本文来自微信公众号“IOT视点”。
随着物联网、大数据、数字孪生等技术的蓬勃发展，利用新技术推进水利工程运行管理数字化、智能化已经成为当前水利工程信息化研究的热点方向，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的数字孪生流域和数字孪生水利工程体系引起了广泛关注和重视。
数字孪生流域是将物理流域映射到数字世界，如：江川湖泊以及水利工程水坝及水利发电站里的每一个水利工作程部件进行建模及水质进行还原，在我们的数字世界中可以看到一个三维的仿真场景，在场景中可以实现实时调度，实时管理的数字化流域。
近日，数字孪生流域迎来重大利好，我国首个数字孪生流域建设重大项目审批立项。14日，国家发展改革委批复长江流域全覆盖水监控系统建设可行性研究报告，长江流域全覆盖水监控系统建设是国务院确定的１５０项重大水利工程之一和《“十四五”水安全保障规划》中的智慧水利建设重点项目。项目建设围绕数字孪生流域建设的目标任务，通过新建改造水文站网，完善视频和遥感等监测手段，构建水监测感知体系，加强监测数据汇集和处理分析，搭建监测、评估、告警、处置、总结全过程管控应用体系，提升预报、预警、预演、预案“四预”对流域治理管理决策的支持能力。项目建成后，将进一步夯实长江流域治理管理的算据、算法、算力基础，提升流域治理管理的数字化、网络化、智能化水平，为增强长江流域水安全保障能力提供技术驱动。
政策推动，智慧水利提速
随着智慧化水平的发展，水利工程建设也朝着数字化建设方向转型升级。智慧水利即是利用物联网、智能传感、云计算、大数据等技术对供水、排水、节水、污水处理、防洪等水利环节进行智慧化管理，其核心囊括：(1)信息传感及物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能等技术的应用。(2)多部门多源信息的监测与融合，包括气象、水文、农业、海洋、市政等多部门，天上、空中、地面、地下等全要素监测信息的融合应用。(3)集信息监测分析、情景预测预报、科学调度决策与控制运用等功能于一体。
2021年《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》明确指出：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。水利部按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总要求，编制了《“十四五”智慧水利建设规划》、《智慧水利建设顶层设计》、《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》等政策。
在《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》中提到，到2025年，通过建设数字孪生流域、“2+N”水利智能业务应用体系、水利网络安全体系、智慧水利保障体系，推进水利工程智能化改造，建成七大江河数字孪生流域，在重点防洪地区实现“四预”，在跨流域重大引调水工程、跨省重点河湖基本实现水资源管理与调配“四预”，N项业务应用水平明显提升，建成智慧水利体系1.0版。到2030年，具有防洪任务的河湖全面建成数字孪生流域，水利业务应用的数字化、网络化、智能化水平全面提升，建成智慧水利体系2.0版。到2035年，各项水利治理管理活动全面实现数字化、网络化、智能化。
加强数字孪生流域建设
数字孪生流域是数字孪生技术与水融合的新的发展路径，是数字流域、智慧水利发展的更高层级，将信息空间上构建的水利虚拟映射叠加再水利物理空间上，重塑水利基础设施，形成虚实结合，孪生互动的水利发展新形态。它是以物理流域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动的新一代数字流域，综合利用倾斜摄影、实景建模、数字仿真、BIM、GIS等技术，围绕不同维度、不同场景、不同业务模块建设需求，构建具有不同场景尺度的流域数字孪生基底。
可以说，在数字孪生技术框架中，物理流域和数字流域构建成了一对“孪生体”，物理流域是现实中的流域，而数字流域则是利用地理信息系统（GIS）、虚拟现实（VR）、算法模型、人工智能等技术构建起来的虚拟流域，物理流域和数字流域之间通过数字孪生技术构成“虚实映射”的“孪生体”。区别于传统方法通过人工观测或控制直接作用于现实对象，在数字流域中用户可以通过孪生的数字流域来监控、决策和控制物理流域。“虚实映射”的数字孪生应用由数字孪生应用支撑层来提供应用支撑，这些应用支撑包括“算法”“算例”和“算力”的支撑。
经过多年建设，流域水利信息化已取得了显著性成效，但总体上仍处于智慧水利起步阶段，与城市、交通、电力、气象等智慧先行行业及水利部打造数字孪生流域的要求相比，仍然存在明显短板和薄弱环节。
2022年2月21日，水利部印发《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》，正式启动数字孪生流域先行先试工作，计划用2年左右时间在大江大河重点河段、主要支流、重要水利工程中，加强数字孪生、物联网、大数据、人工智能、5G等新一代信息技术与水利业务深度融合，在促进业务协同、创新工作模式、提升服务效能方面不断取得突破，打造一批可推广可复制的成果和经验，带动全国数字孪生流域建设。
结语
目前已经有“数字孪生流域”应用上线试运行，比如数字孪生黄河水旱灾害防御应用系统、兰溪兰江流域数字孪生应用等。此外，全国各地数字孪生流域建设先行先试项目也陆续通过审核或启动。
建设数字流域的市场前景非常广阔，但也需要注意其建设难点主要归于数据构建、利用以及融合，表现在数据基础弱，二维多三维数据少、不同部门数据之间彼此孤岛，让流域数字孪生建设缺乏数据支撑等，因此构建出了完整的数字孪生流域三维可视化解决方案，通过三维建模，在虚拟引擎的基础上，在三维场景实时渲染、数据融合等技术，全方位赋能实现数字孪生流域将成为另辟蹊径的坦途。
