數字孿生水務動態監控運維系統以三維地理信息引擎為核心，以時空數據為底座支撐，依托3DGIS+BIM+Video+AI+IOT的總體技術路線，綜合運用數字孿生、視頻融合、位置智能等空間技術，對水務管理場景的全要素、全過程、全領域進行數字映射。把平臺各業務管理系統關鍵數據和各類事件的高度集成可視化呈現，構建智慧水務視頻孿生綜合態勢一張圖，提供給管理人員沉浸式管理空間，實現一屏可視、一圖指揮，賦能水務業務的高效管理與精準指揮調度。
數字孿生場景融合大數據、云計算、AI等前沿技術應用，將信息、技術、設備與水務管理需求有機結合，全面支撐水利業務應用體系，流域總覽、流域防洪監測、水庫監測、水利調度、智慧水務、河湖巡檢等多個業務領域，并提供數據分析、對象管理、對象剖分、設備控制、實時告警管理、虛擬漫游等豐富功能，全面賦能用戶業務應用，有效提升水利跨部門決策和資源協調效率。
1.數字孿生系統架構
感知層：感知層主要包括物理實體中搭載先進物聯網技術的各類新型基礎設施。
數據層：數據層主要包括保證運算準確性的高精度的數據采集、保證交互實時性的高速率數據傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數據管理。
運算層：運算層是數字孿生體的核心，其充分借助各項先進關鍵技術實現對下層數據的利用，以及對上層功能的支撐。
功能層：功能層是數字變生體的直接價值體現，實現系統認知、系統分析、故障診斷、預測推演功能，從而起到輔助決策作用。系統認知，數字孿生體能夠真實描述及呈現物理實體的狀態，它是實現數字孿生體其它高級和智能化功能的基礎。系統分析可實現數字孿生體的狀態監測功能，發揮對物理實體的早期預警作用。故障診斷，通過分析物理實體的運行狀態，了解現象背后的原因。預測推演，是利用仿真技術來預見物理實體未來的狀態演變，從而指導當前的運行決策。
應用層：應用層是面向各類場景的數字孿生體的最終價值體現，具體表現為不同行業的各種產品，能夠明顯推動各行各業的數字化轉型。
2.數字孿生系統的典型特征
等價映射：數字孿生體是對物理實體的等價描述，是對物理實體進行數字化而松建的模型數字孿生體的變化能夠真實反映現實世界中的物理實體的變化。數字孿生體能夠實現雙向映射、數據連接和狀態交互，起到“數化”、“保真”效果。
實時交互：基于實時傳感等多元數據的獲取，孿生體可全面、精準、動態反映物理對象的狀態變化，包括外觀、性能、位置、異常等。“實時”體現數字孿生體所處狀態是物理實體狀態的實時虛擬映射;“交互”體現數字孿生體與物理實體間存在數據及指令互動。
共生演進：“共生”體現在數字孿生體與物理實體同步構建，在全生面周期中相互依存，孿生體隨著孿生對象的生長而不斷演變。共智體現在三個層面:孿生體與孿生對象間共享智慧(包括:數據、算法)、孿生體內部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。
預測優化：根據物理實體的各項真實數據，通過數字孿生體進行仿真，實現對物理實體未來狀態的預測，預先知曉未來狀態能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據物理實體的實時運行狀態，通過數字孿生體進行監測，實現對系統不穩定狀態的預測，預先覺察即將可能發生的不穩定狀態，使用戶更從容地處理該問題。
建立數字孿生體的最終目的，是通過描述物理實體集合內在機理，分析規律、洞察趨勢，基于分析與仿真對物理世界形成優化指令或策略，實現對物理實體決策優化功能的閉壞。根據數字孿生的典型特征，可以得出數字孿生的體系架構。
3.系統功能
（1）流域預報預演
依托實景孿生平臺，綜合降雨、水位監測等基礎數據，結合水利專業模型和水利知識，實現流域水位的預警、預報、預演、預案功能，提升上游來水預報精度，具體實現包括降雨模擬仿真、產匯流仿真、洪水演進、淹沒分析等功能，提升應急處置能力。
（2）指揮調度輔助決策
依托實景孿生平臺，集成指揮調度及語音調度系統，結合現場監控視頻、智能分析、智能監測等數據，打通業務壁壘，多業務協調統一，幫助指揮人員通過實景孿生場景快速了解現場情況，實現在水利實景一張圖中的精準指揮和調度，賦能精準指揮和科學決策。
（3）河湖管理
實現對河湖劃界成果、岸線規劃分區、“四亂”治理成果等業務“一張圖”管理實現對巡河人員、路線的實時監控和巡河任務、問題的流程化管理。充分發揮視頻監控價值，在三維實景一張圖中便捷調取現場視頻，了解周邊環境，掌控巡檢過程，精準指揮調度。
（4）水廠綜合管理
針對水廠的日常運營管理，實現水廠綜合態勢一張圖展示、水廠分布地理信息一張圖感知、設備管網運行狀態三維實景掌控、風險預警事件場景聯動定位處置、能耗分布一張圖態勢感知、實景態勢三維立體直觀監控、水廠應急事件處置決策等數智化管理，推進水廠四預建設，提升水廠綜合運行管理能效。
（5）水質監測管理
系統接入水質監測數據，實現對監測數據的集中匯聚和綜合分析，在智慧水務綜合態勢一張圖中，以多元圖表方式對水質監測情況進行可視化綜合呈現。在數字孿生場景中，對水質監測點位進行一張圖直觀展示，聯動場景精準定位查看數據詳情，異常指標及時提醒，直觀標注，精準定位，實現水質態勢的直觀可視化監測管理。
（6）水源綜合管理
在實景三維一張圖場景中，對水源地分布進行直觀展示，水庫、水源井、泵站等關鍵位置直觀標注，可以聯動場景快速定位至水源地區域瀏覽周邊環境和監測數據詳情信息。對前端全量監測數據進行綜合匯聚分析，并以可視化圖表方式在綜合態勢一張圖直觀展示，為管理人員的精準管理和科學決策提供可視化數據支撐。
（7）供水管線巡檢管理
系統接入水質監測數據，實現對監測數據的集中匯聚和綜合分析，在智慧水務綜合態勢一張圖中，以多元圖表方式對水質監測情況進行可視化綜合呈現。在數字孿生場景中，對水質監測點位進行一張圖直觀展示，聯動場景精準定位查看數據詳情，異常指標及時提醒。直觀標注。精準定位，實現水質態勢的直觀可視化監測管理。基于實景孿生平臺實現管網漏損分析，爆管定位，應急處置預案等，提升管網維護能力，保障供水安全穩定。
（8）水庫運行監測立體感知
接入水雨情、水質、環境監測數據，對監測統計分析、預警統計信息等態勢數據進行直觀呈現。數字孿生場景中對各流量監測點、取水口、水質監測點、水雨情監測點、環境監測點的分布情況進行直觀展示，并與監測數據綁定，實現實時監測態勢的精準直觀展示。結合水雨情數據，實現上游來水預報，孿生場景中對水庫放水態勢進行仿真推演，直觀展示放水過程和對下游區域的影響，保障水庫運行安全。
4.應用場景
（1）實景三維水利管網管理
基于孿生承載平臺，綜合承載地理信息數據、水務管網模型數據、水務管網基礎信息數據等，搭建水務管網實景三維一張圖，重點設備和關鍵節點直觀標注，高效檢索定位，一張圖中對水務管網進行直觀、精準、可視化管理。
針對信息展示，定制可視化數據專題，一張圖直觀展示水務管網信息，實現宏觀態勢與微觀詳情的一體化掌控。
（2）實景三維水利設備管理
針對智慧水務設備管理，搭建實景三維設備管理態勢一張圖，將包含水源、水廠、壓力、流量、水質、大用戶、二次供水、應急泵房、滲漏預警在線設備數據進行一張圖綜合展示。結合三維地理信息場景，在一張圖中對設備分布、監測數據、設備告警進行直觀展示和聯動處置，實現設備管理的直觀、精準、高效、科學。
（3）實景三維水利調度管理
針對智慧水務調度管理，定制流程化管理系統，集生產調度計劃管理、生產運行綜合感知、調度值班科學管理、調度事件流程化填報管理、調度事件三維一張圖直觀感知等數智化功能于一體，賦能智慧水務生產調度高效管理和精準科學決策。
（4）水廠智慧化綜合管理
針對水廠運營管理，實現水廠綜合態勢一張圖展示、水廠分布地理信息一張圖感知、設備管網運行狀態三維實景掌控、風險預警事件場景聯動定位處置、能耗分布一張圖態勢感知、實景態勢三維立體直觀監控等數智化管理，提升水廠綜合運行管理能效。
（5）漏損分析：水務精準控漏
通過漏損控制管理系統對DMA區域的夜間最小流量、水平衡、產銷差等監測信息進行分析，評估各區域內管網漏損狀況，有效識別管網漏損嚴重區域和漏損構成，科學指導開展管網漏損控制作業，實現精準控漏，提高漏損控制效率。
（6）水務管網滲漏智能預警
通過視頻+數字孿生技術底座，實現多種管網滲漏監測預警方式提高預警精準性，管網滲漏預警統計分析并綜合呈現，同時基于三維GIS地圖，對滲漏預警管網位置進行直觀標注，實現滲漏事件的精準定位，提升管網運維的便捷性、精準性和科學性。
（7）智慧水質監測管理：水質監測
系統接入水質監測數據，實現對監測數據的集中匯聚和綜合分析，在智慧水務綜合態勢一張圖中，以多元圖表方式對水質監測情況進行可視化綜合呈現。在數字孿生場景中，對水質監測點位進行一張圖直觀展示，聯動場景精準定位查看數據詳情，異常指標及時提醒，直觀標注，精準定位，實現水質態勢的直觀可視化監測管理。
（8）智慧水源綜合管理：水環境監測
在實景三維一張圖場景中，對水源地分布進行直觀展示，水庫、水源井、泵站等關鍵位置直觀標注，可以聯動場景快速定位至水源地區域瀏覽周邊環境和監測數據詳情信息。對前端全量監測數據進行綜合匯聚分析，并以可視化圖表方式在綜合態勢一張圖直觀展示，為管理人員的精準管理和科學決策提供可視化數據支撐。
（9）用戶監測
系統接入前端全量監測感知數據，實現對用水量的實時在線監控。對用水數據進行綜合匯聚分析并直觀呈現，輔助管理人員精準掌控用水態勢。
針對用水量設置閾值，對超出指標的大用戶進行及時預警，并在三維場景中進行直觀標注，可聯動查看數據詳情，聯動附近監控查看現場實景詳情，排查數據異常原因，便于精準運維管理，輔助管理人員開展精準科學決策。
