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数字孪生水利工程
1. 概念
1.1 定义
- 数字孪生水利工程是以物理水利工程为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理水利工程全要素和建设运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，与物理水利工程同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，实现对物理水利工程的实时监控、发现问题、优化调度的新型基础设施。
1.2 系统
1.2.1 系统结构
- 数字孪生水利工程包括实体工程、数字孪生平台、信息化基础设施、典型应用、网络安全体系、保障体系。
1.2.2 实体工程
- 实体工程主要包括水利枢纽工程、引水工程、河道工程等水利工程及其管理和保护范围。
1.2.3 数字孪生平台
- 数字孪生平台主要包括数据底板、模型库、知识库、孪生引擎等。
1.2.4 信息化基础设施
- 信息化基础设施主要包括监测感知设施、通信网络设施、自动化控制设施、信息基础环境等。
1.2.5 典型应用
- 典型应用主要包括工程安全智能分析预警、防洪兴利智能调度、生产运营管理、巡查管护、综合决策支持等。
1.2.6 网络安全体系
- 网络安全体系主要包括网络安全组织管理、安全技术、安全运营、监督检查以及数据安全等。
1.2.7 保障体系
- 保障体系主要包括管理制度、运维保障、标准规范等。
2. 数字孪生平台
2.1 概念
- 数字孪生平台由数据、模型、知识等资源及管理、表达、驱动这些资源的引擎组成的服务平台，提供在网络空间虚拟再现真实水利工程能力，为工程安全智能分析预警、防洪兴利智能调度等业务应用提供支撑。
2.2 数据底板
2.2.1 概念
- 数据底板由地理空间数据、基础数据、监测数据、业务管理数据、外部共享数据等构成的数字孪生水利工程算据基础。
2.2.2 地理空间数据
- 地理空间数据包括行政区划、地形地貌、土地覆盖、遥感影像等。
2.2.3 基础数据
- 基础数据包括河流（河道、水流）、湖泊、水库、堤防、水文地质、蓄滞洪区等水系和水利工程的二维、三维数据；
2.2.4 监测数据
- 监测数据包括水情、雨情、工情、水质、泥沙、灾情、地下水位、取用水、墒情、水利工程安全运行监测数据、视频、网络舆情等；
2.2.5 业务管理数据
- 业务管理数据包括“2+N”水利业务应用运行中产生的数据；
2.2.6 外部共享数据
- 外部共享数据包括需从工业和信息化部、自然资源部、生态环境部、住房城乡建设部、农业农村部、国家统计局、中国气象局等相关部门共享的数据；
2.3 模型库
2.3.1 概念
- 模型库是智慧水利的“算法”，通过建成标准统一、接口规范、分布部署、快速组装、敏捷复用的模型平台，在数字空间对水利治理管理活动进行智慧化模拟，为数字孪生流域提供模拟仿真功能。主要包括水利专业模型、智能模型、可视化模型和仿真引擎。
2.3.2 水利专业模型
- 水利专业模型为模拟仿真提供其运行所需遵循的基本规律，主要完善并集成水文模型、水力学模型、泥沙动力学模型、水资源模型、水环境模型、水土保持模型、水利工程安全模型等。
2.3.3 智能识别模型
- 智能模型是通过训练学习算法，建立一套能够利用计算机智能分析和理解音频、遥感和视频的模型库，为应用层提供能够在大规模场景下替代人类进行监听和监视的音视频内容，并提取感兴趣信息进行结构化分析，实现对静态和动态场景的智能处理，提取和分析水利目标相关的特征信息和动态目标行为事件，并对各类感兴趣信息进行检索、处理和诊断等。
2.3.4 可视化模型
- 可视化模型为模拟仿真提供实时渲染和可视化呈现，主要基于业务过程和决策支撑的仿真模拟需求，利用成熟商业建模工具，建设自然背景、流场动态、水利工程、水利机电设备、“四预”过程 5 大类可视化模型，实现水利业务运行环境的快速搭建和无代码配置。
2.4 知识库
2.4.1 概念
- 知识库通过对水利知识进行提取组织和挖掘处理，构建持续迭代的水利知识工程体系，为决策分析场景提供知识依据。水利知识主要包括预报调度方案、知识图谱、业务规则、历史场景、专家经验等。
2.4.2 预报调度方案库
- 预报调度方案库根据物理流域特点、水利工程设计参数、影响区域范围等，结合气象预报、水文监测、工程安全监测等信息，通过对历史典型洪水预报、水资源调度预案的信息自动化、文本化和知识化处理，结合预案关键信息检索与索引，构建迭代式预报调度库，主要建设内容包括方案标准化、调度规则管理、调度流程创建等。
2.4.3 工程安全知识库
- 工程安全知识库包括工程风险隐患、隐患事故案例、事件处置案例、工程安全会商、工程安全鉴定、专项安全检查、专家经验、相关标准规范、技术文件等在内的工程安全知识库，涵盖常识类知识、累积知识、策略知识、其他类知识。
2.4.4 业务规则库
- 业务规则库通过将业务文档内容结构化处理，形成一系列可组合应用的结构化规则集，结合关键规则信息实现规则系统化、可视化、套件化管理。
2.5 孪生引擎
2.5.1 概念
- 孪生引擎由数据引擎、知识引擎、模拟仿真引擎等功能的孪生引擎组成，支撑各类业务应用。
2.5.2 数据引擎
- 数据引擎可提供多维多时空尺度数据汇聚、清洗、转换、共享、展示、计算、更新等服务能力，具备多类型多层次数据仓库，实现各类数据的采集清洗、标准化治理、数据服务、应用服务。
2.5.3 知识引擎
- 建设具有水利知识表示、水利知识抽取、水利知识融合、水利知识推理、水利知识存储功能的水利知识引擎。
2.5.4 模拟仿真引擎
- 模拟仿真引擎驱动水利虚拟对象系统化运转，实现数字孪生流域与物理流域实时同步仿真运行。主要是利用整合、扩展、定制和集成等方式，建设模型管理、场景配置、模拟仿真等功能，驱动各类模型协同高效运算。
3. 信息化基础设施
3.1 构建天空地一体化水利感知网
3.1.1 加强水利监测体系建设
- 加强水文基础设施建设
- 加强水土保持监测站点优化布局
- 中小型水库水文监测预警设施建设
3.1.2 提升水利管理活动的动态感知能力
- 合法：取水，分水
- 非法：采砂、排污
3.1.3 加强新型监测手段应用
- 加强遥感监测手段应用
- 加强高清视频监视应用
- 加强无人机、遥控船、机器人等新型监测手段应用
- 加强感知终端的智能升级
- 加强新一代物联通信技术应用
3.2 推进国家水网智能化改造
3.2.1 推进水网工程智能化改造
- 加快已建水利工程智能化改造
- 推进水利工程智能化建设
- 大中小型水库、险工险段堤防、重点水闸、骨干淤地坝等水利工程安全及运行监测设施建设
3.2.2 加强水利工控网建设
- 建设水利工控网现地控制网络
- 建设水利工控网集控中心网络
3.3 建设常规应急兼备水利通信设施
3.3.1 加强北斗导航卫星系统的水利应用
3.3.2 加强水利卫星通信网应用
3.3.3 完善水利传输网络
3.4 完善泛在互联水利业务网
3.4.1 扩展水利业务广域网
- 扩展互联互通范围
- 全面提升互联带宽
3.4.2 完善水利业务城域网和部门网
- 完善城域网
- 完善部门网
- 完善互联网
3.4.3 提升网络新技术应用水平
3.5 建设多算力融合水利云
3.5.1 建设一级水利云
- 建设完善水利部一级水利云
- 构建遥感子云
- 构建视频子云
3.5.2 建设二级水利云
- 构建省级二级水利云
- 构建视频子云
3.5.3 租用公有云资源
3.5.4 完善灾备中心能力
3.5.5 建设高性能计算设施
3.5.6 建设AI计算设施
3.6 搭建集约高效基础环境
3.6.1 完善水利综合会商调度中心
3.6.2 完善视频会议系统
3.6.3 设施设备升级换代
4. 网络安全体系
4.1 系统架构
4.2 管理体系
4.2.1 网络安全等级保护制度
- 《中华人民共和国网络安全法》
- 水利关键信息基础设施安全保护及保障制度
- 《关键信息基础设施安全保护条例》
- 数据安全管理保护制度
- 《中华人民共和国数据安全法》
- 水利行业商用密码应用
- 《中华人民共和国密码法》
- 网络安全人才队伍培养
4.2.2 管理体系
- 网络安全等级保护制度
- 水利关键信息基础设施安全保护及保障制度
- 数据安全管理保护制度
- 网络安全人才队伍培养
4.3 技术体系
4.3.1 完善基础防护
- 完善监测分析
- 安全情报中心
- 安全数据采集
- 安全大数据平台
- 安全威胁感知
- 加强应急响应
- 安全事件管理
- 安全告警管理
- 安全威胁管理
- 流程管理
- 设备管控
- 提升关键信息基础设施安全水平
- 建设水利关键信息基础设施综合态势指挥平台
- 提升关键信息基础设施内生安全水平
4.3.2 技术体系
- 完善基础防护
- 加强应急响应
- 提升关键信息基础设施安全水平
- 建设水利关键信息基础设施综合态势指挥平台
- 提升关键信息基础设施内生安全水平
4.4 监督体系
4.4.1 完善网络安全监督检查机制
- 完善水利网络安全隐患通报整改机制
- 完善水利网络安全责任追究机制
- 《水利网络安全管理办法（试行）》
4.4.2 监督体系
- 完善网络安全监督检查机制
- 完善水利网络安全隐患通报整改机制
- 完善水利网络安全责任追究机制
5. 保障体系
5.1 健全体制机制
- 健全工作机制
- 完善管理制度
- 创新建设机制
5.2 完善标准规范
- 智慧水利建设标准
- 智慧水利评价标准
5.3 强化创新应用
- 前沿技术研究
- 技术创新与应用
5.4 完善运维体系
- 完善运维工作机制
- 落实运维经费
- 建立运维长效机制
- 完善运维保障平台
5.5 优化人才队伍
- 人才队伍建设
- 信息技术培训
5.6 加强宣传交流
- 维护网络意识形态安全
- 扩展网上宣传渠道 """
