大禹理百川,九州始蚕麻。长久以来人们开展的广泛治水实践,在大江大河之间谱写了众多改天换地、福泽后人的光辉史诗。时至今日,依水而建、因水而兴的城市不胜枚举,水利水务工作依然是新时期经济社会发展、生态文明建设的重要支撑。
当前,数字孪生技术正在为云南治水带来新的变革。在地处长江、珠江两大水系分水岭地带的云南省昆明市、曲靖市,云南省水文水资源局携手华为等业内知名企业,探索数字孪生与水文融合发展新路径,善利万物而思量,以智水而治水,打造智慧水文实践的示范样本。
智慧算力:治水数“聚”一堂,力出一孔
云南省水文水资源局联合华为公司在曲靖面店水文站采用水利智能融合终端(URTU)共同打造“智慧数据采集融合+智慧水文测站孪生应用(1+1)”方案,研发边缘端“数据智能采集融合平台”,促进当地河流保护和治理工作提档升级。
面店水文站过往主要面临着水文基础支撑能力不足的挑战,数据感知系统不够集约,过于分散。为了及时掌握雨水情等各类防汛抗旱基础信息,帮助治水决策,需要登录多个系统查看水文测站的监测数据,效率难以保障。人力维护众多的监测设备也不够便利。通过数据智能采集融合平台的建设,将水文监测数据进行汇聚与分析,大幅改善了水文信息的共享与协同。
数据智能采集融合软件
与传统的烟囱式感知采集模式相比,边缘端“数据智能采集融合平台相当于在业务一线场景建立“边缘计算中心”,通过数据统一汇聚、分析处理、可视呈现,提供更直观、更精确、更科学的决策参考,实现“人在干、数在转、云在算”,进入一个系统就可以清晰、直观、快速了解采集点水情信息,简明易懂、操作运维效率高,初步具备了水文测站“大脑”功能。更加集约的信息化系统建设让水文测站全要素监测更便捷,可以迅速、及时、准确地掌握雨情、水情信息,为防汛抗旱调度决策提供有力技术支持和科学依据。
融合物联:“一站一端一平台”的水文物联感知新模式
在水文测站全要素自动化监测的基础上,要实现水文站数字化监测,云南水文携手华为提出“智慧数据采集融合+智慧水文测站孪生应用(1+1)”方案,构建“智慧水文测站”功能,帮助面店水文站完成“一站一端一平台”的水文物联感知体系建设,即在一个水文站建设一套智能融合终端(URTU)、一套数据智能采集融合平台,用于水文的多水位、多雨量、多流量等传感器或设备数据统一采集、存储、处理、上传的管理,实现水文全要素感知、数据管理自动化、现场管理可视化、设备管理智能化的目标,解决当地RTU功能单一、接收平台过多、传输协议不统一、测控不能统一的问题,提升水文自动化、智能化监测的能力和水平。
华为智能融合终端
统一接入。基于强大的物联网连接能力与边缘计算容器,实现海量设备即插即用,多类型、多协议水文要素数据采集、设备工况、视频管理等。
极简运维。站点数据、设备、通信等一站式管理、现场可视化展示支持远程故障定位及处理,大幅降低维护复杂度和现场维护成本。
面店水文站站房
面店水文站降蒸观测场
高可靠的通信保障。为解决水文站多处偏远地区且通信环境恶劣的问题,提供光纤、5G、4G、北斗、Wi-Fi自组网等多种通讯方式灵活切换,全天候可用,加挂LoRa实现多传感器现场近距离自组网。
边缘智能。通过边缘计算,实现数据清洗、分析和挖掘,提升水文数据质量、解放中心算力、实现水文实时分析、预警、自动整编和边缘预报。
在项目实践中,云南水文和华为公司在全国首次合作试点研究“雷达+视频”融合的流速测量新技术,初步建立了“雷达-视频-流速仪”关系,安装便捷的同时,为解决接触式流量监测设备常被高速水流或漂浮物损坏的行业难题提供了全新方法。
雷视融合测流实际部署方案
科技兴水:从“测站样本”迈向流域大治理
随着数字化转型和产业升级的加速,新时期水利建设目标也愈加明确。水利部明确提出要加快构建具有预报、预警、预演、预案功能等智慧水利体系,推进水利高质量发展。可以预见,“数字孪生水文”“数字孪生流域”不仅是一个创新理念和技术方案,还是智慧水利建设发展的必由之路和未来选择。
云南河川纵横,湖泊众多,水资源总量排在全国第三位,九大高原湖泊闻名遐迩……云南高度重视水利新基建工程,云南水文探索“智慧水文”思路,谋划“数字孪生流域”解决方案,思考集中式算力、算法、算据与分布式算力、算法、算据的关系,可复制推广“智能融合终端”应用于水库雨水情测报、取用水监控等应用场景,推进“智水云南,治水未来”。
千川汇海阔,风好正扬帆。云南水文以业务需求为导向,以云南“智慧水利”为引领,强化信息技术与水文业务深度融合,增强信息感知、分析、处理和智慧应用的能力及水平,以水文信息化数字化促进水文现代化,加速云南水利行业数字孪生建设,把信息空间上构建的水文虚拟映像叠加在水文物理空间上,形成虚实结合、孪生互动的水文发展新形态,助推云南水利行业整体数字化转型,助力云南经济社会高质量发展。(昆明信息港)