数字孪生行业方案白皮书（2024）

前言 随着全球经济的数字化转型，数字孪生技术已成为推动各行各业创新和发展的重要力量。作为一种前沿的技术手段，实现了对实体的实时监控、分析和优化，为决策提供了强有力的数据支持。本白皮书旨在深入探讨数字孪生技术在多个关键行业中的应用，揭示其如何助力行业实现技术革新和服务升级。 数字孪生技术的核心在于数据的集成和分析。通过物联网技术，我们可以收集来自物理世界的海量数据；借助云计算和大数据分析，我们可以对这些数据进行存储、处理和智能分析；而人工智能的运用则进一步提升了数据分析的准确性和预测能力。这些技术的融合，使得数字孪生不仅能够反映实体的当前状态，还能够预测未来的变化趋势，为各类决策提供科学依据。 在水利领域，数字孪生技术的应用实现了对水资源的精准管理和高效调配。通过构建数字孪生水利平台，我们能够实时监测水文气象数据，预测洪水风险，优化水库调度方案，从而有效防范洪涝灾害，保障水资源的合理利用。 在农业领域，数字孪生技术的应用正在改变传统的农业生产模式。通过构建智慧农业解决方案，农业生产者可以实时监测土壤状况、气候变化和作物生长情况，实现精准施肥、灌溉和收割，提高农业生产效率和产品质量，促进农业可持续发展。 在交通领域，数字孪生技术的应用为城市交通管理和智能交通系统带来了新的解决方案。通过构建数字孪生交通平台，我们能够实时监控交通流量和车辆状态，优化交通路线，缓解交通拥堵，提高道路使用效率，确保交通安全。 在教育领域，数字孪生技术的应用为教育资源的管理和优化提供了新的视角。通过构建数字孪生校园，教育机构可以更好地管理校园设施和资源，提供更加个性化和互动的学习体验，提升教育质量和管理效率。 在工业制造领域，数字孪生技术的应用正在推动制造业向智能制造转型。通过构建数字孪生工厂，制造企业可以实时监控生产线状态，预测设备故障，优化生产计划，提高生产效率和产品质量，降低生产成本。 在港口运营领域，数字孪生技术的应用提升了港口的运营效率和服务水平。通过构建数字孪生港口，港口管理者可以实时监控港口作业状态，优化货物流转，提高港口的吞吐能力和服务质量。 本白皮书将详细介绍数字孪生技术在上述领域的应用方案，包括方案的技术架构、服务模式、实施步骤和预期效果。我们将展示数字孪生技术如何与行业需求深度融合，如何通过技术创新和服务升级，推动行业实现数字化转型和智能化升级。我们相信，数字孪生技术将为各行各业带来深远的影响，开启一个更加智能、高效和可持续的未来。 ——————————聚焦八大行业覆盖九类场景方案———————— — 1 2 1方案背景 数字孪生水利工程应用建设旨在利用数字化、网络化、智能化技术，以数字孪生流域为核心，建立具有全要素、全过程数字映射和智能模拟能力的水利系统。通过物理流域与数字孪生流域的动态交互，实现对物理流域的实时监控、问题发现和优化调度。数字孪生水利工程是数字孪生水利的重要组成部分，以物理流域为单元、多维时空数据为底板、水利模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程进行数字化映射、智能化模拟，支撑实现流域防洪、水资源管理与调配“四预”以及N项水利智能业务应用，实现对水利工程的全要素仿真和优化决策。 2能力架构 易知微基于EasyV数字孪生可视化平台、EasyTwin数字孪生仿真渲染引擎和EasyVforUnreal数字孪生游戏引擎驱动器为核心，接入数字孪生水利底层GIS与BIM数据、业务运行与物联感知数据、模拟仿真与算法数据，依托数字孪生建模与场景渲染能力，打造B/S与C/S双模式驱动的数字孪生水利应用，覆盖宏观数字孪生流域、中观工程枢纽区和微观水利工程设备三大应用场景，具体包括流域防洪“四预”、水资源管理与调配、水利工程安全分析预警、河湖长制及河湖管理、防洪兴利调度、库区巡查等。 3方案架构 3.1数据底板建设 在数字孪生水利解决方案中，数据底板的建设是关键一步。宏观尺度上，需要关注整个流域的全局信息，以“水利一张图”为基础，包括矢量地图数据、卫星遥感影像地图和DEM高程地图数据等。中观尺度上，主要关注重点水利工程所在的某一河段或库区的信息，包括卫星遥感影像图、精细化手工模型数据、倾斜摄影模型数据和高精度DEM数据等。微观尺度上，关注具体的水利工程和设备层面，如水利物联网设备和水库大坝，通过GIS、BIM和物联网技术，实现设备 模型的建立和细节展示。 数字孪生水利数据底板宏观尺度 数字孪生水利数据底板中观尺度 数字孪生水利数据底板微观尺度 3.2感知体系构建 数字孪生水利工程的感知体系是实现对工程安全状态监控和预警的重要手段。感知体系主要包括变形监测、渗流监测、应力应变及温度监测、环境量监测以及其他专项监测内容。通过物联网技术和传感器设备，实时获取工程监测数据，并将数据汇聚到数字孪生平台的数据底板中，以便实时分析和处理。 某数字孪生水利工程监测感知体系水准监测 某数字孪生水利工程监测感知体系垂线监测 3.3数字孪生模型构建 数字孪生水利解决方案的核心是建立精确的数字孪生模型。该模型应包括整个水利系统的结构、水文水资源、水动力学过程以及相关的工程设备和监测数据，通过物理模型和数值模拟相结合的方法，将现实世界的水利系统映射到数字孪生平台中，实现对实际工程的全要素仿真和模拟，该数字孪生模型能够准确预测水利工程在不同工况下的响应和性能，并提供实时的决策支持。 3.4智能决策与优化 数字孪生水利解决方案应用智能决策和优化算法，通过对数字孪生模型的数据进行分析和处理，实现智能优化和调度。例如，基于数字孪生模型的预测结果，可以制定合理的水资源调度方案，实现多目标的水资源利用和水质控制。同时，通过智能算法的支持，可以对水利工程的运行参数进行优化，提高水利工程的效率和可靠性。 4应用场景 4.1工程安全分析与预警 数字孪生水利解决方案可以实时监测水利工程的结构变形、渗流情况以及环境参数，及时发现工程安全隐患并进行预警，通过数字孪生模型的仿真和模拟，可以预测工程在不同情况下的响应和行为，为安全管理提供科学依据。 4.2水资源调度与管理 数字孪生水利解决方案可以对水资源进行智能化调度和管理。通过数字孪生模型的预测和优化，可以制定合理的水资源调度策略，提高水资源的利用效率和水质的控制效果。 4.3灾害风险评估与应对 数字孪生水利解决方案可以用于灾害风险评估和应对措施的制定。通过数字孪生模型的仿真和模拟，可以评估不同灾害情景下的风险程度，并制定相应的应对措施，提高抗灾能力和应急响应能力。 4.4水利工程生产运营管理 数字孪生水利解决方案可以为水利工程的运维和维护提供支持。通过数字孪生模型的实时监测和预测，可以帮助工程人员及时发现设备故障或异常情况，并采取相应的维修和保养措施，提高水利工程的可靠性和可持续性。 4.5防洪兴利调度 数字孪生水利的实时化感知、精细化预报和精准化推演为防洪调度提供了重要的技术支撑，在面对洪水威胁时，通过科学合理的调度措施，同时确保下游地区的安全和水资源的充分利用，实现防洪兴利“四预”的基本目标。使用高效并行 计算的一二维洪水演进模型，能够快速模拟水库淹没情况和下游河道洪水演进过 程，即时开展洪水调度多方案推演与比选。 5建设价值 通过建立数字孪生防洪兴利调度决策支持系统，结合物理模型、算法模型和实时监测数据，实现对水库、河道和下游地区的洪水演进过程的实时模拟和预测，可以帮助决策者更好地理解洪水的发展趋势和影响，制定合理的调度方案。 随着技术的不断进步和应用的深入推进，数字孪生水利解决方案将在水利行业发挥越来越重要的作用，成为未来水利行业智能化发展的重要支撑。数字孪生水利解决方案是推动水利工程向智慧化和可持续发展的重要驱动力，通过构建精确的数字孪生模型、应用智能决策和优化算法，实现对水利工程的全要素仿真和优化，可以提高工程的安全性、效率性和可持续性。 12 1方案背景 数字孪生技术的发展为我们提供了一个更加全面和智能化的可视化防汛应急解决方案。解决方案立足预报、预警、预演、预案“四预”措施，通过各类在线监测设备实时感知城市供排水系统的运行状态，采用可视化的方式有机整合水务管理部门与供排水设施，形成“防涝物联网”，并可将海量数据信息进行及时分析与处理，做出相应的处理结果辅助决策建议，可以实现对城市排水的实时监测、内涝预防以及灾害智能化管理。同时可视化防汛应急解决方案支持与交接班管理、生产管理、自控系统、安放管理等系统进行数据交换，为管理人员提供综合的数据，更有利于加强管理人员对水务防汛管理的全方位监督管控。接下来将深入探讨易知微数字孪生防汛应急解决方案以及它对防汛管理的重要影响。 2能力架构 易知微基于EasyV数字孪生可视化平台、EasyTwin数字孪生仿真渲染引擎、DTable低代码数据协作平台和EasyVforUnreal数字孪生游戏引擎驱动器为核心，接入GIS与BIM数据、业务运行与物联感知数据等数据，建设水文气象监测、水情监测、淹没分析、防讯调度、预警监测等应用场景。 3方案架构 数字孪生可视化作为新型技术手段在防汛减灾中发挥着重要作用。数字孪生可视化实现城市、流域的实景三维建模，将物理世界中的事物通过数据映射，实现物理世界与虚拟世界的融合，提供虚拟现实场景和运行环境。对城市、流域进行多精度、全要素、全流程、全周期的数字孪生可视化展示，应用于多尺度、多场景的防汛业务应用，如防汛应急管理、城市内涝治理等。 该方案基于孪生数据底座，融合矢量地图、卫星遥感影像图、DEM高程地 图、数字孪生模型、IoT物联网传感器等，实现对防汛应急工作的信息采集、处理、存储、管理、分析与展示。满足实时数据监测需求，实现多源数据的智能关联分析，为决策研判提供全面、客观的数据支持和依据。 4应用场景 4.1防汛应急预案 易知微数字孪生可视化防汛应急解决方案可以通过四大方面：预警监测下的降雨感知、视频监测，应急响应中的多部门协作处置，指挥调度中对转运车辆、应急物资、三方调度平台的运营，以及防汛抢险中泵站、泵车、临时供电设备的管理，实现指挥部门对抗洪防汛工作的调度和指挥。在系统中，防汛指挥部门可以根据洪水的情况，快速制定应急方案，并将其下达到各个执行单位。 4.2城市水循环管控 易知微数字孪生可视化防汛应急解决方案针对城市水循环问题，从排水和蓄水两大方向出发进行规划管控，有效避免城市内涝问题。在排水上，通过可视化技术，直观地展示城市排水系统中水资源的流向和利用过程，帮助决策者更好地了解城市排水系统的状况和存在的问题，从而采取相应的措施来改进城市排水系统的运行效率，避免水资源的浪费和污染。在蓄水上，重视城市中的雨水收集和处理系统。通过图表展示雨洪径水循环比例、近7年降雨量的变化趋势以及处理 过程，帮助决策者更好地评估和规划城市雨水资源的利用和管理策略，以提高水资源的利用效率和环境保护水平。 4.3河道水位信息监测 易知微数字孪生可视化防汛应急解决方案主要涵盖水资源数据，在全国范围内，通过传感器对不同地区降雨量、平均降雨量、实时降雨量、实时水情、重点河道实时水位变化等相关指标，进行实时采集。进而推演出松花江、珠江等重点河道的水位变化数据，为防汛工程的设计和施工提供可靠参考，确保工程的安全和可持续发展。 4.4台风规模走向模拟 易知微数字孪生可视化防汛应急解决方案首先能够结合气象观测数据、卫星图像、风速测量等数据，推断出台风的位置、强度、风速、风向等关键信息，对台风规模走向做出研究及预测。其次支持台风路径图的绘制展现，可以清晰地展示台风的移动轨迹和预测路径，让人们更加直观地感受到台风的规模变化和路径走向。最后在地图可视化的基础上，将台风的位置与周围地理环境相结合，更好地展示台风对于不同地区的影响范围。因此，台风规模走向模拟不仅仅有助于公众了解台风的情况，并且能够帮助科研人员通过可视化结果，探索台风的规律和趋势，为台风预测和防汛抗灾措施提供科学依据。同时相关部门可以根据可视化结果，提前做好防灾减灾的准备工