基于數字孿生的智慧水利建設思路與實踐華為水利水務業務部總架構師

劉二佳2021.06.11武漢內涵與特征應用場景總體架構發展路徑1324預報預警預演預案感知

采集匯聚治理數字孿生驅動下的智慧水利：內涵影響轉化物理外關部系環境關系智能交互+智能聯接+智能中樞數字孿生鏡像平面數字業務邏輯/規則

影響

轉化

邊界

約束物理

關系/規則虛體外部業務邏輯數字水利物理水利影響轉化物理實體數字虛體數字模型數字過程物理過程物理模型轉化影響影響影響轉化轉化邊界約束

全域感知，實現由實到虛

智能操控，實現由虛控實

深度學習，實現自我優化

更新迭代，實現流程再造數字孿生驅動下的智慧水利：特征模虛

映關智能交互+智能聯接+智能中樞數字孿生鏡像平面數字水利物

理水

利實

射系型

模型&AI知識貫穿和系統發展的成長能力=智慧水利精準映射\虛實交互\智能干預

的數字水利

孿生場景問題導向按需孿生的場景水利數字化數據匯集和貫穿的集成融合數字孿生驅動下的智慧水利：構成水利要素和業務數字化物理水利智慧化場景關系具象化業務邏輯智能化水利數據資源目錄數字孿生驅動下的智慧水利：數據價值水利數字孿生平臺水利數據交換共享平臺空間關系邏輯關系依存關系關聯關系轉化關系

數據融合三維結構二維結構時間

信息結構決定價值數據價值N2傳統智慧水利新型智慧水利數據匯聚時間序列精準360金剛石信息石墨空間5、一：國家水網一盤棋6、系統優化：結構關系、資源配置、外部干預

條件3、平臺賦能：模擬仿真、智能推演、知識驅動

4、場景構建：可記錄、可分析、可計算，記錄

過去、現在及未來1、虛實映射：全域全要素數字化2、逼真渲染：視覺特效、AR/VR/MR

3、動態識別：主題、對象、邊界、狀態數字孿生驅動下的智慧水利：業務價值可用可思考可看虛實對應精準映射協同交互智能推演物理水利數字水利內涵與特征應用場景總體架構發展路徑1324明亮雙眼(AI)鮮活血液(數據)開發建設。手代表了智慧水利各類應

用，在數據、AI等支撐下，

實現業務應用的智能化。水利數字平臺GIS/BIMIoT融合通信

大數據ROMAAI服務

公有云

私有云

混合云智慧水利業務全智能一圖全面感知一鍵輔助決策一體指揮聯動數據全融合通用平臺能力通用數據能力資源全云化云、網絡聯接（5G

等）要素全采集?光譜水質分析儀

?

一桿通?AI視頻行業應用智慧河湖基礎網絡有線傳輸機器視覺和傳感是智慧水利

的眼睛，通過視頻、人工智

能等技術敏銳感知物理水循環的發展變化，獲取無處不

在的感知數據和視頻水利數

據。新型

傳感

設備AI視頻光譜水質分析一桿通智慧大腦(IOC)運營指揮中心是智慧水利

的大腦，作為智慧水利的

運行監測中心、指揮中心、分析決策中心.暢通經脈(云網)云網是支撐智慧水利的經脈（神經系統),統籌基礎的云網設施

，

支

撐

智慧水利應用的數據是智慧水利的

血液

，血液的流動

連接大腦、手腳

，

表現為數據的互聯

互通

，業務的跨部

門協同。理念牽引雨量/壓力/水質/水情/工情……感知采集設備靈活雙手(應用)架構支撐視頻專網水庫管理防洪排澇53124F5G/5G知傳感用微波?

?

??

??物聯場景

聯動數據場景依賴DSM、

BIM、水下地形建設二三維+BIM融合的數據框架微觀數據框架航空、無人機遙感、高精度DEM、河道范圍等對特定區域精細化建設，

增補衛星遙感數據精度與更新周期的不足中觀數據框架遙感衛星、

30m地形地貌、水文地質對江湖湖泊、水利工程、水利管理活動等大顆粒度水利地理宏觀數據框架建設宏觀數據框架微觀層面

中觀層面宏觀層面視頻場景

軟感知場景孿生數據底座物聯場景++…指揮中心（大屏、中屏、小屏）?

水資源配置“一眼明”工程運行“一”?

工程建設“一盤棋”

公眾服務“一站式”水利治理（智慧）?水旱災害防御?

水資源集約安全利用數字孿生空間（孿生）?1個知識驅動中樞?1個孿生支撐中樞?1個基礎支撐中樞?1個數據融合中樞一網絡（互聯）?

通信網

物聯網物理感知空間（感知）?取用水感知?

險情感知?災情感知智能中樞空調一張全域立體感知網一個智能中樞安防網絡信號燈一張水網運行

圖一鍵水利治理一鍵水利治理?水文感知?工情感知?管網感知?

水資源管理與調配?

江河湖庫生態治理一運行圖險情感知水生態感知全域立體感知水情感知雨情感知

工情感知SDN5G/WiFi/NB-IoT墑情感知基站IOT內涵與特征應用場景總體架構發展路徑1324應用場景1：態勢感知——全域全要素盡收眼底流域綜合調度系統(水安全，水環境，

水生態）可編排決策分析片：雨情水情積水災情工程調度調度效果……時間總指揮防御處工作人員流域機構工作人員時刻1氣象態勢暴雨中心遷移流域水雨情時刻2工程險情潮汐態勢流域災情時刻3……時刻n-1時刻n調度效果總體調度過程流域調度過程全市內澇分布雨洪過程雨洪過程總體調度方案流域調度方案機理模型水務大數據內澇/河道/水庫卡片應用場景2：決策分析——動態推演，

因圖決策調度動態推演過程流域分析卡片氣象/潮汐卡片

應用場景3：聯動指揮——事件驅動，

融合會商，

跟蹤閉環⑥ICP融合通訊/視頻現場監視⑤應急全景④組織保障①事件態勢②決策方案③指令跟蹤工程360度畫像

低風險

中風險

高風險定期巡檢特別巡檢

風險評估應急處置應用場景4：工程360畫像——安全監管治河工程防洪排澇…大壩引水工程預警預警規劃階段數字世界規劃物理世界建設階段物理世界融合數字世界管理階段實時讀寫水利軟件定義水利一繪到底一干到底一管到底應用場景5：水利工程規建管一體化業務閉環構建建設監管融合保障水利工程落地逐步實現多規融合提高規劃管控能力物理空間虛實交互提高水利治理效能建設實施BIM施工圖審查建設監管工程經濟監測工程狀態監測BIM規

劃編制發改業務審批竣工驗收審批BIM施

工報建BIM規

劃報建規劃業

務審批工程

生態

監測工程

智能

管理視頻監控調度

蓄滯洪區水文監測降雨監測河道水文監測調度流量監測湖泊監測調度水位監測雨水、污水井狀態監測洪峰出現時間排水管道狀態監測風險排查指揮調度低洼積水，注意安全●●●●洪水預報、預演

（機器建模、機器學習）分析預測實時：秒級風險排查、實時預警

及指揮調度（雨洪、洪水、海綿城市、海嘯）BIM

+

物聯網監測+水動力/水文產流模型大數據模型應用場景6：

防洪“四預”實時預警（視頻、傳感）●T+0hT+2hT+6hT+16h普通場景

1、人為舉報，視頻排查2、現場溝通、取證、了解情況3、協調部門處理事發T+0h

T+0.5hT+4h孿生場景應用場景7：河湖監管問題快速處置通過多元數據孿生技術，優化業務流程，問題發現由被動變為主動，管理處置流程由現場變為遠程

，

由斷點處置變為全流程可視化閉環處置。融合視頻2、遠程會商、調度、處置基礎數據（地形地貌建筑）事終智能模型（可視化調度、處置）1、視頻分析，主動發現知識庫數據物聯感知應用場景8：水源地污染事件追溯，水資源配置調度預演污染溯源/擴散模型分析水資源配置輔助決策污染監測污染影響程度及范圍分析

灌區

監測采集時間生態污染物類型污染物濃度風速風向監測采集地點地理地形企業大氣氣壓污染溯源分析污染擴散分析城市內涵與特征應用場景總體架構發展路徑1324突破口當前，要堅持需求牽引和價值導向，以需求迫切、基礎較好、潛力巨的應用場景為突破口，在重點領域、重點環節率先實現突破，樹立一批典型模式和樣板長期性數字孿生是一套支撐數字

化轉型的綜合技術系統，技術在發展，應用在深化，

體系在演進，其應用推廣

也是一個動態的、演進的、長期的過程階段性數字孿生的出現是信息化發展到一定程度的必然性結果，數字孿生正成為描述、認識物理世界的新型工具艱巨性數字孿生

=數據+模型+場景，行業在數據采集、模型積累、場景設計等方面存在諸多短板，成為制約數字孿生發展的瓶頸戰略高點實踐獲益戰術先行?2018

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