数字流域

摘要： 近年来,随着水利信息化进程的快速推进,“数字流域”理论越来越受到重视,流域仿真平台的设计与实现逐渐成为其重要组成部分。传统C/S架构下的GIS应用难以满足当前水利信息化跨平台、轻量级、可扩展和远程应用的需求,而WebGIS技术可以有效应对上述问题,但海量空间数据和有限带宽,使其工程应用受到限制。结合水资源管理中水库、河道等流域重点元素的模拟模式,搭建了客户端轻量级WebGIS平台。研究了流域仿真信息化系统的开发流程,详细分析并阐述了B/S架构体系下WebGIS在流域全场景模拟仿真中的业务应用,为水资源管理的多工况实景模拟提供了解决方案。平台的设计体系在长江三峡梯调中心金沙江下游-三峡梯级电站水资源管理决策支持系统中得到了应用,并取得了较好的仿真集成效果。

摘要： 随着地球信息技术、计算机技术的不断发展,利用数字技术模拟水文过程是常见的解决方案,因而如何选择合适的尺度模拟水文过程是极为重要的。针对这些需求与不足,基于不同分辨率(30 m分辨率、90 m分辨率)的DEM数据,利用成熟的SWAT水文建模模型对流域进行多尺度的模拟与分析,探寻多尺度数据在流域过程模拟的具体意义与异同点,尝试为水文模拟提供尺度信息支撑。仿真实验结果表明:子流域的个数与DEM的尺度关系不大,而关键在于集水阈值的选择;不同数据源不同尺度DEM生成的子流域随着采样间隔的不断加大;DEM的详细程度无法改变水文响应单元匹配。

摘要： 防洪减灾涉及的多专业、多尺度、多层面信息需要数字流域的支撑,随着倾斜摄影、虚拟仿真、BIM、数字孪生、智能感知等新技术的发展,数字流域的展现形式由二维地图升级到三维场景。首先回顾了主流三维基础平台在国内的应用发展历程,并结合文献检索结果对主流三维平台特点进行了对比和介绍;其次梳理了国内的防洪减灾三维数字流域相关实践应用,将其过程划分为发展期-平稳期-高峰期,指出目前尚存在标准规范不够、模型集成不足、仿真效果不佳等问题;最后,对防洪减灾三维数字流域的应用方向进行了展望,提出了三维数字孪生流域、水运动过程仿真模拟、智慧化/智能化3个应用方向。分析方法和研究结论可供相关专业、技术人员借鉴参考。

摘要： 现代化、信息化、数字化是流域管理的现实需求。针对巢湖流域水安全管理的监管和决策存在的瓶颈问题,提出了“数字巢湖”建设框架,开展了“数字巢湖”工程建设实践:建立了天空地一体化监测体系;开发了服务流域综合管理的时空大数据平台,汇聚水利、环保、国土等多部门数据;研发了流域水量水质、湖泊蓝藻水华预测预警等系列预测预警和决策支持模型;开发了以一张图为基础的系统平台。“数字巢湖”在巢湖流域2020年超历史洪水预闸站调度决策支持、污染物总量管理、蓝藻水华应急防控等方面发挥了重要作用,有力地支撑了巢湖治理科学决策,为巢湖治理能力现代化奠定了重要基础。

摘要： 数字孪生流域是数字孪生地球的重要组成部分,厘清数字孪生流域理论定义和内涵是研究和建设数字孪生流域的前提和基础,对流域智慧化治理管理具有重要意义。本文基于数字孪生理论技术,开展了以下研究:(1)给出了数字孪生流域的定义,认为数字孪生流域是以服务流域全生命周期管理的全量数据和领域知识驱动物理流域和虚拟流域交互映射、共智进化、虚实融合的新基建新范式,并辨析了与传统建模仿真的区别。(2)数字孪生流域内涵是通过“由实入虚”、“以虚映实”和“由虚控实”实现物理流域对象的全生命周期管控,特征包括高度保真、演化自治、实时同步、闭环互动和共生进化。(3)数字孪生流域基本模型由物理流域、虚拟流域、实时连接交互、数字赋能服务、孪生流域数据和孪生流域知识组成,其核心能力包括物理流域感知操控、全要素数字化表达、实景可视动态呈现、流域数据融合供给、流域知识融合供给、流域模拟仿真推演及孪生自主学习优化。(4)提出数字孪生流域要解决的关键科学问题和关键技术体系,并从感知网、数据网、知识网、模型网及服务网展望了数字孪生流域发展方向,阐述了数字孪生流域的赋能领域。本文旨在通过数字孪生流域理论新型研究范式为数字孪生流域技术应用落地提供理论指导,对未来智慧流域研究和数字技术在流域治理管理中的应用提供有益的启发与借鉴。

摘要： 为推动水运新型基础设施建设,提升航道信息化和智能化水平,笔者通过对“数字孪生”“数字孪生流域”的顶层概念分析,梳理论述了数字智能技术在航道信息化迭代进程中的概念产物,深入剖析了当前航道数字孪生的建设意义。对比数字孪生案例,综合性提出航道数字孪生的自身特点及建设步骤。

摘要： 什么是智慧化模拟?最终目的是什么?答:智慧化模拟是智慧水利实施路径的第二步。第一步是构建数字化场景,对物理流域进行全要素数字化映射,并实现物理流域与数字流域之间的动态实时信息交互和深度融合。构建模型平台及知识平台,以二三维直观可视化的形式,模拟不同标准来水和不同工程调节作用下的水流实时运动状态、洪水实时淹没范围、工程运行状态等,支撑水安全全要素预报、预警、预演、预案的模拟分析。

摘要： 流域空间地理信息模型是构建数字流域、数字孪生流域的基底,是实现流域数字化、智慧化管理、分析、预测、模拟的基础。以钱塘江流域为研究对象,通过天空地一体化数据获取、GIS和BIM三维建模、多源异构模型汇聚整合、多尺度场景构建、场景组织与调度等关键技术研究,构建了流域多尺度空间地理信息模型。以模型为载体,开展在高精度水文模型构建、干流槽蓄能力分析、洪水动态演进三维虚拟仿真等方面的应用研究,实现了流域信息资源整合共享。研究成果可为流域智慧化管理提供了一种新的技术思路。

摘要： 通过DEM模型提取流域边界,生成数字流域,精确绘制水电站流域图,将水电站流域图与天气预报图进行融合,实现水电站所在流域范围的可视化精细化,可为更准确的降雨预报图、降雨预报准确率提供支持.以北盘江梯级水电站所在流域为例,研究水电站数字流域与降雨预报的融合应用,实例表明可视化精细化的数字流域提高了水电站降雨预报准确率.

摘要： 本文以水电工程数字流域基础地理信息平台建设为着眼点,总结了平台的主要建设内容.针对建设中遇到的数据共享与工作协同、高并发访问和资源扩展以及数据挖掘等问题,结合当前先进的地理信息技术、云计算与大数据理论,提出了解决问题所需要的基于地理信息的数据表达、基于数据流的驱动、基于云计算的架构、基于共享服务的协同方式和基于大数据的处理与分析方式五项关键技术.本研究对面向水电工程的数字流域基础地理信息平台建设具有指导和借鉴意义.

摘要： 面向数字流域的洪水演进模拟是一个涉及水文、水动力、数值计算、信息技术等多学科的应用科学问题,具有研究范围广、影响因素多、地形条件复杂等特点.本文采用Preissmann四点加权隐式差分格式和三级联解法,建立了一维河网水动力学模型;研究了基于三角形网格的非结构有限体积法,建立了二维洪水演进模型;进一步,提出了一维河网与二维防洪区的侧向联解方式,建立了基于一至二维联解的漫堤洪水演进数学模型,解决了流域尺度大范围河网与局部防洪区的洪水耦合作用问题,实现了面向数字流域的洪水演进模拟,具有良好的应用前景.

摘要： 对于某些流域内专业数据的生产与管理部门来说，难以获得流域内其它专题数据，如流域地理数据、其它水利专题数据等，也就难以构建以地图服务为基础的流域应用系统。Google EanIl三维地图软件的出现为社会用户共享它的地理数据提供了方便。以Flex技术为代表的富客户端技术极大的增强了web应用程序的互动性和交互能力。本文通过对Google Earth API及其坐标系统的分析，采用Flex技术和GoogleEarth 平台构建了一个简易的数字流域地图服务WEB平台，本文构建的数字流域原型系统有助于拓展数字流域的建设。

摘要： 本研究主要是针对流域时空关系特点，主要借鉴基于美国大学水文科学联合会(CUAHSI)水文数据模型开发的ArcHydro Data Model，开发符合中国数据特点和行业特点的数据流域通用数据模型，以快速建立基于GIS新型数据模型Geodatabase的数字流域空间数据库。首先，研究剖析了数字流域中传统水文数据以及未来新兴水文数据的时空特性，分析了水文相关数据对新型GIs数据模型的需求。其次，根据我国水文数据和美国水文数据的差异，从流域数据的描述问题、流域数据的重用问题、流域数据的交换问题分别修改AreHydro DataModel，并利用统一建模语言(UML)进行设计完成数字流域对象模型图，完成数字流域通用数据模型(Universal Data Model)架构(schematemplate)，建立“Draft Data Model(初步的数据模型)”。再次，以修改后的数字流域模型图来完成基于商用数据库的数字流域数据建库，并以秦淮河流域作为应用实例(Case Studies)，完成该小流域实体数据库的建设．最后，总结全文，研究认为该方面相对于传统数字流域数据的构建无论是在数据的逻辑组织上还是建库的效率上均有大的提升，“数字流域”通用数据模型研究的研究对于数字流域的基础数据库的快速构建有着重要价值。

摘要： 基于栅格DEM的流域离散网格，应用下渗理论和地貌水文学的水滴运动理论，在湿润地区沿渡河流域上，建立了一个具有物理基础的松散结构分布式流域水文模型．该模型基于DEM栅格来描述流域下垫面的空间变异性和暴雨的时空分布，并在每个栅格内通过数学物理方程模拟地形、土壤特性等物理因子对产汇流过程的作用机制。模型整体结构和产汇流计算均是基于DEM导出的数字流域特征量，如流域边界、数字水系、地形坡度、汇流路径等．rn 研究中改进了下渗模型中关键变量“等价恒定雨强”的求解方法，使得模型算法更趋严谨，并大大降低了出现奇异解的可能性。模型验证结果良好，说明模型较为可靠。

摘要： 本文提出在数字流域整体数学模型系统中运用插件式GIS软件开发方案，并通过插件管理各个专业模型，将其集成到整个系统中，实现专业模块的“即插即用”。rn 不仅提高了软件的重用性和扩展性，而且提升了数字流域专业模型系统开发的效率。论文重点介绍插件式GIS实现方案，并通过具体的应用展示了设计流程及实现效果。

摘要： 数字水文平台是数字流域的核心和基础模块，分析和探讨了构建数字水文平台的关键技术和集成策略，提出了数字水文平台的体系架构和总体设计，并在汉江流域应用实施，设计和开发了数字汉江水文平台．数字汉江水文平台将为汉江流域水资源综合开发利用和南水北调中线调水的成功运行提供技术支撑，为进一步开发和集成数字汉江其它专业应用系统奠定了基础。

摘要： @@1998年1月,美国前副总统戈尔在加州科学中心作题为《数字地球》的演讲,标志着美国“数字地球”战略计划出台。由“数字地球”衍生出来的“数字中国”、“数字城市”、“数字流域”等,是对不同领域(区域)多维信息的描述。“数字流域”的概念由张勇传提出,此后研究逐渐增多,主要集中在数字流域框架研究、基础平台建设、数字流域模型及相关技术、数字流域应用系统建设等方面。

摘要： 由于复杂流域的逼真度和实时性是一对相互制约的矛盾，如何在提高图像真实感的同时提高显示的速度一直是大规模地形场景研究中的热点。本文以湘江流域为例，从流域河网的数据采集、实时绘制、整合自适应三角网剖分、地形和纹理数据的LOD控制、海量地形数据的管理等方面研究了流域可视化技术，并提出了一种基于四叉树高效的场景数据存取方法，该方法可以有效提高流域的浏览速度，且质量较好。

摘要： 由于复杂流域的逼真度和实时性是一对相互制约的矛盾，如何在提高图像真实感的同时提高显示的速度一直是大规模地形场景研究中的热点。本文以湘江流域为例，从流域河网的数据采集、实时绘制、整合自适应三角网剖分、地形和纹理数据的LOD控制、海量地形数据的管理等方面研究了流域可视化技术，并提出了一种基于四叉树高效的场景数据存取方法，该方法可以有效提高流域的浏览速度，且质量较好。

摘要： 本发明公开了一种基于数字孪生的流域防洪可视化方法及系统，属于流域防洪技术领域。现有的流域防洪可视化技术中，流域数据量过大，影响流域防洪可视化效果。本发明的一种基于数字孪生的流域防洪可视化方法，通过流域矢量数据，得到流域瓦片；并将流域瓦片进行拆分，得到水域图像索引和水域瓦片图像；水域图像索引和水域瓦片图像通过视图的方式进行关联，若干水域瓦片图像索引指向同一个水域图像，从而大大减少纯色水域图像的冗余存储，提升数据利用率以及水域图像检索效率，进而有效减少流域数据的数据量，便于对流域融合图像进行实时更新，提升流域防洪可视化效果，用户体验好，便于推广使用。

摘要： 本发明公开了一种基于数字孪生技术的流域水文模型参数动态估计方法。基于流域的物理特征数据以及历史水文气象等观测数据，构建流域数字孪生体；在流域内布设传感器实现流域多特征要素的实时监测，实现流域数字孪生体的实时跟踪与信息同步；根据历史以及实时同步的流域数字孪生体，采用数据同化方法和优化算法同步结合的方式估计仿真模型中的状态变量及参数，最终实现流域水文模型参数的动态估计。本发明方法能够充分利用流域实时监测数据，可准确地反映变化环境背景下流域特征条件所呈现的动态变化，实现智能管理、仿真模拟、自动优化、实时更新以及合理预测的目标，可提高变化环境下流域的径流模拟精度。

摘要： 本发明公开了一种基于数字孪生的流域防洪可视化方法及系统，属于流域防洪技术领域。现有的流域防洪可视化技术中，流域数据量过大，影响流域防洪可视化效果。本发明的一种基于数字孪生的流域防洪可视化方法，通过流域矢量数据，得到流域瓦片；并将流域瓦片进行拆分，得到水域图像索引和水域瓦片图像；水域图像索引和水域瓦片图像通过视图的方式进行关联，若干水域瓦片图像索引指向同一个水域图像，从而大大减少纯色水域图像的冗余存储，提升数据利用率以及水域图像检索效率，进而有效减少流域数据的数据量，便于对流域融合图像进行实时更新，提升流域防洪可视化效果，用户体验好，便于推广使用。

摘要： 本发明公开了一种基于数字孪生的流域监测预警方法和仿真平台，本方法通过获取实时流域监测数据，将实时流域监测数据传输至预先构建的三维模型中，根据三维模型搭建数据同步的三维虚拟仿真流域场景；基于数字孪生技术和可视化大屏模拟演示三维虚拟仿真流域；基于实时流域监测数据，通过预先构建的预警系统获得实时预警数据，并且对实时预警数据进行危险程度判断分析，获得危险程度对应的解决方案；结合危险程度对应的解决方案和模拟演示三维虚拟仿真流域进行方案分析，获得危险程度对应的最终决策方案。本发明能够实现场景仿真模拟，提高预警效率，能够及时预警，降低灾害的危害性。

摘要： 本发明公开了一种基于数字孪生的流域管理方法及系统，该方法包括：获取水电站流域的北斗数据、遥感数据和物联数据，构建流域数据库；基于流域数据库，通过多种引擎对水电站流域进行数字化映射，生成对应的数字孪生流域；获取流域业务，通过流域业务关联的算法在数字孪生流域中进行业务模拟，该流域业务为闸门控制预演、区域淹没分析、流域地灾预警和大坝受力预警中的一种或多种。本发明基于多种引擎处理水电站流域的多种感知数据，实现了数字孪生流域的准确化和智能化构建，同时通过多种算法在数字孪生流域中对各种流域业务进行模拟，提升了水电站流域的管理效率和应急指挥能力。

摘要： 本发明公开了一种基于数字孪生的流域漫滩救灾方案生成方法、装置及设备。该方法包括：基于数字孪生仿真模型确定流域内对应的漫滩区域；基于漫滩区域所对应的漫滩区域水流量，确定漫滩区域所对应的灾害风险等级；通过数字孪生仿真模型基于漫滩区域所对应的灾害风险等级，确定漫滩区域所对应的救灾方案。本发明解决了相关技术中，无法基于实时状况快速、准确地生成漫滩救灾方案的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种基于数字流域的流域边界生成方法，首先基于数字高程模型数据DEM计算水流方向矩阵；根据水流方向矩阵，计算集水面积；生成水系和单元；生成流域边界；流域边界与降雨预报图叠加得到流域降雨量预报数值。本发明通过DEM模型方式提取流域边界，精确绘制了水电站所在流域，使天气预报图中流域范围可视化，实现流域区域内来水的准确预测。

摘要： 本发明公开了一种基于数字流域的流域边界生成方法，首先基于数字高程模型数据DEM计算水流方向矩阵；根据水流方向矩阵，计算集水面积；生成水系和单元；生成流域边界；流域边界与降雨预报图叠加得到流域降雨量预报数值。本发明通过DEM模型方式提取流域边界，精确绘制了水电站所在流域，使天气预报图中流域范围可视化，实现流域区域内来水的准确预测。

摘要： 本公开涉及一种基于数字流域时空模型的污染排放确定方法和装置，涉及河流水质监测技术领域，其中，方法包括：待检测河流域中包括多个区段，每个区段具有监测站点，每个监测站点安装水质传感器，水质传感器用于获取水质数据，通过获取当前监测站点的当前监测水质数据；获取前一监测站点的实际水质数据，通过已计算的河流一维稳态模型对实际水质数据进行计算，获取当前监测站点的理论水质数据；根据当前监测水质数据和理论水质数据的比较结果，确定当前监测站点和前一监测站点之间是否存在污染排放。由此，能够实时对水质污染情况进行判断，有效对污染情况进行预测和溯源。

摘要： 本发明公开了一种知识驱动的数字孪生流域智能体的构建方法及装置，所述方法包括：将服务请求者的需求转换为智能体处理所需的参数序列；组合智能体通过查询知识图谱感知流域态势，获取当前请求的工作流程；组合智能体根据当前请求的工作流程从水利知识图谱的多个服务类中选择合适的候选服务，规划设计符合服务请求者需求的最优服务组合方案；设计执行智能体，根据组合智能体规划的最优服务组合方案，向水利知识图谱发送查询请求，依次运行模型，传递模型的执行结果；将最终执行结果反馈给服务请求者，实现服务请求者的请求。本发明的知识驱动的数字孪生流域智能体的构建具有很强的动态演化性和松耦合性，实现物理和数字流域的虚实交互迭代优化。