51WORLD數(shù)字孿生水利平臺，從全要素場景生成、全要素場景管理、可視呈現(xiàn)、實(shí)時(shí)渲染、模擬仿真五大功能出發(fā)，全面打造數(shù)字孿生仿真引擎，賦能智慧水利數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水利工程建設(shè)。

近日，水利部印發(fā)了《關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《指導(dǎo)意見》）《智慧水利建設(shè)頂層設(shè)計(jì)》《“十四五”智慧水利建設(shè)規(guī)劃》等系列重要文件，明確提出要全面部署智慧水利建設(shè)，并將數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水利工程建設(shè)作為構(gòu)建智慧水利體系、實(shí)現(xiàn)“四預(yù)”的核心和關(guān)鍵。

根據(jù)《指導(dǎo)意見》指出的構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的“四預(yù)”智慧水利體系要求，51WORLD以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑，構(gòu)建了數(shù)字孿生流域?yàn)楹诵牡闹腔鬯脚_。

下面我們通過五大功能拆解，帶大家詳細(xì)了解數(shù)字孿生技術(shù)如何賦能智慧水利建設(shè)。

全要素場景生成

全要素場景，是數(shù)字孿生仿真引擎的基礎(chǔ)，通過生成大范圍的全要素場景底板，進(jìn)行物理流域、工程的全要素的數(shù)字化映射，承載2+N智能應(yīng)用。

51WORLD全要素場景生成集合了多源數(shù)據(jù)，包括DEM數(shù)據(jù)、DOM數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)、BIM模型數(shù)據(jù)、測繪數(shù)據(jù)等。通過自動生成、手動生成、自動輕量化、人工精修等過程，數(shù)字孿生水利平臺可以打造不同精度等級的場景底板。

全要素場景管理

全要素場景管理，主要包括場景選取、場景切換、場景加載等配置功能，可根據(jù)不同大小范圍的流域、城市、工程區(qū)域等場景需求進(jìn)行選取，通過場景的下載和加載，可進(jìn)行進(jìn)一步的功能開發(fā)及應(yīng)用，支持多個(gè)場景切換。同時(shí)，全要素場景管理也支持在場景中配置和管理物理模型。

可視呈現(xiàn)

可視呈現(xiàn)基于成熟的建模及渲染軟件，建設(shè)自然背景、流場動態(tài)、水利工程、機(jī)電設(shè)備四大類物理可視化模型。

數(shù)字孿生智慧水利建設(shè)過程中，需要對真實(shí)世界進(jìn)行數(shù)字化映射，包括水利治理管理活動的全過程。例如，“四預(yù)”過程也屬于可視化模型的一類。

以上四類可視化模型，在數(shù)字孿生水利平臺中，可進(jìn)行水利業(yè)務(wù)環(huán)境的快速搭建和無代碼配置。

自然背景包括：海洋、湖泊、河流、植被、道路等。

▲自然背景-海洋

▲自然背景-湖泊

▲自然背景-河流

▲自然背景-植被

▲自然背景-道路

流場動態(tài)包括：水流、潮汐、海浪等。

▲流場動態(tài)-水流

▲流場動態(tài)-海浪

水利工程包括：水庫、水閘、泵站、水電站等。

▲水利工程-水庫

▲水利工程-水閘

▲水利工程-泵站

▲水利工程-水電站

機(jī)電設(shè)備包括：閘門啟閉機(jī)、水輪機(jī)組等。

▲機(jī)電設(shè)備-閘門啟閉機(jī)

▲機(jī)電設(shè)備-水輪機(jī)組

實(shí)時(shí)渲染

實(shí)時(shí)渲染功能是可視呈現(xiàn)的重要技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)天氣變換 、晝夜日照、光影效果、材質(zhì)還原等功能。通過對物理流域或工程進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，達(dá)到真正意義上的將現(xiàn)實(shí)世界孿生仿真到虛擬世界，并且為模擬仿真和業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)通路。

▲實(shí)時(shí)渲染實(shí)現(xiàn)天氣變化、晝夜日照

▲實(shí)時(shí)渲染實(shí)現(xiàn)光影效果、材質(zhì)還原

模擬仿真

模擬仿真是數(shù)字孿生水利平臺的核心價(jià)值體現(xiàn)，通過驅(qū)動水利虛擬對象的系統(tǒng)化運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)合靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)，通過API耦合場景和模型進(jìn)行物理驅(qū)動、實(shí)時(shí)渲染、動態(tài)視覺特效等，進(jìn)而精準(zhǔn)、快速表達(dá)水利專業(yè)模型和智能模型的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生流域/工程與物理流域/工程的歷史數(shù)據(jù)及事件重現(xiàn)、實(shí)時(shí)同步仿真運(yùn)行，以及模型算法預(yù)測結(jié)果的模擬。

模擬仿真包含多維數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)驅(qū)動、仿真表達(dá)等階段應(yīng)用。

多維數(shù)據(jù)融合，即在全要素場景中，將地理空間數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)等進(jìn)行融合及展示。利用這些數(shù)據(jù)，平臺可以根據(jù)流域概覽、工情、水情、雨情、水質(zhì)等業(yè)務(wù)需求進(jìn)行相應(yīng)展示。

▲多維數(shù)據(jù)融合-流域概覽、電站工情展示

▲多維數(shù)據(jù)融合-流域水情、雨情、水質(zhì)展示

通過三維視頻融合技術(shù)，平臺甚至可以將傳統(tǒng)的攝像頭實(shí)時(shí)畫面投射到全要素場景及模型上，并可將相鄰的畫面進(jìn)行拼接融合，形成一幅更大分辨率的空間畫面，以便更好地對場景進(jìn)行監(jiān)控、追蹤、歷史回溯與模擬演練。

▲多維數(shù)據(jù)融合-三維視頻融合

數(shù)據(jù)驅(qū)動，以真實(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動場景或模型變化動作，既可以顯示實(shí)時(shí)真實(shí)數(shù)據(jù)及真實(shí)工況，也可以切換成模擬數(shù)據(jù)及模擬工況。

常見的數(shù)據(jù)驅(qū)動包括岸線變化、閘門啟閉、水泵開啟、清污機(jī)工作等。此外，數(shù)據(jù)驅(qū)動還可以對水利治理管理活動全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，例如河湖巡檢等。

▲數(shù)據(jù)驅(qū)動岸線變化

▲數(shù)據(jù)驅(qū)動閘門啟閉

▲數(shù)據(jù)驅(qū)動水泵開啟

▲數(shù)據(jù)驅(qū)動清污機(jī)工作

仿真表達(dá)，可以對過去、現(xiàn)在、未來進(jìn)行模擬仿真，包括歷史數(shù)據(jù)及事件重現(xiàn)、實(shí)時(shí)仿真運(yùn)行、模型算法預(yù)測結(jié)果模擬等。其典型應(yīng)用包括水質(zhì)反演、大壩安全監(jiān)測影響區(qū)域展示、橋隧淹沒、區(qū)域淹沒、水流演進(jìn)等。

仿真表達(dá)可以進(jìn)一步支撐全要素預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案的模擬分析，逐步實(shí)現(xiàn)“2+N”智慧水利業(yè)務(wù)應(yīng)用。

▲仿真表達(dá)典型應(yīng)用-水質(zhì)反演

▲仿真表達(dá)典型應(yīng)用-安全監(jiān)測

▲仿真表達(dá)典型應(yīng)用-橋隧淹沒

▲仿真表達(dá)典型應(yīng)用-區(qū)域淹沒

▲仿真表達(dá)典型應(yīng)用-水流演進(jìn)

智慧水利建設(shè)是新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的最顯著標(biāo)志和六條實(shí)施路徑之一，全國各地正大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)，而數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水利工程建設(shè)，則是推進(jìn)智慧水利建設(shè)的核心和關(guān)鍵。

51WORLD數(shù)字孿生水利平臺助力數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水利工程建設(shè)，為流域防洪應(yīng)用、水資源管理與調(diào)配應(yīng)用、和N項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用（水利工程建設(shè)和運(yùn)管、河湖管理、水行政、水監(jiān)督、水文管理等）提供了場景建設(shè)、數(shù)字化映射、智能化模擬和實(shí)時(shí)仿真等能力，用數(shù)字孿生技術(shù)賦能智慧水利建設(shè)。

構(gòu)建數(shù)字孿生流域/工程、建設(shè)"2+N"水利智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系和完善水利網(wǎng)絡(luò)完全體系，是“十四五”智慧水利建設(shè)的重點(diǎn)任務(wù)，51WORLD將持續(xù)探索智慧水利建設(shè)的新技術(shù)、新模式，為智慧水利應(yīng)用落地提供助力。

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