未来天玑 - 数字孪生“四预”，航天宏图助力安全度汛

航天宏图 2023-07-27 17:39:57 企业资讯

数字孪生“四预”，航天宏图助力安全度汛

随着气温的升高，

夏季雨季已经悄然降临，

全国多地进入主汛期，

每年的夏季雨季，

都是我国防汛工作最为紧要的时刻，

同时也是灾害频发、

危害最为严峻的时段。

当前，我国已进入“七下八上”防汛关键期。面对严峻的水旱灾害防御形势，李国英部长在近日的专题会商会上强调，要绷紧预报、预警、预演、预案“四预”工作链条。构建具有“四预”(预报、预警、预演、预案)功能的智慧水利体系，引入水利专业模型，提高精准度、延长预见期，实现对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的前瞻预演，确保风险提前发现、预警提前发布、方案提前制定、措施提前实施，对安全度汛意义重大。

基于天空地协同观测的

数字孪生流域平台

航天宏图公司充分运用物联网、大数据、云计算、人工智能、数字孪生等新一代信息技术，针对物理流域下垫面变化在数字空间的同步映射及水利专业模型参数动态调整的技术难点，通过建立可表征流域水循环过程的多尺度数字化场景，挖掘水利对象、单元特征、水循环模型间的关联关系，形成水利知识图谱，本着综合集成的目标，应用云计算、大数据、虚拟仿真等技术，从数据、模型、知识三个层次集成的角度，构建基于天空地协同观测的数字孪生流域平台。

建成了具有“四预”功能的智慧水利体系，实现多时空尺度的“降雨-产流-汇流-演进”过程同步仿真运行、预设场景推演和调度决策支撑，赋能水旱灾害防御，为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。

▲数字孪生流域资源共享平台

防洪“四预”场景

水灾害防御是水利重要业务之一，防洪“四预”功能是基于智慧水利总体框架，在数字孪生流域基础上建设。预报、预警、预演、预案四者环环相扣、层层递进。

预报

充分利用气象卫星、测雨雷达、雨量站、水文站组成的“天空地”立体监测感知体系，采用水文水动力模型，进行滚动流域洪水预报，助力构建雨水情监测预报“三道防线”，实现对云中雨、落地雨、河道径流的雨水情实时监测和预报预警，达到延长预见期、提高精准度双重目标，为预警工作赢得先机。

预警

通过雨水情的监测预警、预报预警及风险预警，安排部署工程巡查、工程调度、人员转移等工作，提高预警时效性、精准度，为启动预演工作提供指引。

预演

构建三维倾斜摄影，在重要和关键水利工程、设施区设定预演场景，合理确定水利业务应用的调度目标、预演节点、边界条件等，对设计、规划或未来预报场景下的水利工程运用进行模拟仿真，及时发现问题，科学制定和优化调度方案。

预案

预案智能匹配，根据洪水预报、预演情况，智能匹配防汛应急预案；预案智能提醒，接近触发某级别应急预案时，系统将自动生成、推送预警信息提醒相关业务人员做好防备工作。依据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况，确定工程调度运用、非工程措施和组织实施方式，确保预案的可操作性。

数字孪生水旱灾害“四预”案例

水利部数字孪生流域平台

数字孪生平台原型系统是水利部数字孪生流域建设先行先试的重要支撑，系统以“标准统一、接口规范、分布部署、快速组装、敏捷复用”为原则，围绕综合集成目标，基于公司PIE-Earth、PIE-Factory、PIE-Knowledge产品体系，实现了以流域为单元的数据、模型和知识的快速装载及可视化，并在水利部数字孪生先行先试中期评估中被评选为优秀应用案例。

针对屯溪流域20200702号洪水事件，根据流域下垫面条件，在模型平台上搭建了面向屯溪流域防洪业务的降雨-产流-汇流预报模型，实现了屯溪流域出口断面预报流量过程、屯溪下游河道预报流量过程分析，并在水利部数字孪生流域原型系统上对模型预报结果进行可视化展示，通过开展“洪水预报-预警-调度”业务应用，助力安全度汛。

同时依托模型平台，采用2019年1月至2023年3月共129景Sentinel-1A IW SAR升轨影像，对白鹤滩水库工程管理范围进行4年的形变监测应用分析，助力水利工程监管。

数字孪生流域防洪“四预”系统

系统在数字空间虚拟再现真实流域，实现对流域各类水利治理管理行为的精准化模拟，并对流域信息进行实时监控。完成了水文预报模型与一维水动力学模型在流域的适应性研究，利用历史洪水淹没调查成果不断优化调整模型参数，解决重点防洪区不同洪水条件下的洪水淹没演算问题和预演过程，同时研发基于UE4开发仿真引擎平台与GIS技术的融合，形成了丰富的水灾害“预演”可视化展示，实现了水灾害防御“四预”业务的闭环管理。