数字孪生赋能智慧黄河建设

段同苑,徐文彪

山东黄河河务局山东黄河信息中心     山东省济南市      250013

摘要：新时代幸福河建设的伟大号召，对治黄信息化提出了新需求，也为智慧黄河工程推进带来了新机遇。数字孪生赋能新时期黄河保护治理，实现从孪生到共生，为打造一条规划设计更加科学、工程建造更加高效、水量调度更加精细、运维管理更加智慧的未来之河奠定数字基础。

关键词：数字孪生；智慧黄河；水利信息化

1引言

智慧黄河的建设是国家信息化战略形势，是水利事业改革发展形势，也是黄河流域生态保护和高质量发展的趋势。数字孪生通过数字黄河预演、优化，指导现实黄河的规划建设，同时，将现实黄河的建设成果反馈到数字黄河中，建立数字黄河与现实黄河的空间及事物的精准映射关系，最终达到双河互动、实时映射，实现数字孪生、双河共建，以信息化之力护佑黄河安澜，助力黄河高质量发展。

2数字孪生技术发展与应用

2.1 数字孪生简介

当前，数字化浪潮席卷全球，物理世界和与之对应的数字世界正形成两大体系平行发展、相互作用。数字世界为了服务物理世界而存在，物理世界因为数字世界变得高效有序，数字孪生技术应运而生。

按照美国航空航天局给出的权威解释，数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对实体的镜像，反映了相对应物理实体的全生命周期过程。

通俗来讲，数字孪生就是将现实世界的物理体或者系统以及流程等复制到虚拟空间，生成一个“克隆体”。除此以外，更重要的是它还会“动”，能根据现实数据、历史数据以及周边场景数据进行仿真分析，为物理实体的后续运行提供改进与优化方案。

2.2 数字孪生的应用

数字孪生，被国际权威分析机构评为十大战略科技发展趋势，已被明确写进“十四五”规划纲要，工信部连续4年发布《数字孪生白皮书》，这些都意味着数字孪生的星星之火将在数字化热潮中如燎原之势蔓延。

目前，数字孪生已在航空航天、公安指挥、海洋牧场等领域得到应用。从工业智能制造到智慧城市，从自动驾驶到个人健康管理，数字孪生的应用触角不断延伸。随着技术的不断进步，数字孪生将有机会在更广泛的领域落地生根，对各个行业的变革起到颠覆性的作用。

3 数字孪生赋能智慧黄河建设

3.1数字孪生对建设智慧黄河的重要意义

数字孪生的意义在于让真实世界需要高成本，或者很难实现的事情，可以在虚拟世界里以低成本、快速地去实施。

数字孪生作为新型智慧水利的基础设施，以数字化的虚拟映射来模拟黄河全要素和时空全过程，从而打通智慧集群之间的信息互联互通，推动新基建大潮下智慧黄河建设的数字升级。实现数字孪生、双河共建，通过数字黄河预演、优化，指导现实黄河的规划建设，同时，将现实黄河的建设成果反馈到数字黄河中，建立数字黄河与现实黄河的空间及事物的精准映射关系，最终达到双河互动、实时映射。

3.2智慧山东黄河建设

当前，黄河流域生态保护和高质量发展成为重大国家战略，水利改革发展积极践行，事关中华民族伟大复兴和永续发展的总基调。让黄河成为造福人民的幸福河，既对治黄工作提出了新要求，也为治黄改革发展提供了新机遇。我们要准确把握技术发展趋势，充分利用新一代信息技术驱动治黄事业改革发展，以治黄信息化引领治黄现代化，服务流域经济社会发展和生态环境保护。

新时代黄河治理与中华民族的伟大复兴密切相关，如何利用现代科学技术，更好地让黄河成为造福人民的幸福河，是当代治黄者必须关注的大事，更是水利信息化工作者义不容辞的使命。《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》明确指出要运用物联网、卫星遥感、无人机等技术手段，强化对水文、气象、地灾、雨情、凌情、旱情等状况的动态监测和科学分析，搭建综合数字化平台，实现数据资源跨地区跨部门互通共享，建设“智慧黄河”。

智慧山东黄河建设是复杂的系统工程，是用新型的发展理念、技术手段、基础设施、管理体系，重塑山东黄河发展生态的革命性变革，是整体提升山东黄河核心竞争力、持续领航力、过硬执行力、重点攻坚力的重要抓手。

3.3数字孪生赋能智慧黄河建设

众所周知，数字孪生离不开物联网、传感器、大数据以及AI等技术的支持。没有物联网就不可能实现端与端的链接，而失去传感器，数据就只能孤立存在于现实物体，更谈不上虚拟世界的信息反馈，同样，离开了AI，数字模型就等于失去了“大脑”，数字孪生只能成为仅有躯壳的“胚胎”。而在这一技术矩阵中，数字孪生犹如可以点火的引擎，带动各个技术细胞次序活跃与协同运转。

我们应充分科学运用物联网、数据、人工智能等新一代技术，确保智慧黄河的前瞻性和先进性，从物联通信、基础设施、数据共享、业务应用等多维度全方位建设，走出一条信息化、智慧化、现代化治黄之路。

基于此，要把握以下几个重点。

1.完善新一代信息网络基础设施。包括5G通信网络和各类物联网信息网络的构建，也包括各类防洪工程“关键点”的传感器布设。加快新型网络基础设施的规模化部署，推进5G通信技术、物联网、云计算为一体。

2.构建时空大数据云平台。与遥感、无人机、倾斜摄影、BIM、VR/AR等技术紧密结合，进行全空间一体化表达；与大数据技术进行结合，实现地理大数据的高效存储、计算、分析以及可视化表达。构建统一的“数据底板”，为今后运用海量数据推演黄河运行态势、进行全流域的精准调控奠定基础。

3.建设数字孪生平台为智慧山东黄河基础提供支撑。以“山东黄河一张图”为基础，建设基础数据统一、监测数据汇集、二三维一体化的数据底板，并提供三维展示、数据融合、动态场景等功能。实现物理流域的自然地理、干支流水系、水利工程、经济社会等对象的全要素数字化映射；实现场景动态模拟；构建黄河干流、东平湖、大汶河区域洪水“四预”可视化模型，为水旱灾害防御“四预”提供支撑。

4.人工智能加持，打造“智慧中枢”。基于深度学习，进行数据关联与融合、空间分析与预测、聚类分类与统计等智能化分析，应用于根石探测、坍塌淤积变化检测、冰凌运动与异常识别等方面。通过数字孪生为黄河进行信息化、智慧化赋能，辅助提升黄河的高效化、科学化管理。

4结语

在未来的智慧黄河建设中，无论是流域规划一张图，还是治理一盘棋，数字孪生都将作为新型智慧水利的基础设施，以数字化的虚拟映射来模拟黄河全要素和时空全过程，从而打通智慧集群之间的信息互联互通，推动新基建大潮下智慧黄河建设的数字升级。

征途漫漫，唯有奋斗。让数字孪生赋能新时期黄河治理，为打造一条规划设计更加科学、工程建造更加高效、水量调度更加精细、运维管理更加智慧的未来之河奠定数字基础，实现从孪生到共生，以信息化之力护佑黄河安澜，助力黄河高质量发展。

参考文献

[1] 加快构建具有“四预”功能的智慧水利体系[J]. 蔡阳,成建国,曾焱,张阿哲.中国水利. 2021(20)

[2] 《数字孪生流域建设技术大纲（试行）》解析[J]. 谢文君,李家欢,李鑫雨,贺挺,赵轩哲.水利信息化. 2022(04)