山有百藏而不言，水潤萬物而不語。中國屬于大河文明，農業歷來在經濟中占主導地位，其中水利灌溉是保證農業生產和提高農業產量的重要因素。如今，傳統水利通過與數字孿生相結合，通過數據可視可控，做到水利“四預”，開創了智慧水利的新篇章。

數字賦能，治水管水更智能

什么是數字孿生水利？通俗說，是指運用云計算、大數據、人工智能、虛擬現實等新一代信息技術，采集全量數據，實現江河水庫、水網建設、工程調度等的可視化展示，并進行智能化模擬和前瞻性預演。

水利部正在加快構建具有“四預”（預報、預警、預演、預案）功能的數字孿生水利體系，那么在大眾眼里的水利數字孿生究竟是做什么呢？

水利業務“四預”技術框架圖

水利“四預管理”的要求主要集中在：提高預報精準度、預警時效性、預演模擬仿真以及預案的科學性和可操作性。這些需求都可以通過與三維可視化技術的結合得到更好的滿足。

三維可視化技術提供更直觀、立體的數據展示方式，使水利部門能夠更好地理解和分析水安全要素的發展趨勢的同時，還可以拓寬預警信息的發布渠道。通過將預警信息以三維圖像的方式呈現，可以使水利工作一線和社會公眾更直觀地理解預警內容，更快地采取響應措施。

不僅如此，三維可視化技術還可以構建真實感強的數字孿生流域，模擬各種情況下的水利工程調度，幫助水利部門更直觀地了解風險形勢和影響，更好地迭代優化方案。

通過三維可視化技術可以將預案以更直觀、立體的方式呈現出來，使水利部門更好地理解預案內容，更準確地把握水利工程的最新工況和經濟社會情況，確保預案的可操作性。

數字孿生水利離不開“映射、模擬與仿真”

今年4月底，我國首個數字孿生流域建設重大項目——長江流域全覆蓋水監控系統建設項目開工建設。建成后，監測站網將覆蓋3791個斷面和上萬個規模以上取水口，視頻監視體系能夠覆蓋160座控制性水利工程、96個重要防汛節點、28個重要采砂江段，助力持續推動長江大保護。

不難看出，水利部一直在統籌數字孿生流域、數字孿生水網、數字孿生工程建設，推進水利業務2+N應用。這里的水利數字孿生遠不止三維可視化這么簡單。

數字孿生水利防洪預演場景

數字孿生水利，基礎在“數”。數字孿生與物理對象映射：通過數字孿生技術可以對物理流域進行全要素數字化映射，并實現物理流域與數字流域之間的動態、實時信息交互和深度融合，保持兩者的同步性、孿生性。

全息感知，萬物皆“數”。數字化映射是數字孿生水利的基礎，包括映射水利對象的物理實體，映射對象的實時狀態，映射設施設備的調度操作，映射水流場的發展變化。

數字孿生水利，重點在“演”。數字孿生實現智慧化模擬：通過集成耦合多維多時空尺度高保真數學模型，構建數字孿生流域模擬仿真平臺，支撐水利業務全要素“四預”的模擬仿真。

智慧化模擬的主要技術手段是：模擬仿真推演、可視化呈現、空間分析等。模擬仿真推演是通過物理實體、業務流程等參數的模擬計算進行空間推演、過程分析，為預演提供驅動，如“降雨—產流—匯流—演進”過程推演；可視化呈現通過實時渲染展現物理實體、業務流程，展現流域全貌大場景直到工程細節，為預演提供形象直觀效果；空間分析結合時空網格、空間定位等服務，提供空間數據相關計算、分析、查看以及路徑規劃、漫游、可視域分析、場景標注等能力，為預演提供空間計算分析功能。

值得一提的是，由于水利工作的空間特點決定，水利是一項大尺度、大范圍的工作，不可能在物理流域中試驗不同方案，只能在數字空間進行反復預演。

數字孿生水利，必將著眼于“精細化決策”。精準化決策是在防洪調度、水資源管理與調配、水生態過程調節等預演的基礎上，實現精準化決策的建議方案。

支撐精準化決策是數字孿生流域的目標，重點是制定最優化方案以便最大程度提前規避風險、提高效益、減少損失，主要任務是建設知識平臺，為規劃、工程調度、治理管理措施等方面的多方案比選提供支撐。

AIRLOOK為數字孿生水利提供有利支撐

AIRLOOK具備大規模空間數據采集、全自動三維模型生產和三維數據輕量化的技術能力，同時擁有自主研發的三維地理信息引擎，并形成了水利數字孿生解決方案。方案包括：L1、L2、L3級水利專用地理空間數據生產、水利可視化模型構建、三維渲染引擎、模擬仿真引擎，專為水利數字孿生項目提供數字孿生底座，提供多級別空間數據的融合加載和高清云渲染能力。

數字松濤項目

去年，公司與合作伙伴一同參與了海南省水務廳建設的數字孿生松濤水庫項目，為用戶提供了具備四預功能的數字孿生底座。在項目中探索了數字孿生技術與水利業務深度融合，為其他數字孿生水利工程建設提供可復制可推廣的經驗做法。

海南智慧水網項目

該項目應用了GIS+BIM、VR、云渲染、規則引擎、AI識別、機器學習等技術，在庫區監測、運行管護、水庫防洪與水資源調度中，實現松濤水庫智能化管理，結合上下游防洪安全及用水需要和水庫安全狀況，落實"四預"一體化過程，為水庫的安全運行管理提供有效支撐。

今年，AIRLOOK還參與了云南省數字孿生灌區項目，為某中型水庫建設數字孿生底座，將數字孿生技術與水資源合理利用進行融合，充分發揮了數字孿生技術對水利業務2+N應用的支撐作用。

某中型水庫泄洪模擬

數字孿生水利建設，是一項技術密集、人才密集、資金密集的創新工程，實現高質量推進任重道遠。未來，AIRLOOK將大力推進數字孿生水利建設，繼續為水利行業的可持續發展和資源保護作出貢獻的同時為國家水安全保障能力提供更有力支撐。

審核編輯 黃宇