通过智慧水利水电工程案例可直观地查看大坝主体数个泄洪闸门实时的启闭状态，辅以气象信息、水位信息数据显示，帮助集控中心的人员在汛期及时作出决策。
水力发电的基本原理是利用水位落差 ，配合水轮发电机产生电力。将水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，从而得到电力。
水力发电系统主要由压力引水管、水轮机、发电机和尾水管等组成。河川的水经由拦水设施攫取后，经过压力隧道、压力钢管等水路设施送至电厂。利用三维组态还原电力生产过程，监控机组运行状态，提高发电效率。
Ⅰ水力势能到机械能的转变
江水水位在坝前升高形成落差，积蓄了水力势能。当机组准备发电时，对机组尾水管、引水压力钢管和蜗壳进行充水平压，提起机组下游尾水管闸门和上游闸门。
开机后，调速系统操作导水机构开启活动导叶，蜗壳内的高压水流经其内侧均匀排列的固定和活动导叶形成一定环面后，均匀可控地进入水轮机转轮，连续的带压水流从转轮叶片外缘整周径向流入，从转轮出口轴向流出，水力反作用于转轮叶片，使转轮产生旋转力矩并带动转轮旋转，水力势能转变为机械能。在可视化系统内接入了单个机组的转速、导叶开度等数据。
利用渲染还原该过程的每个步骤，可用于新员工的培训和安全讲解。
Ⅱ机械能到电能的转变
水轮机转轮带动机组大轴旋转，并将扭矩传递给与其同轴的发电机转子，转子通过励磁形成的磁场，在定子绕组中作同步旋转，发电机定子在交变磁场的作用下，在绕组中产生感应电势，由此完成了从机械能到电能的转换。
水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。将传感器数据上传可视化系统可判断工艺流程的合理性，发现阻碍电能转变的因素时及时修正，提高电能输出率。
Ⅲ初级电能到合格电能
通过接线端子引出，将导线连成闭合回路，回路中产生电流与电压，经过发电机出口母线，电流进入升压变压器，在这里电压被升至 500kV，然后进入六氟化硫气体绝缘开关站（GIS），连接输电线路进入电网，从而完成水轮发电机组的电力生产到输送的最后一个环节。
三维组态还原了水力资源从势能转变为电能的过程，一方面可以给学员提供仿真教学示例，另一方面可以向外界普及水力发电知识。融合数字建模、数字孪生、仿真模拟等技术，轻松构建低代码、零代码物联网 IoT 平台，辅助水利水电工程实现智慧化管理。
不仅是 3D 上的效果展现，支持绘制二维组态。可视化技术采用 B/S 架构，通过对传统二维的发电工艺组态图进行重构设计，对接测点数据实现 Web 化跨平台多端访问，无论是 PC、PAD 或是智能手机打开浏览器，即可随时访问监控场景。
将大屏组态集成至 B/S 端，与其他主流前端框架如 Angular、React 和 Vue 等无缝融合，打破了以往用户在控制室内控制场景的局限性。
二维组态基于 SCADA 系统，将图纸进一步美化升级。以平面图的形式展示了坝顶高程、大坝门机、主变压器、大坝库区、引水钢管、500kV 出线架、主厂房行车、发电机、水轮机在水力发电的过程中运行的先后顺序，并模拟水力势能—机械能—电能的转变，再通过 500kV 线路输送到 500kV 变电站的过程。
水库中水能转化为电能的多少与压力引水管管口处作用力大小密切相关。水库水量、水库水位、压力引水管倾斜角度等影响引水管管口作用力的因素直接影响着水能到电能的转换效率。
以蓝色的深浅代表水流的速度，以动态的点状线路模拟输电过程，整个过程清晰明了，一张图掌握水力发电站运行态势。高效协调水库和水机电系统之间以及水机电系统各部分之间的运行问题，提高发电效率。
平面图、塑料静态模型或者到水电站实地参观都无法使人直观、简单、全面、系统的了解水轮机内、外部结构组成以及工作原理。
“水轮机仿真拆解”通过三维仿真动画全方位表现，不仅给人以身临其境的感受，还能不受时间、地域的限制，系统、全面的了解水轮机各部件组成及动作原理。Hightopo数字孪生水轮机拆解过程，实现了在数字世界对物理实体状态和运行的全面精准呈现。场景中设备零件，浮现相应的属性信息，准确掌握设备内部业务流程、行为逻辑、状态变化等。
进入主厂房后，支持以第一人称视角自由漫游（W A S D 方向键结合鼠标操作），可查看发电机详细运行参数、摄像头监控画面等信息。
支持绘制并保存常用巡检路线，每次进入后按照固定路线自动漫游，满足个性化的巡检需求。通过巡检模拟人或者巡检车巡检的过程，经过设备时可以停留查看设备信息。
将 GIS 创新融入可视化中，为可视化赋予更强大的地理智慧。支持接入多源异构数据，标注各个水电站位置信息，即时还原高精度真实现场。
采集江河流域范围内的 DOM（数字正射影像）和 DEM（数字高程模型）数据，以真实的城市河道现状信息和周边景物信息为依据，对河道、河底的三维空间数据进行三维几何建模；然后叠加精细建模的水电站模型，并进行渲染优化；最后采用显示列表、纹理优先级、细节层级模型（LOD）等渲染技术，实现三维河流实时逼真的虚拟场景显示，并提供丰富的人机交互手段。
通过可视化建立整条流域的虚拟漫游，远景和近景背景区别设置，添加了水雾、大气、云层等环境效果，让场景更真实、灵动。漫游将客观真实存在的场景通过浏览器以虚拟漫游形式达到异地浏览的目的，用户足不出户即可游历景物景点和建筑物内部场景。
一、政策环境：
2021年12月23日水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议，水利部部长李国英提出：“数字孪生流域是以物理流域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理全过程的数字化映射、智能化模拟，实现与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化”，同时强调以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，以算据、算法、算力建设为支撑，加快推进数字孪生流域建设，实现预报、预警、预演、预案功能。
二、水利信息化现状
①透彻感知能力不足：
水利感知的覆盖范围和要素不全，对于水文信息、环境信息、工程信息等方面的监测能力已经不能满足现有业务发展和管理需要，虽然现在能够通过地面、水上、航空、航天等技术与设备进行信息采集工作，但整体智能化水平仍处于相对较低的程度。对于将要建设的数字孪生流域体系要求仍有较大的距离，物联网技术与设备也没有得到充分的利用，且通信基础能力较为薄弱，在网络带宽、应急措施方面均有不足。
②信息基础设施“算力”欠缺：
现有水利业务网中，仅有6个省（自治区）的水利业务网能够通达到乡镇级水利单位，对于工程管理单位来说联通率更低，严重阻碍了水利业务应用“三级部署、多级应用”的发展原则。骨干网络不能满足现有数据传输、服务调用的需要。面对现在越来越多的影像、图像等数据的快速增长，缺乏大数据处理、云计算与数据存储能力。
③信息资源开发利用有待提升：
水利内部信息系统缺乏整合，导致现有水利设施基础信息不全、准确性不高、基础数据不统一、对象代码不统一、数据标准不统一等问题，各类业务和各级部门间存在数据“重采、重存”的现象。同时对所需要的如地质信息等联系紧密的外部信息缺乏共享，联动不足。
④业务应用智能化水平差距较大：
现有水利信息系统中的水利工程、水资源开发、水灾旱灾防御、水土保持等业务均存在业务与信息技术融合不深入，智能化水平不足，对于5G、AI、大数据、物联网等新兴技术未能充分应用，最终导致信息系统对业务发展支撑能力薄弱的问题。
三、水利数字孪生，实现物理空间数字化映射与智慧化模拟：
广东地空智能科技有限公司协同水利专业机构，在智慧水利领域进行了相关的钻研和实践，通过感知层抓取实时监测数据，基于全数字测量、大数据、云计算、地理信息、三维虚拟模型、人工智能、区块链等十余项高新技术，整合水利各项基础数据，以水利时空数据为重点研究对象，聚焦于水利数据的管理、展示与分析，对水利空间进行精细、全面、动态的模拟，构建水利业务横向共享、纵向联动，以此实现各级水利部门间信息联通，真正打通涉水信息孤岛，打破涉水业务分割，为管理者进行安全分析评估、工程运维管理、防汛调度管理、综合展示等提供可视化的便捷支持。数字孪生水利信息化监管平台集成数字孪生流域管理系统、数字孪生模拟仿真系统和数字孪生知识服务系统三大系统，融合与汇聚了多源数据，建立全时空、多维度、多粒度的水利全时空资源池，实现水利数据资产的一体化管理；一方面升级与拓展水利一张图，建设基础数据统一、 监测数据汇集、 二三维一体化、三级协同贯通的数字底板，提供水利场景的高保真、高稳定、高质量模拟仿真；另一方面集成耦合多维多时空尺度的水利专业模型和AI智能模型，提供集分析-模拟-表达-决策于一体的“四预”能力，为“2+N”业务提供智慧化服务。
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数字孪生水利信息化监管平台聚焦数字孪生，以物理流域为单元，以水利时空数据为底座，以流域数据集成和可视化、水利模拟仿真为核心，以水利知识为驱动，运用物联网、大数据、人工智能、虚拟仿真等技术，实现物理空间内全域、全要素、全过程的数字化映射与智慧化模拟，支撑水利精准化决策。
四、整合数据，搭建数字孪生水利大数据中心
基于水利行业相关的数据标准与规范，梳理水利数据资源目录，接入并整合多时空、多粒度、多维度水利数据，包括基础地理空间数据、业务管理数据、监测感知数据、跨行业共享数据等，经标准化处理，形成数字孪生水利大数据中心，为用户提供统一标准的数据服务。
五、分类入库，形成水利时空大数据全景图：
分类融合与汇聚多时空、多粒度、多维度水利数据，构建标准一致的水利数据资源池，形成水利时空大数据全景图，为用户提供全方位、多时空、多粒度的全时空数据资源服务。
子系统一：数字孪生流域管理系统：
数字孪生流域管理系统是数字孪生水利信息化监管平台的基础，主要是建设数据底板，为模拟仿真、知识服务提供海量数据支撑。系统构筑统一门户，接入多源水利时空数据，打破数据壁垒，实现数据统一管理；建立物理空间到数字空间的虚拟映射,构建水利时空全景一张图；综合运用物联网、云计算、大数据、人工智能、地理信息等新型信息化技术手段，提供海量数据分析能力，实现对水利空间的精细、全面、动态模拟，为精细化管理提供支撑。
①多源异构数据接入，实现数据统一管理
②“物理-数字”全映射，形成水利资源“一张图”
③软、硬件加持，助力海量数据分析：
子系统二：数字孪生模拟仿真系统
数字孪生模拟仿真系统是数字孪生流域管理系统的升级，主要是提供高保真、低延时、高稳定的三维可视化场景，为提供细化、量化、动态、直观的计算分析提供支撑。系统基于大场景高效率图形可视化技术，借助轻量化+webp+块存储+子域等一系列技术，提升整体加载效率与浏览流畅度，实现多源、多维度、多粒度数据的高保真、高质量空间化表达与仿真建模。
子系统三：数字孪生知识服务系统
数字孪生知识服务系统是数字孪生水利信息化监管平台的核心内容与最终目标，主要是集成耦合多维多时空尺度的数据模型，提供“四预”能力。系统在共享水利部本级、流域管理机构各类计算模型与计算成果的基础上，按需构建水利专业模型、人工智能模型和水利知识模型，形成数字孪生水利模型库，提供工程调度、安全监测、知识挖掘等智慧化服务，实现“预报、预警、预演、预案”功能的综合决策指挥。
①集成水利专业模型，推进水利精准模拟：
聚焦智慧水利与空间智能领域，广东地空智能科技有限公司致力于打造专业的水文-水动力-水质耦合模型，支撑流域、区域的防洪抗旱、水资源水环境的调度管理、智慧城市的防洪排涝与水环境治理、大江大河的水污染应急调度指挥等，推进水利精准化模拟与分析。
②引入AI智能模型，助力水利智慧决策：
利用遥感AI、视频AI等技术，对遥感影像进行自动解译和加工处理，对雨水情、工情、险情、旱情、水土流失、水质水环境、非法采砂、水域岸线占用等实现大尺度的动态监测预警，提升水利安全监测能力。
③建立水利知识模型，支撑水利知识服务：
以模型库、知识库为驱动，快速分析研判，优化完善应急方案，配合人员终端信息交互，为单位内部以及与流域管理机构、水利部的异地多方会商、相关人力、物力资源应急调度指挥等提供支撑。
