数字孪生小浪底的那些事儿

近日，在小浪底数字孪生集控中心，记者眼前的屏幕上呈现出一座从现实中精准复刻的虚拟小浪底水利枢纽，界面上方还显示着实时监测的数据，这就是正在建设中的数字孪生小浪底工程。数字孪生不只是实体工程在数字空间的再现，它还能实时监测、自动分析以提供预报预警，从而帮助会商决策。

事无巨细，“盘活”海量“死”数据

简单来讲，数字孪生就是计算机通过收集各种数据、参数，利用算法和建模，在数字空间对现实实体进行的全真模拟。对于小浪底水利枢纽这种体量巨大的基础设施来说，数字化工作绝非易事。

首先，要采集现实空间中的基础数据。获取流域、河流和湖泊，以及建筑物、机电设备和各监测站等水利对象的特征属性，同时纳入采集的还有监测数据、业务管理数据和与有关部门共享的外部数据等，可以说是事无巨细。

而要想做到这些，离不开高精度的数据采集设备和十分完备的通信网络。因此需要共享、自建监测设施，并建立统一的监测汇集平台。除了专业传感器采集外，卫星遥感、高清摄像头、无人机、无人船、地面机器人、水下机器人等新型监测手段也被利用起来。

在通信方式上，根据实际情况可采用有线、无线等方式，优先选择有线通信，同时5G、微波、WiFi6和卫星通信等方式也在逐步加强。

然后，将这些数据导入计算机。如何将这些海量的“死”数据“盘活”？模型成为解决这一问题的关键。

在数字孪生平台的模型库中有三大模型：水利专业模型通过数理统计和机理分析，建构不同尺度来水预报、水库蓄水淹没分析、泥沙冲淤分析、大坝安全性态预测等分析模型；智能识别模型通过机器学习，从大量数据中自主识别库区乱占、乱采、乱堆、乱建，以及大型水面漂浮物等情况，以提供预警；可视化模型将监测数据具象化，满足仿真模拟和综合展示等需要。

最后，数字孪生平台要对各种自然条件进行深入分析和研判，因此要让它学会“思考”。这时，平台中的知识库发挥了作用。在共享水利部、流域管理机构等部门相关知识库的基础上，工程预报调度方案库、工程安全知识库、业务规则库等也在不断构建、更新，使其有“规”可学，有“则”可依，实现智能预警和研判的功能。

应对洪涝灾害，“四预”功能是关键

一般来说，水利工程的作用是控制、调节和利用水资源，其中防洪是重要任务。进入汛期的黄河、长江等水系会对沿岸各地产生影响，甚至会给群众的生命财产安全带来威胁。要想减少损失就需要及时、准确地预判。

事实上，实现“四预”正是建设数字孪生工程、建设智慧水利体系的重要目标。“四预”，即“预报、预警、预演、预案”。仍以小浪底水利枢纽为例，在防汛调度方面，预报指结合水文局共享数据，实现气象水文融合预报；预警指在预报基础上，对黄河中游未来的降雨量级、中下游河段超警戒流量、入库出库流量超过设定值等情况进行预警；预演是指在数字孪生场景中正向、反向推演小浪底水库运用过程。最后结合预演的结果，自动生成水沙调度、巡查监测等预案。以数字孪生小浪底为代表的数字孪生工程通过采集实时监测数据，能够实现自主分析、模拟预测和方案制定。

数字孪生工程，稳步实现“智慧水利”

2021年6月，水利部召开专项行动总结大会，“数字孪生流域”首次被正式提出。2022年，根据水利业务特点，水利部又先后提出数字孪生水利工程、数字孪生水网并进行顶层设计。至此，三大数字孪生建设任务共同形成水利数字孪生系列。

小浪底水利枢纽作为首批数字孪生水利建设工程，已经积累了诸多宝贵经验。6月20日，水利部在小浪底水利枢纽召开数字孪生水利建设现场会。会上，水利部数字孪生平台暨全国水利一张图2023版正式发布。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出，要构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力。未来，构建数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程，建设“2+N”水利智能业务应用体系和完善水利网络安全体系将成为重点任务。

来源：科技日报