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。