数字孪生水利工程关键技术及其应用实践——以江垭皂市工程为例

doi:10.11988/ckyyb.20231401

长江科学院院报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (8): 172-179.DOI: 10.11988/ckyyb.20231401

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数字孪生水利工程关键技术及其应用实践——以江垭皂市工程为例

唐文坚¹(), 申邵洪¹(), 杨恒玲², 元媛¹, 牛广利¹

¹ 长江科学院武汉市智慧流域工程技术研究中心,武汉 430010
² 湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司,长沙 410021

收稿日期:2023-12-21 修回日期:2024-03-24 出版日期:2024-08-01 发布日期:2024-08-13
通讯作者: 申邵洪(1982-),男,湖南邵东人,正高级工程师,博士,主要从事水利信息化、智能遥感解译方面的研究。E-mail: 420526299@qq.com
作者简介:
唐文坚(1974-),男,福建安溪人,正高级工程师,博士,主要从事水利信息化、山洪灾害防治等方面的研究。E-mail: tangwj@mail.crsri.cn
基金资助:
国家重点研发计划项目(2021YFE0111900); 水利部重大科技项目(SKS-2022161); 湖南省水利科技项目(XSKJ2023059-59); 湖南省水利科技项目(XSKJ2022068-44); 长江科学院开放基金项目(CKWV20231160/KY); 中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(CKSF2023313/HL)

Practices of Applying Key Technologies of Digital Twin Water Conservancy to the Jiangya and Zaoshi Project as an Example

TANG Wen-jian¹(), SHEN Shao-hong¹(), YANG Heng-ling², YUAN Yuan¹, NIU Guang-li¹

¹ Wuhan Smart Watershed Engineering Technology Research Center, Changjiang River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China
² Hunan Lishui River Basin Water Resources and Hydropower Development Co., Ltd., Changsha 410021,China

Received:2023-12-21 Revised:2024-03-24 Published:2024-08-01 Online:2024-08-13

摘要/Abstract

摘要：

围绕数字孪生水利工程建设过程中的新一代信息技术应用深度不够、水利专业模型存在业务缺项等问题和差距,结合数字孪生江垭皂市工程建设实际需求,深入开展数据底板、智能模拟计算模型等关键技术研究与应用。首先,开展了卫星遥感、无人机倾斜摄影测量等技术支撑下的空天地立体监测体系在高精度数据底板构建中的应用研究。然后,基于数字模拟技术和传统水利专业的深度融合,深入开展洪水演进、工程安全等数字水利专业模型的研究,并结合物理工程的同步直观表达进行高保真虚拟建模。最后,通过江垭皂市工程实例对关键技术进行应用分析。研究结果表明构建的数字孪生水利模型与平台能够数字赋能江垭皂市水利工程智慧化管理。

关键词: 数字孪生水利工程, 立体监测, 智能模拟计算模型, 虚拟建模

Abstract:

The new-generation information technology confronts several challenges in its application to smart water conservancy, particularly in the depth of application and in water conservancy business models. This paper explores key technologies such as baseplate database and intelligent simulation models, applying these innovations to meet the practical needs of the Digital Twin Jiangya and Zaoshi project. We first examined the use of a three-dimensional monitoring system for constructing high-precision baseplate database, employing techniques such as satellite remote sensing and unmanned aerial vehicle (UAV) oblique photogrammetry. Next, we investigated digital water conservancy models for flood evolution and engineering safety through virtual simulations. Finally, we expounded the application of these key technologies in the Jiangya and Zaoshi project, demonstrating that the developed digital twin water conservancy model and platform effectively support intelligent management and decision-making.

Key words: digital twin water conservancy engineering, stereoscopic monitoring, intelligent simulation calculation model, virtual modeling

中图分类号:

TP311程序设计、软件工程

唐文坚, 申邵洪, 杨恒玲, 元媛, 牛广利. 数字孪生水利工程关键技术及其应用实践——以江垭皂市工程为例[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(8): 172-179.

TANG Wen-jian, SHEN Shao-hong, YANG Heng-ling, YUAN Yuan, NIU Guang-li. Practices of Applying Key Technologies of Digital Twin Water Conservancy to the Jiangya and Zaoshi Project as an Example[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2024, 41(8): 172-179.

图/表 11

图1 建设数字孪生水利工程所需要的关键技术

Fig.1 Key technologies for digital twin water conservancy projects

图2 数字孪生水利工程建设总体构架[1]

Fig.2 Framework of digital twin water conservancy engineering construction[1]

图3 水利工程空天地立体监测体系

Fig.3 A three-dimensional monitoring system for water conservancy engineering

图4 澧水流域示意图

Fig.4 Map of the Lishui River Basin

表1 澧水流域数字化场景模型

Table 1 Digital scene model of Lishui River Basin

模型级别	模型分级特征	分辨率			数据精度	数据来源
模型级别	模型分级特征	DEM	DOM	DSM	数据精度	数据来源
L1	平面地表模型	30~2 m	2~0.65 m	—	1∶100万~ 1∶5万	卫星遥感影像
L2	精细地表模型	10~5 cm	5~2 cm	10~5 cm	1∶1 000~ 1∶500	倾斜摄影、激光点云、无人船
L3	工程三维 BIM模型	10~5 cm	5~0.2 cm	10~5 cm	1∶1 000~ 1∶500	BIM工程建模

图5 高精度数据底板数据成果

Fig.5 High-precision baseplate database results

图6 城镇河段洪水淹没预演仿真

Fig.6 Simulation of flood inundation in urban river sections

图7 工程安全监测分析结果

Fig.7 Analysis results of engineering safety monitoring

图8 监控预警分析指标

Fig.8 Monitoring and early warning analysis indicators

图9 工程安全巡测及综合诊断模型应用效果

Fig.9 Application result of engineering safety inspection and comprehensive diagnosis model

图10 高保真性虚拟建模场景可视化

Fig.10 Visualization of high-fidelity virtual modeling scene

[1]	申邵洪, 姜莹, 陈希炽, 向大享, 陈喆, 文雄飞. 面向突发性水污染事件的多传感器动态组网立体监测[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(3): 160-165.
[2]	李琳, 文雄飞, 谭德宝, 王莹, 刘希胜, 王岗. 盐湖流域空-天-地立体监测系统结合VIC模型径流模拟初探[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(8): 126-132.
[3]	曹波, 陈文龙, 魏思奇. 岸线动态变化立体监测及管理信息系统研究[J]. 长江科学院院报, 2019, 36(10): 28-33.

数字孪生水利工程关键技术及其应用实践——以江垭皂市工程为例

Practices of Applying Key Technologies of Digital Twin Water Conservancy to the Jiangya and Zaoshi Project as an Example

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