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的總體技術路線,綜合運用數(shù)字孿生、視頻融合、位置智能等空間技術,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度。
數(shù)字孿生場景融合大數(shù)據(jù)、云計算、AI等前沿技術應用,將信息、技術、設備與水務管理需求有機結合,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)調效率。
1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構
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)的各種產品,能夠明顯推動各行各業(yè)的數(shù)字化轉型。
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)字孿生體能夠實現(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。
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)指揮調度輔助決策
依托實景孿生平臺,集成指揮調度及語音調度系統(tǒng),結合現(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取現(xiàn)場視頻,了解周邊環(huán)境,掌控巡檢過程,精準指揮調度。
(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)水質監(jiān)測管理
系統(tǒng)接入水質監(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)水質態(tài)勢的直觀可視化監(jiān)測管理。基于實景孿生平臺實現(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、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、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)實景三維水利調度管理
針對智慧水務調度管理,定制流程化管理系統(tǒng),集生產調度計劃管理、生產運行綜合感知、調度值班科學管理、調度事件流程化填報管理、調度事件三維一張圖直觀感知等數(shù)智化功能于一體,賦能智慧水務生產調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、產銷差等監(jiān)測信息進行分析,評估各區(qū)域內管網(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)智慧水質監(jiān)測管理:水質監(jiān)測
系統(tǒng)接入水質監(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。