数字孪生水利专题第五期|彭进双：奥格数字孪生流域解决方案分享

内容来源：2023 智慧水利建设高峰论坛——数字孪生水利高级研讨会

以下为奥格科技股份有限公司总经理彭进双的现场分享：

各位嘉宾大家好，今天给各位分享奥格数字孪生流域解决方案。本次报告主要从建设背景、解决方案、典型案例三个方面来展开。

第一部分：建设背景

首先从建设背景开始，党的二十大明确提出了全面建成社会主义现代化强国、实现第二个百年奋斗目标，以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的中心任务。中国式现代化需要有力的现代化水利支撑保障，国家水安全保障能力是现代化水利支撑保障的核心，事关社会主义现代化国家建设和中华民族伟大复兴的基础性、全局性、战略性问题。水是万物之母、生存之本、文明之源。水安全保障是实现全体人民共同富裕的现代化的必然要求；是实现高质量发展和经济体系现代化的必然要求；实现国家安全体系和能力现代化的必然要求；是实现人与自然和谐共生的现代化的必然要求。

图一：数字孪生流域建设背景（来源于：彭进双《奥格数字孪生流域解决方案》）

2021年底，水利部印发智慧水利建设指导意见和实施方案，提出以数字孪生流域为核心；2022年2月25日，水利部对数字孪生流域建设技术大纲、导则、要求等文件进行审查；5月18日，水利部组织开展数字孪生流域建设先行先试实施方案和数字孪生流域水利工程建设方案审核；6月17日，水利部启动七大江河“十四五”数字孪生流域建设方案审查；8月12日,《“十四五”数字孪生流域建设总体方案》通过水利部审查，数字孪生流域建设进入全面实施阶段。

2021年以来，水利部先后提出数字孪生流域、数字孪生水利工程、数字孪生水网，共同形成水利数字孪生系列。流域、水网、水利工程三个物理实体的相互关系决定了数字孪生流域、数字孪生水利工程、数字孪生水网三者关系。

而数字孪生流域发展现状分为三个方面讲述：

感知能力方面：水利物联感知正逐步向“全要素、全方位、立体化”目标发展，但现阶段仍整体智能化程度低，监测手段自动化程度不高，智能摄像头、新型传感器、精确位置测量等应用不足，距离形成天空地一体化、支撑数字孪生流域的智能透彻感知体系还有较大距离。

信息资源利用方面：内部整合不够，数据标准不一致，在不同业务和不同层级之间存在“重采、重存”的现象；外部共享不足，业务联系紧密的其他行业相关数据还未能实现共享，对互联网数据应用也处于起步阶段。

业务应用智能化方面：各层级水利主管单位建有多个水利业务应用系统，但系统独立分散、联动性一；信息技术和水利业务融合不深入，不能全流程支撑业务工作，综合分析和决策支持能力弱，距离能够在物理水利及其影响区域的数字化映射中实现“四预”功能差距较大。

第二部分：解决方案

奥格数字孪生流域解决方案是基于AgCIM，以云计算、BIM、CIM、大数据、物联网等技术为核心，数据底板依托统一数据标准规范和奥格水务物联技术，汇聚融合流域地理空间数据、基础数据、监测数据、业务管理数据、共享数据等多源异构数据，同时提供数据治理与数据服务功能；模型平台包括水利专业模型、智能模型、可视化模型和数字模拟仿真引擎，对水利业务过程进行模拟仿真及可视化呈现；知识平台收集历史水利知识、模型平台的仿真计算结果、数据底板产生的相关数据，经知识引擎处理形成水利知识图谱。在水利数字孪生平台基础上，开发流域“四预”防洪、水利工程安全运行管理等业务应用系统，通过数字化场景、智慧化模拟、精准化决策赋能智慧水利业务。

图二：奥格数字孪生流域解决方案总体框架（来源于：彭进双《奥格数字孪生流域解决方案》）

利用CIM成熟的可视化模型引擎，为模拟仿真提供实时渲染和可视化呈现，服务于业务过程和决策支撑的仿真模拟需求。

“几何+机理+数据驱动”定义数字孪生。语义模型是信息模型的核心，服务于高阶的机器学习算法训练。基于CIM平台构建融合几何、机理、数据驱动等多种数字模型，为模型平台和知识平台提供支撑。

以下为奥格数字孪生流域解决方案建设内容:

●构建天地空一体化水利感知网：奥格“水况云”物联网平台，提供设备接入、设备管理、数据管理、接口服务管理等功能。为OT-IT两化融合提供基础，实现水务传感设备统一接入（支持多种网络方式、通信协议、标准规约）、感知数据标准建模、感知数据共享，为水务应用提供多维实时感知数据服务。从感知体系角度：扩大感知及监测范围，提供全覆盖、高精度、高时效、长时间序列的感知功能；从感知数据解译和管理的角度：在云边端一体化理念指导下，统一数据接入与汇集机制，制定统一通信规约，并建立数据之间的相互关系，实现数据分类分层管理。

●数据底板：包括外业采集、倾斜摄影建模（场地）、水利工程BIM建模、数字孪生流域建模。

●模型平台：为了便捷地在三维大场景上浏览海量的水利工程BIM模型构件组成，可视化模型引擎必须具备BIM模型高效渲染和轻量化的能力，在融合集成水情、雨情、工情等智能感知信息的基础上，实现基于BIM的业务精细化管理。建立水务专题遥感解译模型，对河网水系、下垫面、防洪工程等数字化解译、要素更新与变化监测；建立水务专题AI模型，识别水尺水位、异物入侵、机器故障等问题，提升水务感知能力。

●2+N智慧应用：通过产品和定制开发相结合的方式，为水利行业基于“四预”功能的智慧应用。《水利业务“四预”基本技术要求》明确指出：“四预”是数字孪生流域建设的出发点和落脚点，也是检验数字孪生流域建设成果的主要标准。

包括以下方面：

①水利“一张图”轻量化汇聚展示地形级流域时空数据，实现数字化场景的综合展示。

②基于“四预”的防洪系统：基于”平战结合、洪涝兼治“的理念，包括气象雨水情、应急响应联动、防御保障、值班与信息报送、会商研判、调度指挥等功能模块，以模型平台与知识平台为支撑，实现洪水预报、预警发布、洪水预演、应急预案等”四预“功能。

③水利工程运行管理系统：基于BIM实现水利工程进行巡查巡检、维修养护、操作运用、标准化考核等业务进行信息化管理，为高层管理者提供科学决策的依据、为中层管理者提供实时的监管工具、为一线工作人员提供便捷的作业工具，提升水利工程运行管理的工作效率和工作质量，保障水利工程安全稳定运行。

④排水防涝管理系统：主要面向流域城镇非常态救灾场景，主要包括：当前态势——当前的雨情水情工情等态势；风险情况——设施隐患、历史内涝事件等；水情预报——未来的水情推演分析；综合分析——未来的风险、造成的危害等推演分析。

奥格数字孪生流域解决方案的优势：

第一，多源异构数据融合能力。融合多源异构数据的能力，实现水利对象（河道、水库、堤防、水闸、泵站等）地理空间数据、基础数据、监测数据、业务管理数据等流域全要素、全过程数据的集成与展示，建设基础数据统一、监测数据汇集、二三维一体化、三级贯通的数据底板。

第二，高效的可视化模型轻量化处理能力。基于前端对表达模型加载要快、渲染要流畅、模型要美观的可视化表达要求，AgCIM Desktop利用多项自研的关键技术，实现对三维模型及BIM模型进行轻量化处理。

第三，高逼真渲染能力。平台同时兼容WebGL、三维GIS和游戏引擎。其中游戏引擎基于云渲染技术以推送视频流的方式实现高逼真渲染，场景更逼真，提供游戏级体验的同时保证数据安全。

第四，一种数据发布多种服务能力。WFS (Web Feature Service)、WMS (Web Map Service)、WMTS (OpenGIS Web Map Title Service)、RFS(Restful Feature Service)（奥格自主）、WPS (Web Processing Server)、3DTiles、 S3M、I3S、C3S等。

关键技术的未来展望，因为流域仿真算法专业门槛高，仿真计算成果渲染难度大。而流域水文模拟是非常严肃的工作，要求可视化必须准确。现阶段仿真模型与渲染引擎仍然难以融合，尽管游戏引擎中强大的物理引擎已经解决了可视化的真实感问题，但是如何关联仿真结果实现可视化的准确性，仍是国际研究前沿迫切解决的问题。

图三：奥格数字孪生流域解决方案关键技术展望（来源于：彭进双《奥格数字孪生流域解决方案》）

第三部分：典型案例

奥格在全国50多个城市积累了超过100个项目经验，在“智慧排水”、“城市防洪排涝”、“污水系统提质增效”、“海绵城市建设”、“地下管线管理”等方面的应用得到了水务、住建、城管等部门的高度认可。

图四：奥格案例一览（来源于：彭进双《奥格数字孪生流域解决方案》）

案例一：广州智慧水务项目

广州智慧水务项目已经通过初验，项目覆盖广州市全域，涉及1718条河流、297个水库、108座山塘、3万多公里排水管网、63座污水处理厂、105个排涝片、977个雨水分区、3.9734万个排水单元。

建成“9+2”成果体系，包括建设11个标准规范（排水5个+三防6个）、部署6000多个物联感知站点（含548个雨量监测站点、431个水库三要素监测站+71个山塘三要素监测站+880个河道断面三要素监测+109个拦河坝（含堰闸）三要素监测+4水土流失监测站点+3个土壤墒情监测站点、289个闸站状态监测+298个泵站状态监测+518个路面积水监测+3248个窨井水位监测+80个供排水管网水质监测+151个污水厂进出口水质监测站）、集成近29万路视频资源、建设1个可视会商指挥平台（1个主会场+37个分会场）、1个水务APP、2套应用系统。助力广州治水和水旱灾害防御迈向成功，使广州水务管理初步实现“全覆盖、全流程、精细化、可朔源”，提升了广州智慧水务管理现代化、智能化水平，解决了广州水务家底不清、状态不明、调度不科学等问题。

案例二：中山市水利工程建设与管理系统项目

建成水利工程建设管理系统、水利工程运行管理系统以及水利建设市场信用信息管理系统。进一步提升中山市水利工程建设项目信息化管理水平；落实信息公开与共享长效管理机制，全面提高提升水利工程建设与运行管理水平；有效保护水环境，推动水利信息化建设建设。

案例三:深圳市龙岗区智慧水务CIM融合项目

建成CIM基础平台+水务CIM数据整合服务。构建数字孪生水务CIM1~CIM3数字孪生城市信息模型，将龙岗区的水务相关要素数字化，完整的映射在城市信息模型中，支撑水务数字化运行，实现智慧水务的“可知、可视、可控、可预测”。

案例四:南宁邕江防洪排涝项目

建成“6-1-1-9”成果体系，即升级改造六大工程（闸泵自动化+调度指挥中心+视频监控系统+远程视频会议+水文遥测系统+远程扩声广播系统），构建防洪排涝“一个库”、 防洪预警“一张图”和九大核心应用（日常运营管理+应急调度管理）。初步满足邕江分级调度、统一会商的要求，实现远程办公，缩短了工作审批周期（提升40%），减少了30%的设备损耗率，规范了防洪闸等设施的启闭操作审批流程和步骤，采用移动端开展日常巡查，使处理周期缩短了40%，提升了南宁城市防洪安全保障。获得国防总王勇等领导高度认可，起到示范工程作用。

图五：典型案例-邕江防洪排涝（来源于：彭进双《奥格数字孪生流域解决方案》）

奥格数字孪生流域解决方案为数字孪生流域业务应用提供“算据”和“算法”支撑与服务，在数字孪生的基础上，开发流域“四预”防洪、水利工程安全运行管理等业务应用系统，通过数字化场景、智慧化模拟、精准化决策赋能智慧水利业务。

以上图文来源：根据彭进双《奥格数字孪生流域解决方案》报告编辑整理