袁 楠，奚 歌 郭晶晶

(中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222)

1 研究背景

數(shù)字孿生官廳水庫是數(shù)字孿生永定河的重要組成部分和關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)工程。在海河流域數(shù)字孿生永定河“統(tǒng)規(guī)統(tǒng)建、統(tǒng)規(guī)自建”的要求下，開展數(shù)字孿生官廳水庫建設(shè)，可助力提升流域防洪、水資源調(diào)度的智能化水平[1]，是充分促進(jìn)永定河流域骨干工程防洪效益的關(guān)鍵所在，是實(shí)現(xiàn)流域“四統(tǒng)一”的成敗所在。建設(shè)數(shù)字孿生官廳水庫，可切實(shí)提升官廳水庫工程運(yùn)行管理先進(jìn)水平和監(jiān)管時(shí)效性，是推動(dòng)由人主導(dǎo)的“經(jīng)驗(yàn)調(diào)度”向計(jì)算機(jī)推送結(jié)合人機(jī)互動(dòng)的“智慧調(diào)度”[2]轉(zhuǎn)變的重要舉措，是實(shí)現(xiàn)官廳水庫高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。

2 流域及工程概況

官廳水庫位于永定河流域，水庫壩址以上永定河流域面積4.34萬km2，占永定河流域面積的92.3%。官廳水庫主要有3條入庫支流，分別是洋河、桑干河和媯水河。官廳水庫是新中國(guó)成立后興建的第一座大型水庫，是永定河上的大型骨干工程，是一座具有防洪、供水、灌溉、發(fā)電等多種功能的大型水利樞紐，由永定河庫區(qū)及媯水河庫區(qū)組成，總庫容41.6億m3，水利樞紐工程主要由攔河壩、泄洪洞、溢洪道、水電站組成。

3 信息化建設(shè)基礎(chǔ)與差距

3.1 信息化建設(shè)基礎(chǔ)

3.1.1信息化基礎(chǔ)設(shè)施

(1)監(jiān)測(cè)感知

1)雨水情監(jiān)測(cè)

通過人工觀測(cè)和“北京市水文自動(dòng)化系統(tǒng)”采集官廳水庫水文站、官廳水庫出庫水文站、八號(hào)橋水文站的雨水情信息。通過“北京水情綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)”采集水庫上游34個(gè)報(bào)汛站雨水情信息，通過“官廳山峽防汛衛(wèi)星雨水情遙測(cè)系統(tǒng)”對(duì)官廳水庫上游29個(gè)雨量遙測(cè)站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2)安全監(jiān)測(cè)

表面變形監(jiān)測(cè)：利用全站儀進(jìn)行表面變形自動(dòng)三維觀測(cè)。

內(nèi)觀監(jiān)測(cè)：已建壩體、壩基內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)、剪切位移監(jiān)測(cè)、滲流量監(jiān)測(cè)，壩體和壩基滲流監(jiān)測(cè)，繞壩滲流監(jiān)測(cè)和應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

3)視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控由安防監(jiān)控、森林防火監(jiān)控、高清河道和水利工程監(jiān)控組成。

4)移動(dòng)監(jiān)測(cè)

官廳水庫管理處已配置1臺(tái)水面機(jī)器人(無人船)，用于水質(zhì)自動(dòng)化取樣和監(jiān)測(cè)。

(2)通信網(wǎng)絡(luò)

1)骨干通信網(wǎng)

官廳水庫管理處與北京市水務(wù)局通過一條10M專線實(shí)現(xiàn)通信傳輸，包括視頻會(huì)議及內(nèi)網(wǎng)工作。

2)二級(jí)通信網(wǎng)

北京市官廳水庫管理處至基層站點(diǎn)之間是采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通信鏈路。官廳水庫管理處至出庫站、綜合樓、水工班、溢洪道、水文站、水政樓均已建設(shè)光纜，官廳水庫管理處至永定河庫區(qū)管理所通過無線擴(kuò)頻傳輸。

3)互聯(lián)網(wǎng)接入

官廳水庫管理處互聯(lián)網(wǎng)接入鏈路40M，用于內(nèi)部訪問互聯(lián)網(wǎng)使用。

(3)閘門自動(dòng)化控制

目前官廳水庫泄水閘門已實(shí)現(xiàn)閘門自動(dòng)化控制，4孔閘門由4臺(tái)獨(dú)立的泄洪閘閘控系統(tǒng)分別操控。

(4)機(jī)房

中心機(jī)房位于官廳水庫管理處主樓一層，包括網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、服務(wù)器及存儲(chǔ)設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等硬件設(shè)備。

(5)視頻會(huì)商

會(huì)商室和指揮調(diào)度室實(shí)現(xiàn)了與北京市水務(wù)局和各管理所的異地會(huì)商，發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度決策的作用。

3.1.2數(shù)據(jù)信息資源

官廳水庫管理處建設(shè)了空間數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)庫、水質(zhì)數(shù)據(jù)庫，積累了一定量的數(shù)據(jù)資源。

3.1.3水利模型和知識(shí)

官廳水庫目前采用粗估徑流系數(shù)法粗估降雨區(qū)的產(chǎn)流量，利用河道站上、下游洪峰相關(guān)的洪水傳播時(shí)間相關(guān)曲線推求入庫洪峰時(shí)間和洪量，對(duì)單元產(chǎn)流區(qū)的徑流出流過程采用流量過程模式圖計(jì)算，根據(jù)水庫洪水調(diào)度方案，進(jìn)行調(diào)洪演算推求水庫最高水位出現(xiàn)時(shí)間及水庫下泄流量。

已有北京市官廳水庫洪水調(diào)度方案、設(shè)計(jì)洪水成果和調(diào)洪計(jì)算成果、調(diào)度會(huì)商、調(diào)度決策、調(diào)度實(shí)施方案等文件類成果，但未形成知識(shí)庫。

3.1.4業(yè)務(wù)應(yīng)用

官廳水庫管理處主要應(yīng)用上級(jí)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，主要包括北京水情綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)、北京市水務(wù)局綜合信息平臺(tái)、北京水旱災(zāi)害防御綜合指揮平臺(tái)、北京水文自動(dòng)化系統(tǒng)查詢、北京市水資源統(tǒng)一調(diào)度平臺(tái)、衛(wèi)星雨水情遙測(cè)系統(tǒng)、北京市重點(diǎn)流域洪水調(diào)度系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，為防汛抗旱和水資源調(diào)配提供了重要的支撐。

3.2 問題與差距

3.2.1信息化基礎(chǔ)設(shè)施不足

(1)感知體系

水情監(jiān)測(cè)方面：水情監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)存在傳輸信號(hào)不穩(wěn)定等問題，部分站點(diǎn)需要補(bǔ)充北斗應(yīng)急通訊。

安全監(jiān)測(cè)方面：大壩安全監(jiān)測(cè)主要以全站儀半自動(dòng)觀測(cè)為主，個(gè)別儀器設(shè)備存在損壞和測(cè)值異常情況，尚未應(yīng)用北斗、GNSS等技術(shù)，智能化程度不高。

視頻監(jiān)控方面：目前安防監(jiān)測(cè)、森林防火視頻點(diǎn)密度不足，溢洪道、閘門、泄洪洞缺少視頻點(diǎn)監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀況和自動(dòng)識(shí)別水尺讀數(shù)功能，智能視頻識(shí)別技術(shù)尚未應(yīng)用。

其他方面：遙感、無人機(jī)智能巡檢等監(jiān)測(cè)手段應(yīng)用不足。

(2)通信網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字孿生工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則中要求“應(yīng)接入上級(jí)單位水利業(yè)務(wù)網(wǎng)，連接帶寬應(yīng)滿足服務(wù)調(diào)用和數(shù)據(jù)共享的需求，原則上宜不低于50M”。

官廳水庫管理處與北京市水務(wù)局之間骨干通訊網(wǎng)為10M，難以滿足數(shù)字孿生官廳水庫對(duì)上級(jí)單位的信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享以及實(shí)時(shí)會(huì)商調(diào)度的需求。

此外，監(jiān)測(cè)站網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，存在傳輸信號(hào)易中斷等問題；壩區(qū)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商信號(hào)覆蓋弱。

(3)閘門自動(dòng)化控制

目前的閘門調(diào)度管理模式導(dǎo)致閘門控制者無法直觀看到閘門狀態(tài)，閘門狀態(tài)的觀察者又無法操作閘門；閘門控制模式采用手動(dòng)控制方式，一是無法同步對(duì)多個(gè)閘門進(jìn)行操作，二是很難控制閘門的升降精度。

(4)機(jī)房

機(jī)房建設(shè)年代久遠(yuǎn)，環(huán)境不符合標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房要求，設(shè)備老舊，程控交換機(jī)不能滿足現(xiàn)在的要求。

3.2.2數(shù)據(jù)開發(fā)利用有待提升

地理空間數(shù)據(jù)覆蓋不全、精度不夠，不足以搭建數(shù)字孿生場(chǎng)景；數(shù)據(jù)更新頻率不足；數(shù)據(jù)來源較多、數(shù)據(jù)孤島嚴(yán)重、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)不夠，與全要素真實(shí)感知的要求不適應(yīng)，不能滿足數(shù)字孿生水利工程對(duì)“算據(jù)”的要求。

3.2.3水利模型和知識(shí)應(yīng)用不足

模型方面：隨著官廳水庫流域城市化的快速發(fā)展，下墊面和產(chǎn)匯流條件發(fā)展巨大變化，原有計(jì)算方法和模型系統(tǒng)已難以滿足實(shí)際需求；人工智能集合視頻、圖像、語音等技術(shù)尚未應(yīng)用，缺少三維可視化場(chǎng)景模型和高性能模擬仿真引擎，難以支撐數(shù)字孿生高性能仿真。

知識(shí)方面：目前水利知識(shí)分散、零星分布，大部分以紙質(zhì)或電子版為主，部分專家經(jīng)驗(yàn)未能總結(jié)提煉。知識(shí)規(guī)?；潭炔粔颍瑯I(yè)務(wù)規(guī)則數(shù)字化應(yīng)用程度較低。

3.2.4業(yè)務(wù)應(yīng)用水平不高

官廳水庫管理處現(xiàn)有系統(tǒng)比較分散，業(yè)務(wù)協(xié)同困難，信息無法及時(shí)共享，效率低下，急需整合各類系統(tǒng)，再造業(yè)務(wù)流程，形成一個(gè)全過程快速響應(yīng)的業(yè)務(wù)平臺(tái)。

3.2.5網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力欠缺

隨著機(jī)房設(shè)備增加，機(jī)房?jī)?nèi)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備接入端口不足，現(xiàn)有防火墻老化，性能不足，不能滿足當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)需要，需要進(jìn)行替換更新。

4 總體思路

4.1 建設(shè)目標(biāo)

全息化洞悉水利工程狀況，全過程評(píng)估水利工程狀態(tài)，全景化模擬水利工程態(tài)勢(shì)，全要素賦能水利工程管理，實(shí)現(xiàn)水利工程日常管理標(biāo)準(zhǔn)化、安全管理精細(xì)化、調(diào)度管理科學(xué)化，提升工程管理水平，為新階段官廳水庫高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐和強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)。

2023年：完善安全監(jiān)測(cè)、閘門自動(dòng)化改造、配電管理系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施，完成官廳水庫工程運(yùn)行管理智能化提升。

2024年：信息基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)完成，遙感、無人機(jī)等手段全面應(yīng)用，在防汛和工程日常管理方面完成智能業(yè)務(wù)升級(jí)，水資源、工程安全“四預(yù)”等業(yè)務(wù)建成，基本建成數(shù)字孿生平臺(tái)，初步形成主要業(yè)務(wù)的智能應(yīng)用全覆蓋。

2025年：北斗應(yīng)用持續(xù)深入，完成知識(shí)庫建設(shè)、庫區(qū)綜合管理、綜合決策支持業(yè)務(wù)應(yīng)用建成，數(shù)字孿生平臺(tái)與智能業(yè)務(wù)應(yīng)用深度融合，數(shù)字孿生官廳水庫工程基本建成。

4.2 總體框架

數(shù)字孿生官廳水庫包括信息化基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字孿生平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全體系等部分，總體框架圖如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

5 建設(shè)方案

5.1 數(shù)字孿生平臺(tái)

數(shù)字孿生平臺(tái)主要由數(shù)據(jù)底板、模型庫、知識(shí)庫、孿生引擎4部分構(gòu)成[3]。

5.1.1數(shù)據(jù)底板

數(shù)據(jù)底板包括地理空間數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。

(1)地理空間數(shù)據(jù)

地理空間數(shù)據(jù)包括共享的L1級(jí)、L2級(jí)數(shù)據(jù)與本項(xiàng)目建設(shè)的L3級(jí)數(shù)據(jù)。

L1級(jí)數(shù)據(jù)：共享水利部的官廳水庫控制流域4.34萬km2范圍內(nèi)L1級(jí)數(shù)據(jù)，L1級(jí)數(shù)據(jù)為優(yōu)于30mDEM、優(yōu)于2mDOM數(shù)據(jù)。

L2級(jí)數(shù)據(jù)：共享海委建設(shè)的永定河流域河流L2級(jí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行流域河流場(chǎng)景精細(xì)建模。包括洋河、桑干河、永定河、永定新河河道，長(zhǎng)度860km，寬度：山區(qū)河道(洋河、桑干河、永定河三家店以上)1.0km，平原區(qū)河道(永定河三家店以下、永定新河)為堤防內(nèi)。面積總計(jì)約1068km2。L2級(jí)數(shù)據(jù)為優(yōu)于15mDEM、優(yōu)于1mDOM數(shù)據(jù)。

L3地理空間數(shù)據(jù)具體建設(shè)內(nèi)容如下：

DEM數(shù)據(jù)：對(duì)庫區(qū)和壩區(qū)構(gòu)建DEM，面積約168.51km2。庫區(qū)范圍為官廳水庫管理范圍線外擴(kuò)10m，總面積168.29km2。壩區(qū)范圍為官廳水庫大壩上下游770m范圍，范圍包含樞紐工程構(gòu)筑物、配套建筑及溢洪道等，總面積0.223km2。

DOM數(shù)據(jù)：對(duì)庫區(qū)(不含水面)和壩區(qū)構(gòu)建數(shù)字正射影像(DOM)，面積約73.223km2，庫區(qū)DOM地面分辨率優(yōu)于1m，壩區(qū)DOM地面分辨率優(yōu)于0.1m。

水下地形數(shù)據(jù)：官廳水庫庫區(qū)大斷面及回水區(qū)重要斷面，范圍為庫區(qū)水面，面積約95km2。

實(shí)景三維數(shù)據(jù)：建立官廳水庫壩區(qū)實(shí)景三維模型，總面積0.223km2。

BIM模型是官廳水庫樞紐工程區(qū)域內(nèi)建筑物、構(gòu)筑物、設(shè)備設(shè)施等L3級(jí)數(shù)據(jù)的模型載體。BIM模型建設(shè)內(nèi)容見表1。

表1 BIM模型建設(shè)內(nèi)容

(2)其他數(shù)據(jù)

包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、跨行業(yè)共享數(shù)據(jù)。

5.1.2模型平臺(tái)

(1)水利專業(yè)模型

水利專業(yè)模型包括水文模型、水動(dòng)力模型、水資源模型、工程安全模型，為防洪調(diào)度、水資源調(diào)度、工程安全管理等業(yè)務(wù)提供決策支持。

1)水文模型

流域產(chǎn)匯流模型主要用于官廳水庫上游來水預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)方案包括友誼水庫、南洋河、西洋河、柴張區(qū)間、清水河、張響區(qū)間、冊(cè)田水庫、冊(cè)石區(qū)間、錢家沙洼、東庫區(qū)(媯水河～官廳區(qū)間)、西區(qū)庫(石～響～官廳區(qū)間)共11個(gè)流域，預(yù)測(cè)入庫八號(hào)橋和東大橋控制斷面的流量過程。

2)水動(dòng)力模型

建立官廳水庫以下至屈家店的一維水動(dòng)力模型，結(jié)合地形、地貌、土地利用等數(shù)據(jù)，進(jìn)行一維非恒定流的動(dòng)態(tài)模擬，實(shí)現(xiàn)水工建筑物及潰壩洪水模擬分析，永定河生態(tài)補(bǔ)水官廳水庫放水后下游流量過程預(yù)測(cè)等。

3)水資源模型

建設(shè)中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)模型和生態(tài)流量?jī)?yōu)化調(diào)度等水資源模型，用于水資源管理與調(diào)配。中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)模型，包括趨勢(shì)預(yù)測(cè)、自回歸、門限多元回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP、支持向量機(jī)SVM等方法；生態(tài)流量?jī)?yōu)化調(diào)度模型：結(jié)合永定河全線通水業(yè)務(wù)需求，新建生態(tài)水量?jī)?yōu)化調(diào)度模型，實(shí)現(xiàn)官廳水庫年度調(diào)度計(jì)劃的制定，同時(shí)用于確定永定河重要河段生態(tài)基流、全線通水的河長(zhǎng)、流動(dòng)時(shí)間、有水時(shí)間。

4)工程安全模型

包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)治理模型、大壩運(yùn)行安全性態(tài)分析模型、大壩運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)“四預(yù)”模型、大壩安全智能模型分析。

(2)人工智能模型

基于機(jī)器學(xué)習(xí)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等核心算法，結(jié)合水利業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景建設(shè)智能識(shí)別模型，對(duì)衛(wèi)星遙感影像和無人機(jī)、攝像頭等采集的視頻圖像進(jìn)行智能化識(shí)別。

(3)可視化模型

以實(shí)體官廳水庫為主體對(duì)象，L1、L2、L3級(jí)數(shù)據(jù)底板為基礎(chǔ)，BIM模型為支撐，監(jiān)測(cè)與業(yè)務(wù)管理為導(dǎo)向，構(gòu)建官廳水庫自然背景演變、水庫上下游流場(chǎng)動(dòng)態(tài)、水利工程、水利機(jī)電設(shè)備等4大場(chǎng)景類可視化模型。

5.1.3知識(shí)平臺(tái)

在共享水利部、海委相關(guān)知識(shí)庫的基礎(chǔ)上，構(gòu)建官廳水庫工程知識(shí)圖譜、預(yù)報(bào)調(diào)度方案集、工程安全知識(shí)集、業(yè)務(wù)規(guī)則集、歷史場(chǎng)景集、經(jīng)驗(yàn)集，同時(shí)為后續(xù)不斷充實(shí)知識(shí)庫提供便捷入口。

5.1.4孿生引擎

以數(shù)字孿生官廳水庫建設(shè)需求為牽引，針對(duì)數(shù)據(jù)引擎、知識(shí)引擎、模擬仿真引擎內(nèi)容進(jìn)行建設(shè)，開發(fā)接口以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口(Web API)或軟件開發(fā)工具包(SDK)等形式提供。

5.2 信息化基礎(chǔ)設(shè)施

5.2.1監(jiān)測(cè)感知

(1)大壩安全監(jiān)測(cè)

基于北斗GNSS對(duì)現(xiàn)有77個(gè)大壩表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)水庫大壩表面水平位移的全天候自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

(2)山體監(jiān)測(cè)

根據(jù)危巖體分區(qū)情況，在官廳水庫大壩下游右岸山體隱患處安裝危巖體監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)山體滑坡隱患點(diǎn)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警分析。

(3)視頻監(jiān)控

新建19個(gè)視頻站點(diǎn)，泄洪洞和溢洪道新建8處視頻點(diǎn)，壩區(qū)增加6處安防監(jiān)控視頻點(diǎn)，庫區(qū)森林增加2處防火視頻點(diǎn)，三個(gè)濕地增加3處鳥類觀測(cè)視頻點(diǎn)。

(4)無人機(jī)巡檢

開展無人機(jī)智能巡檢，通過無人機(jī)智能自主實(shí)時(shí)視頻、影像采集，對(duì)庫區(qū)水面漂浮物、污染源、捕魚、違規(guī)排放以及“亂占、亂采、亂堆、亂建”等情況進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)巡檢無人值守，遠(yuǎn)程操控，數(shù)據(jù)處理流程式操作巡檢圖像、視頻等自動(dòng)化接入官廳水庫數(shù)字孿生平臺(tái)。

(5)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)

對(duì)庫區(qū)和壩區(qū)應(yīng)用衛(wèi)星、無人機(jī)等遙感技術(shù)手段，定期開展高光譜高分辨率遙感監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)消落區(qū)及岸線違法違規(guī)水事行為，為庫區(qū)監(jiān)管工作提供全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

5.2.2通信網(wǎng)絡(luò)

對(duì)官廳水庫水利業(yè)務(wù)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行完善。

(1)水利業(yè)務(wù)網(wǎng)

考慮到數(shù)字孿生對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枨?，將官廳水庫管理處與北京市水務(wù)局之間骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬拓寬至50M(由北京市水務(wù)局管理)。

(2)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

建設(shè)覆蓋壩區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)辦公區(qū)域和壩區(qū)的移動(dòng)應(yīng)用全覆蓋。需購置一套無線控制器AC及終端辦公區(qū)的無線AP接入。

(3)應(yīng)急通信

在樞紐中心、庫區(qū)中心等部門配備衛(wèi)星電話，并在防汛備汛工作中對(duì)配備的衛(wèi)星電話進(jìn)行測(cè)試和維護(hù)，滿足日常和極端條件下的應(yīng)急通訊保障需求。

建設(shè)基于北斗應(yīng)急通信系統(tǒng)的指揮通信網(wǎng)，保障常規(guī)通信覆蓋不到或因人為破壞和自然災(zāi)害影響而無法使用情況下的應(yīng)急通訊。對(duì)官廳水庫管理處自建的3個(gè)水文站(官廳水庫水文站、官廳水庫出庫水文站、八號(hào)橋水文站)進(jìn)行“公網(wǎng)+衛(wèi)星”雙主信道改造，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)數(shù)據(jù)雙主信道傳輸，確保極端天氣條件、偏遠(yuǎn)地區(qū)等情況下，水文測(cè)站通信的實(shí)時(shí)性和可靠性。

5.2.3閘門可視化集控系統(tǒng)

建設(shè)溢洪道及新閘門井可視化集控系統(tǒng)，將需要監(jiān)測(cè)和控制的信息數(shù)據(jù)集中到控制臺(tái)進(jìn)行一體化管控，包括閘門狀態(tài)、閘門開度、閘前水位、供電系統(tǒng)等信息。通過設(shè)置在工業(yè)控制臺(tái)的集控系統(tǒng)，集中控制溢洪道和泄洪洞新閘門井的所有閘門，展示閘門的實(shí)時(shí)畫面或模擬畫面，顯示閘門開度和狀態(tài)，可以通過設(shè)定開閘關(guān)閘數(shù)值來精準(zhǔn)的控制各個(gè)閘門的上升或下降，也可以通過解鎖按鈕來手動(dòng)控制閘門上升或下降，可將音視頻數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場(chǎng)大屏進(jìn)行統(tǒng)一展示，有效的提高工作效率，確保水庫運(yùn)營(yíng)安全。

5.2.4信息基礎(chǔ)環(huán)境

(1)北京市水利云

數(shù)字孿生官廳水庫擬部署在北京市電子政務(wù)云。根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)際需求在北京市電子政務(wù)云配套計(jì)算與存儲(chǔ)資源，利用云管理軟件實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理。其中，計(jì)算資源方面，服務(wù)器資源按照標(biāo)準(zhǔn)外界交換方式組網(wǎng)，配置5臺(tái)設(shè)備共10個(gè)物理CPU節(jié)點(diǎn)，折合320核，通過外接交換機(jī)形成邏輯池。存儲(chǔ)資源方面，按照云平臺(tái)架構(gòu)，采用分布式存儲(chǔ)的方式進(jìn)行資源池管理。網(wǎng)絡(luò)資源方面，為完成資源組網(wǎng)，形成邏輯資源池，按照北京市電子政務(wù)云現(xiàn)有管理網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配套網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。

(2)官廳水庫管理處機(jī)房

按照相關(guān)的機(jī)房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)房進(jìn)行改造，完成機(jī)房環(huán)境改造，機(jī)房運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，完成程控交換機(jī)的更換，更換空調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)化線纜整理及標(biāo)識(shí)。

(3)機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

改造機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控內(nèi)容主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、消防系統(tǒng)。

5.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用

在數(shù)字孿生平臺(tái)和信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)包括防洪預(yù)報(bào)調(diào)度、水資源調(diào)度、工程安全智能分析預(yù)警、水庫綜合管理等子系統(tǒng)，為官廳水庫工程運(yùn)行管理提供支撐。

5.3.1防洪預(yù)報(bào)調(diào)度

通過與流域水雨情實(shí)時(shí)信息的有效銜接提供流域水情服務(wù)，通過調(diào)用水利專業(yè)模型、智能模型等實(shí)現(xiàn)水庫來水預(yù)報(bào)，并根據(jù)防洪形勢(shì)對(duì)可能的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行洪水預(yù)警，調(diào)用模擬仿真引擎進(jìn)行防汛預(yù)演、防汛協(xié)同工作預(yù)演、潰壩預(yù)演、下游淹沒范圍預(yù)演、人員轉(zhuǎn)移預(yù)演，對(duì)預(yù)演結(jié)果進(jìn)行影響評(píng)估。通過與已有調(diào)度預(yù)案及歷史經(jīng)驗(yàn)對(duì)比，確定最優(yōu)調(diào)度預(yù)案，支撐官廳水庫防洪調(diào)度業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)官廳水庫防洪“四預(yù)”功能。

5.3.2水資源管理調(diào)配

在永定河水資源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立官廳水庫水資源管理臺(tái)賬；結(jié)合來水、生態(tài)流量以及用水等邊界條件，構(gòu)建水資源管理與調(diào)配“四預(yù)”體系，預(yù)報(bào)方面，通過中長(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)模型，對(duì)官廳水庫中長(zhǎng)期來水進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；預(yù)警方面，結(jié)合區(qū)域用水總量控制和生態(tài)流量監(jiān)管要求，對(duì)官廳水庫入庫徑流、出庫水量以及生活、生態(tài)供用水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)置的預(yù)警啟動(dòng)條件開展預(yù)警；預(yù)演方面，圍繞年度(月)水量調(diào)度計(jì)劃和實(shí)時(shí)調(diào)度業(yè)務(wù)需要，對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行模擬仿真預(yù)演；預(yù)案方面，結(jié)合決策會(huì)商業(yè)務(wù)需求，開展水量調(diào)度方案滾動(dòng)調(diào)整，制定官廳水庫水量調(diào)度運(yùn)行方案和應(yīng)急調(diào)度預(yù)案。

5.3.3工程安全智能分析預(yù)警

整合現(xiàn)有的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建設(shè)工程安全智能分析預(yù)警子系統(tǒng)。包括綜合信息展示、安全分析預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)警展示發(fā)布、巡查信息展示。

5.3.4庫區(qū)綜合管理

整合北京市水務(wù)局下發(fā)的庫區(qū)巡查管理軟件，形成庫區(qū)、壩區(qū)、辦公區(qū)以及濕地管理于一體的庫區(qū)綜合管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)庫區(qū)管理標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、網(wǎng)格化、精細(xì)化。

5.4 網(wǎng)絡(luò)安全體系

按照關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全保護(hù)有關(guān)法規(guī)、水利網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)相關(guān)規(guī)范要求。完善網(wǎng)絡(luò)安全體系，強(qiáng)化安全防護(hù)和管理，統(tǒng)籌考慮物理和環(huán)境安全、網(wǎng)絡(luò)與通信安全、設(shè)備與計(jì)算安全、應(yīng)用與數(shù)據(jù)安全、安全管理平臺(tái)、安全管理制度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全體系的自主可控，重點(diǎn)保障關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全。

6 結(jié)語

本文詳細(xì)分析了官廳水庫信息化建設(shè)的現(xiàn)狀及差距，對(duì)照數(shù)字孿生工程建設(shè)技術(shù)要求，按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的要求，提出數(shù)字孿生官廳水庫總體建設(shè)思路和方案，為實(shí)現(xiàn)水利工程日常管理標(biāo)準(zhǔn)化、安全管理精細(xì)化、調(diào)度管理科學(xué)化奠定了基礎(chǔ)，為新階段官廳水庫高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐和強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)，也為數(shù)字孿生工程建設(shè)探索了新的模式。