山有百藏而不言，水润万物而不语。中国属于大河文明，农业历来在经济中占主导地位，其中水利灌溉是保证农业生产和提高农业产量的重要因素。如今，传统水利通过与数字孪生相结合，通过数据可视可控，做到水利“四预”，开创了智慧水利的新篇章。

 

数字赋能，治水管水更智能

什么是数字孪生水利？通俗说，是指运用云计算、大数据、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术，采集全量数据，实现江河水库、水网建设、工程调度等的可视化展示，并进行智能化模拟和前瞻性预演。

水利部正在加快构建具有“四预”（预报、预警、预演、预案）功能的数字孪生水利体系，那么在大众眼里的水利数字孪生究竟是做什么呢？

水利业务“四预”技术框架图

水利“四预管理”的要求主要集中在：提高预报精准度、预警时效性、预演模拟仿真以及预案的科学性和可操作性。这些需求都可以通过与三维可视化技术的结合得到更好的满足。

三维可视化技术提供更直观、立体的数据展示方式，使水利部门能够更好地理解和分析水安全要素的发展趋势的同时，还可以拓宽预警信息的发布渠道。通过将预警信息以三维图像的方式呈现，可以使水利工作一线和社会公众更直观地理解预警内容，更快地采取响应措施。

不仅如此，三维可视化技术还可以构建真实感强的数字孪生流域，模拟各种情况下的水利工程调度，帮助水利部门更直观地了解风险形势和影响，更好地迭代优化方案。

通过三维可视化技术可以将预案以更直观、立体的方式呈现出来，使水利部门更好地理解预案内容，更准确地把握水利工程的最新工况和经济社会情况，确保预案的可操作性。

 

数字孪生水利离不开“映射、模拟与仿真”

今年4月底，我国首个数字孪生流域建设重大项目——长江流域全覆盖水监控系统建设项目开工建设。建成后，监测站网将覆盖3791个断面和上万个规模以上取水口，视频监视体系能够覆盖160座控制性水利工程、96个重要防汛节点、28个重要采砂江段，助力持续推动长江大保护。

不难看出，水利部一直在统筹数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程建设，推进水利业务2+N应用。这里的水利数字孪生远不止三维可视化这么简单。

数字孪生水利防洪预演场景

数字孪生水利，基础在“数”。数字孪生与物理对象映射：通过数字孪生技术可以对物理流域进行全要素数字化映射，并实现物理流域与数字流域之间的动态、实时信息交互和深度融合，保持两者的同步性、孪生性。

全息感知，万物皆“数”。数字化映射是数字孪生水利的基础，包括映射水利对象的物理实体，映射对象的实时状态，映射设施设备的调度操作，映射水流场的发展变化。

数字孪生水利，重点在“演”。数字孪生实现智慧化模拟：通过集成耦合多维多时空尺度高保真数学模型，构建数字孪生流域模拟仿真平台，支撑水利业务全要素“四预”的模拟仿真。

智慧化模拟的主要技术手段是：模拟仿真推演、可视化呈现、空间分析等。模拟仿真推演是通过物理实体、业务流程等参数的模拟计算进行空间推演、过程分析，为预演提供驱动，如“降雨—产流—汇流—演进”过程推演；可视化呈现通过实时渲染展现物理实体、业务流程，展现流域全貌大场景直到工程细节，为预演提供形象直观效果；空间分析结合时空网格、空间定位等服务，提供空间数据相关计算、分析、查看以及路径规划、漫游、可视域分析、场景标注等能力，为预演提供空间计算分析功能。

值得一提的是，由于水利工作的空间特点决定，水利是一项大尺度、大范围的工作，不可能在物理流域中试验不同方案，只能在数字空间进行反复预演。

数字孪生水利，必将着眼于“精细化决策”。精准化决策是在防洪调度、水资源管理与调配、水生态过程调节等预演的基础上，实现精准化决策的建议方案。

支撑精准化决策是数字孪生流域的目标，重点是制定最优化方案以便最大程度提前规避风险、提高效益、减少损失，主要任务是建设知识平台，为规划、工程调度、治理管理措施等方面的多方案比选提供支撑。

 

AIRLOOK为数字孪生水利提供有利支撑

AIRLOOK具备大规模空间数据采集、全自动三维模型生产和三维数据轻量化的技术能力，同时拥有自主研发的三维地理信息引擎，并形成了水利数字孪生解决方案。方案包括：L1、L2、L3级水利专用地理空间数据生产、水利可视化模型构建、三维渲染引擎、模拟仿真引擎，专为水利数字孪生项目提供数字孪生底座，提供多级别空间数据的融合加载和高清云渲染能力。

数字松涛项目

去年，公司与合作伙伴一同参与了海南省水务厅建设的数字孪生松涛水库项目，为用户提供了具备四预功能的数字孪生底座。在项目中探索了数字孪生技术与水利业务深度融合，为其他数字孪生水利工程建设提供可复制可推广的经验做法。

海南智慧水网项目

该项目应用了GIS+BIM、VR、云渲染、规则引擎、AI识别、机器学习等技术，在库区监测、运行管护、水库防洪与水资源调度中，实现松涛水库智能化管理，结合上下游防洪安全及用水需要和水库安全状况，落实"四预"一体化过程，为水库的安全运行管理提供有效支撑。

今年，AIRLOOK还参与了云南省数字孪生灌区项目，为某中型水库建设数字孪生底座，将数字孪生技术与水资源合理利用进行融合，充分发挥了数字孪生技术对水利业务2+N应用的支撑作用。

某中型水库泄洪模拟

数字孪生水利建设，是一项技术密集、人才密集、资金密集的创新工程，实现高质量推进任重道远。未来，AIRLOOK将大力推进数字孪生水利建设，继续为水利行业的可持续发展和资源保护作出贡献的同时为国家水安全保障能力提供更有力支撑。

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