淺談數(shù)字李生水利體系建設(shè)在黃河流域中的應(yīng)用

數(shù)字孿生水利體系建設(shè)在黃河流域中的應(yīng)用是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的議題。它結(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)，對(duì)黃河的自然水體進(jìn)行可視化展現(xiàn)，并對(duì)工程調(diào)度和運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行智能化模擬及前瞻性預(yù)演。數(shù)字孿生水利體系建設(shè)是推動(dòng)智慧水利向縱深發(fā)展的重要手段，是促進(jìn)水利治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要支撐，是建設(shè)現(xiàn)代水利的重要抓手。隨著黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)工作的啟動(dòng)，標(biāo)志著數(shù)字孿生技術(shù)在黃河流域的應(yīng)用邁出關(guān)鍵一步。目前，黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)已完成初步設(shè)計(jì)、方案編制、技術(shù)研究和系統(tǒng)開發(fā)等工作。本文闡述了數(shù)字孿生平臺(tái)在黃河流域中的應(yīng)用意義及組成，并結(jié)合黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)中存在的問(wèn)題，提出完善黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)、推進(jìn)黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)應(yīng)用及推進(jìn)黃河流域智慧水利建設(shè)的建議。

數(shù)字孿生水利體系建設(shè)在黃河流域中的應(yīng)用意義

數(shù)字孿生技術(shù)是支撐水利信息化轉(zhuǎn)型升級(jí)、推動(dòng)水利治理體系和治理能力現(xiàn)代化的關(guān)鍵技術(shù)，與黃河流域水安全保障息息相關(guān)，特別是在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展、防洪減災(zāi)、水資源配置等方面發(fā)揮著重要作用。

黃河流域是中國(guó)重要的生態(tài)屏障和經(jīng)濟(jì)帶，其水資源的合理調(diào)度及保護(hù)對(duì)于國(guó)家的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。隨著科技的進(jìn)步和治水理念的更新，數(shù)字孿生技術(shù)被引入到黃河流域水利體系建設(shè)中，為黃河治理提供了新的思路和方法。

數(shù)字李生水利體系建設(shè)在黃河流域中的應(yīng)用組成

數(shù)字孿生平臺(tái)是一種綜合集成環(huán)境，以海量數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，以模擬仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能等技術(shù)為手段，將物理實(shí)體對(duì)象的全生命周期過(guò)程映射到虛擬空間中，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體的數(shù)字化表達(dá)、智能化決策和精細(xì)化管理。數(shù)字孿生平臺(tái)技術(shù)框架分為數(shù)據(jù)層、虛擬層、仿真層和應(yīng)用層4個(gè)層次。其中，數(shù)據(jù)層包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、水利行業(yè)專題數(shù)據(jù)、水利工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等，虛擬層包括三維模型、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和仿真技術(shù)等，仿真層包括數(shù)字孿生模型庫(kù)和可視化軟件工具等，應(yīng)用層包括業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和管理工具等。不同層次的技術(shù)支撐能力不同，相互配合，形成了數(shù)字孿生平臺(tái)的整體框架。

數(shù)字孿生水利體系建設(shè)是一個(gè)不斷迭代升級(jí)的過(guò)程，隨著技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)需求的變化，數(shù)字孿生水利體系建設(shè)也需要不斷更新。在數(shù)字孿生水利體系建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)明確相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并結(jié)合試點(diǎn)工作開展情況不斷完善。同時(shí)，應(yīng)統(tǒng)籌推進(jìn)智慧應(yīng)用的發(fā)展，通過(guò)示范應(yīng)用帶動(dòng)更多行業(yè)及領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。在數(shù)字?jǐn)伾w系建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)加大對(duì)相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究與應(yīng)用力度。

數(shù)字孿生水利體系建設(shè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)性工程，需要持續(xù)投入和不斷優(yōu)化迭代。隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，以及云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的成熟應(yīng)用，數(shù)字孿生水利體系建設(shè)將迎來(lái)發(fā)展新機(jī)遇。

黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)中存在的問(wèn)題

數(shù)字孿生水利體系建設(shè)在黃河流域已初步開展，雖然取得了一定進(jìn)展，但仍存在著一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

頂層設(shè)計(jì)不到位。數(shù)字孿生水利體系建設(shè)需要在現(xiàn)有數(shù)字孿生平臺(tái)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確數(shù)字孿生水利體系建設(shè)目標(biāo)、思路和重點(diǎn)任務(wù)。

業(yè)務(wù)需求不清晰。目前，黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)處于初步建設(shè)階段，應(yīng)用需求還沒(méi)有完全確定，需要進(jìn)一步明確需求、確定目標(biāo)、劃分重點(diǎn)、制訂實(shí)施方案。

應(yīng)用場(chǎng)景不豐富。目前，黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)處于技術(shù)探索階段，應(yīng)用場(chǎng)景不夠豐富，需要進(jìn)一步研究，細(xì)化黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用要求，在業(yè)務(wù)需求上有針對(duì)性地開展應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)。

數(shù)字孿生技術(shù)儲(chǔ)備不足。目前，黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)處于初步設(shè)計(jì)階段，需要進(jìn)一步加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和技術(shù)研究，盡快啟動(dòng)平臺(tái)建設(shè)工作，為后續(xù)平臺(tái)建設(shè)打好基礎(chǔ)、提供技術(shù)支撐。

數(shù)字孿生水利體系建設(shè)在黃河流域中的應(yīng)用建議

黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)是智慧水利的重要組成部分，要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與業(yè)務(wù)的深度融合，應(yīng)著力完善數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)，推進(jìn)黃河流域數(shù)字孿生業(yè)務(wù)應(yīng)用，為黃河流域智慧水利建設(shè)提供強(qiáng)有力的支撐。

完善數(shù)據(jù)采集和整合。一是提升數(shù)據(jù)采集能力，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)紅外傳感器、激光傳感器等多種傳感技術(shù)，實(shí)時(shí)采集黃河流域的地理空間數(shù)據(jù)、水文水資源數(shù)據(jù)、水利工程數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。二是數(shù)據(jù)整合與標(biāo)準(zhǔn)化，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。同時(shí)，建設(shè)完善的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存和高效利用。

加強(qiáng)模型平臺(tái)建設(shè)。一是構(gòu)建高精度模型，基于黃河流域的實(shí)際情況，構(gòu)建高精度、多尺度的水利模型，包括物理模型、數(shù)學(xué)模型、仿真模型等。這些模型應(yīng)能準(zhǔn)確模擬黃河流域的水文過(guò)程、水力過(guò)程、水環(huán)境過(guò)程等。二是模型優(yōu)化與驗(yàn)證，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的不斷驗(yàn)證和優(yōu)化，提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，加強(qiáng)模型間的耦合與集成，實(shí)現(xiàn)多模型協(xié)同工作。

推動(dòng)知識(shí)平臺(tái)的建設(shè)。一是集成水利知識(shí)庫(kù)，建立涵蓋水利領(lǐng)域的知識(shí)庫(kù)，包括專家系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)、案例庫(kù)等。這些資源能夠?yàn)樗麤Q策提供參考和借鑒。二是智能決策支持，基于知識(shí)平臺(tái)，開發(fā)智能決策支持系統(tǒng)，利用人工智能技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析，為水利決策提供更加科學(xué)、合理的建議。

深化業(yè)務(wù)應(yīng)用。一是水資源管理，利用數(shù)字孿生水利體系，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置和高效利用。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)分析，為水資源調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。二是防洪減災(zāi)，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，模擬和預(yù)測(cè)洪水演進(jìn)過(guò)程，為防洪減災(zāi)提供決策支持。同時(shí)，加強(qiáng)應(yīng)急指揮系統(tǒng)的建設(shè)，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。三是水生態(tài)保護(hù)，利用數(shù)字孿生水利體系，監(jiān)測(cè)和評(píng)估黃河流域的水生態(tài)環(huán)境狀況。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和模擬預(yù)測(cè)，為水生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

加強(qiáng)人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新。一是培養(yǎng)專業(yè)人才，加強(qiáng)水利領(lǐng)域數(shù)字孿生技術(shù)的教育和培訓(xùn)，培養(yǎng)一批具備專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人才。二是科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，鼓勵(lì)和支持科技創(chuàng)新，推動(dòng)黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)研發(fā)和應(yīng)用。加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，共同推動(dòng)黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)的發(fā)展和完善。

強(qiáng)化政策支持和資金保障。一是政策支持，制定和完善相關(guān)政策，為黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用提供政策保障。二是資金保障，加大資金投入力度，確保黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)的順利進(jìn)行。同時(shí)，探索多元化的投融資機(jī)制，吸引社會(huì)資本參與黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)。

數(shù)字孿生水利體系建設(shè)在黃河流域中的應(yīng)用，為黃河治理提供了新的思路和方法，提高了水資源調(diào)度效率和管理水平，促進(jìn)了黃河流域的可持續(xù)發(fā)展。數(shù)字?jǐn)伾夹g(shù)作為智慧水利的重要基礎(chǔ)支撐，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)水利業(yè)務(wù)“一屏觀天下、一鍵管全局”提供技術(shù)支撐。在黃河流域數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中，要積極推進(jìn)數(shù)字孿生應(yīng)用，注重與數(shù)字孿生平臺(tái)的有效銜接，實(shí)現(xiàn)與數(shù)字孿生平臺(tái)的信息共享和交互反饋。同時(shí)，要強(qiáng)化對(duì)黃河流域水資源、水生態(tài)、水環(huán)境等業(yè)務(wù)的分析研究，以業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，探索與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間的信息共享和交互反饋機(jī)制，構(gòu)建數(shù)字孿生水利服務(wù)體系。此外，要注重?cái)?shù)據(jù)安全保障體系建設(shè)，完善數(shù)據(jù)資源治理和標(biāo)準(zhǔn)化管理機(jī)制，加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全管控和分級(jí)授權(quán)管理。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，數(shù)字孿生水利體系將在黃河流域中發(fā)揮更加重要的作用。通過(guò)加強(qiáng)數(shù)字孿生技術(shù)在黃河流域的研究與應(yīng)用，進(jìn)一步提升智慧水利建設(shè)水平。

（作者單位分別為河南立信工程管理有限公司、鄭州黃河河務(wù)局中牟黃河河務(wù)局）