作为全国三个特大灌区之一，如何筑牢数字孪生底板？
应用案例
按照淠（pì）史杭数字灌区建设“五大智慧”的总体建设布局，依托SuperMap GIS 产品体系，超图协助淠史杭管理局打造了基于GIS+BIM融合的灌区一张图，实现灌区数据横向贯通、纵向共享，筑牢数字孪生灌区数据底板，进一步提升灌区科学化调度管理水平，也为国内数字孪生灌区建设带来新范式。该项目荣获2023地理信息产业优秀工程金奖。
淠史杭灌区地处安徽省，横跨长江、淮河两大流域，是全国三个特大型灌区之一，也是江淮大地的防洪安全和生态安全屏障。2020 年 12 月，《安徽省淠史杭数字灌区建设规划》获批，提出系统构建智慧感知、智慧大脑、智慧应用、智能控制、智慧支撑的“五大智慧体系”。
灌区一张图是本次数字灌区建设的基石，也是基础数据汇聚与可视化呈现的核心。为了解决数据杂乱、业务不聚焦等问题，通过梳理灌区主要水系、重点工程、机构权责等信息，构建灌区主要水源、重点工程、灌区渠系、机构权责等专题，建成了工程要素类别全、数据内容丰富、展现交互便捷多样、数据成果直观可视的灌区一张图，支持灌区日常管理、水资源调配、渠道防汛会商等需求。
“一张图”梳理省水利厅、管理总局等相关单位已有的数据成果，在统一的数据和服务标准规范的约束下，整合形成一个开放共享的数据底板，借助相关制度明晰各单位的更新维护责任，形成利于共建共享的数据服务体系，促使数据资源的长序列有效积累。
项目将灌区数据资源“建、管、用”的模式由“独立建设、独享使用、零星维护”向“共同建设、共享使用、持续维护”转变，健全数据运营更新机制，盘活灌区数据资产。
开展灌区一张图建设，充分发挥地理信息直观性、一览性特点，以灌区业务为主线汇聚工程要素管理、水资源分布管理、水资源调度等水行政管理业务信息，构建跨专业领域的综合应用，全面支撑灌区日常管理业务工作。
“一张图”采用“汇聚、提醒、分享、定制”理念开展数据融合治理上图，将灌区日常管理中隐藏得较深的高频、热点需求和信息筛选出来，经过整合、汇聚后形成统一风格的业务场景。
“一张图”对灌区基础地理、场景模型、工程要素等数据进行处理融合，实现数据存储应用的二三维一体化，利用 GIS引擎和游戏引擎相结合，实现交互应用场景的模拟仿真。
在三维场景中，“一张图”通过将 BIM 模型与倾斜摄影进行处理融合，支持构件级别水工建筑精细化管理，同时融合水情、农情、工情、视频等站点的实时监测信息，完成灌区动态感知体系建设。
“一张图”构建以供需水预测、水资源配置、水资源调度为核心的灌区智能决策模型体系，实现对灌区内来水、蓄水、需水的动态预测，并通过科学计算为灌区日常水资源配置方案进行指导，对水资源调度过程进行模拟优化，实现灌区水资源管理由经验决策提升为智慧决策。
运用二三维一体化技术，“一张图”全面整合数据信息，聚焦业务场景，挖掘数据资源价值。本次完成 42 类灌区要素 400 多张数据库表的构建，入库基础和关系数据 46000 多条，开发数据服务 100 多个；同时完成安徽省水利厅共享近6 万平方公里影像处理接入，7 万多平方公里中高精度地形高程、160 平方公里倾斜摄影、220 公里主干渠道水下的地形、50 个精细模型等孪生地板数据采集和处理融合，整体数据体量1500GB，提供地理空间服务近 800 个。
▲灌区水量实时监测
根据业务应用场景需求，基于同一套数据和服务底座，既可以采用 GIS 引擎支撑大中小场景及渠道防汛、水资源调度模型推演结果可视化，又可以采用游戏引擎实现重点工程区域高逼真场景及工程调度可视化，最终实现从宏观到微观的业务“四预”功能的模拟仿真。
构建灌区基础数据运维体系，实现基础数据更新联动运维机制，数据更新同步更新链路化到数据服务，可根据典型应用场景将基础数据标签化、业务主题化管理，便于开发高频需求的数据服务接口，强化数据质量管理和融合应用。
通过梳理灌区渠系与水闸、涵口等重点水工建筑的空间拓扑及业务管理关系，同时补充关联水情、工情等站点信息，“一张图”运用知识图谱相关技术进行存储和管理，方便多维度进行灌区工程管理的同时，为渠系工程在防汛调度和水资源配置调度上的运用提供支撑。
“一张图”充分利用现有成果，强化信息感知、决策支持、泛在服务等体系构建，以物理灌区为单元、时空数据为底座、专业模型为核心、知识经验为驱动，初步搭建淠史杭的数字映射、调度模拟、前瞻预演的灌区孪生平台，促进多业务融合管理新模式，实现对灌区的实时监控、发现问题、优化调度。
▲数字孪生灌区
淠史杭灌区作为全国三个特大型灌区之一，率先开展了数字灌区建设，基于 SuperMap GIS 软件产品体系搭建灌区一张图，采用 BIM+GIS 融合技术，结合一个标准、一个框架、一张图、一个界面的理念，整合 L1-L3 级多维多时空尺度地理空间数据，构建了数字孪生淠史杭灌区的数据底板，实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的信息融合，为淠史杭灌区各业务“四预”功能的实现打下坚实基础，也为全国其他灌区的数字化建设提供示范作用。
编辑 | 周芯宇
审核 | 吴晓燕审签 | 刘宏恺超图方言 | 2023