時(shí)監測態(tài)勢的精準直觀(guān)展示。結合水雨情數據,實(shí)現上游來(lái)水預報,孿生場(chǎng)景中對水庫放水態(tài)勢進(jìn)行仿真推演,直觀(guān)展示放水過(guò)程和對下游區域的影響,保障水庫運行安全。
4.應用場(chǎng)景
(1)實(shí)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據、水務(wù)管網(wǎng)模型數據、水務(wù)管網(wǎng)基礎信息數據等,搭建水務(wù)管網(wǎng)實(shí)景三維一張圖,重點(diǎn)設備和關(guān)鍵節點(diǎn)直觀(guān)標注,高效檢索定位,一張圖中對水務(wù)管網(wǎng)進(jìn)行直觀(guān)、精準、可視化管理。
針對信息展示,定制可視化數據專(zhuān)題,一張圖直觀(guān)展示水務(wù)管網(wǎng)信息,實(shí)現宏觀(guān)態(tài)勢與微觀(guān)詳情的一體化掌控。
(2)實(shí)景三維水利設備管理
針對智慧水務(wù)設備管理,搭建實(shí)景三維設備管理態(tài)勢一張圖,將包含水源、水廠(chǎng)、壓力、流量、水質(zhì)、大用戶(hù)、二次供水、應急泵房、滲漏預警在線(xiàn)設備數據進(jìn)行一張圖綜合展示。結合三維地理信息場(chǎng)景,在一張圖中對設備分布、監測數據、設備告警進(jìn)行直觀(guān)展示和聯(lián)動(dòng)處置,實(shí)現設備管理的直觀(guān)、精準、高效、科學(xué)。
(3)實(shí)景三維水利調度管理
針對智慧水務(wù)調度管理,定制流程化管理系統,集生產(chǎn)調度計劃管理、生產(chǎn)運行綜合感知、調度值班科學(xué)管理、調度事件流程化填報管理、調度事件三維一張圖直觀(guān)感知等數智化功能于一體,賦能智慧水務(wù)生產(chǎn)調度高效管理和精準科學(xué)決策。
(4)水廠(chǎng)智慧化綜合管理
針對水廠(chǎng)運營(yíng)管理,實(shí)現水廠(chǎng)綜合態(tài)勢一張圖展示、水廠(chǎng)分布地理信息一張圖感知、設備管網(wǎng)運行狀態(tài)三維實(shí)景掌控、風(fēng)險預警事件場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)定位處置、能耗分布一張圖態(tài)勢感知、實(shí)景態(tài)勢三維立體直觀(guān)監控等數智化管理,提升水廠(chǎng)綜合運行管理能效。
(5)漏損分析:水務(wù)精準控漏
通過(guò)漏損控制管理系統對DMA區域的夜間最小流量、水平衡、產(chǎn)銷(xiāo)差等監測信息進(jìn)行分析,評估各區域內管網(wǎng)漏損狀況,有效識別管網(wǎng)漏損嚴重區域和漏損構成,科學(xué)指導開(kāi)展管網(wǎng)漏損控制作業(yè),實(shí)現精準控漏,提高漏損控制效率。
(6)水務(wù)管網(wǎng)滲漏智能預警
通過(guò)視頻+數字孿生技術(shù)底座,實(shí)現多種管網(wǎng)滲漏監測預警方式提高預警精準性,管網(wǎng)滲漏預警統計分析并綜合呈現,同時(shí)基于三維GIS地圖,對滲漏預警管網(wǎng)位置進(jìn)行直觀(guān)標注,實(shí)現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(xué)性。
(7)智慧水質(zhì)監測管理:水質(zhì)監測
系統接入水質(zhì)監測數據,實(shí)現對監測數據的集中匯聚和綜合分析,在智慧水務(wù)綜合態(tài)勢一張圖中,以多元圖表方式對水質(zhì)監測情況進(jìn)行可視化綜合呈現。在數字孿生場(chǎng)景中,對水質(zhì)監測點(diǎn)位進(jìn)行一張圖直觀(guān)展示,聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景精準定位查看數據詳情,異常指標及時(shí)提醒,直觀(guān)標注,精準定位,實(shí)現水質(zhì)態(tài)勢的直觀(guān)可視化監測管理。
(8)智慧水源綜合管理:水環(huán)境監測
在實(shí)景三維一張圖場(chǎng)景中,對水源地分布進(jìn)行直觀(guān)展示,水庫、水源井、泵站等關(guān)鍵位置直觀(guān)標注,可以聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景快速定位至水源地區域瀏覽周邊環(huán)境和監測數據詳情信息。對前端全量監測數據進(jìn)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(guān)展示,為管理人員的精準管理和科學(xué)決策提供可視化數據支撐。
(9)用戶(hù)監測
系統接入前端全量監測感知數據,實(shí)現對用水量的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監控。對用水數據進(jìn)行綜合匯聚分析并直觀(guān)呈現,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(hù)進(jìn)行及時(shí)預警,并在三維場(chǎng)景中進(jìn)行直觀(guān)標注,可聯(lián)動(dòng)查看數據詳情,聯(lián)動(dòng)附近監控查看現場(chǎng)實(shí)景詳情,排查數據異常原因,便于精準運維管理,輔助管理人員開(kāi)展精準科學(xué)決策。