Page 201 - 测绘科学技术理论及实践应用研究

第七章 水利工程中数字孪生技术的相关思考

会造成在引水工况下倒流、水文变潮时操作不及时等意外状况，轻则需要多次操
作修正闸门开高来满足流量要求，重则会发生安全事故。现在则可以使用数字孪
生技术建立一套虚拟系统，用机器完成技术人员的工作，实现物理实体、空间建

模、历史数据、水利流程等要素的数字化模拟。孪生系统可基于三维地理信息系
统打造，不仅可实现系统范围内配电柜、PLC 柜、闸门、清污机、网络等设备的
电气参数量、设备状态量、视频等实时数据的信息调阅，同时生成主接线图、闸
门平面示意图、水位报表、操作报表、报警报表、操作审批单、设备台帐等各类

管理信息。最重要的是可根据水位、水文、气象物理要素综合考虑，将水利治理
管理活动全过程映射至同步仿真，根据实时工况生成水情智能分析，实现调度方
案智能推荐。在满足现场条件的情况下，可直接发送命令，实现无人值班、少人

值守。在维修养护方面，除了可以不间断监控设备数据，出现故障及时报警外，
输入一定周期的运行维护历史数据后还可以提前预测故障，提醒技术人员提前更
换设备或进行保养，减少意外状况的发生从而减少损失。针对水利流域性项目，
则以上述基层闸站为单元，水利知识为驱动，通过平台绘制全流域孪生体，实时
接入全要素数据，形成一套覆盖全流域的监测感知体系，实现流域及工程全生命

周期可视化及水利系统可控可预测，最终增强洪涝灾害风险应对管理能力，全面
发挥水利工程防洪减灾效益。

四、数字孪生水利工程安全监测系统构建

（一）系统逻辑与功能架构
结合数字孪生技术，通过数据感知、处理、分析和可视化，完成工程安全监
测智能化管理。数据感知：通过“空天地内”监测网络体系，实现工程状态的全
方位感知。“空”指采用北斗、GNSS、星载 SAR 等技术对大范围滑坡体以及边

坡等进行高频高精度监测；“天”指采用无人机贴近摄影等技术对工程部位进行
无接触、全覆盖拍摄与隐患识别；“地”指采用地基雷达、激光雷达等技术对工
程重点部分变形进行毫米级实时监测；“内”指采用阵列式位移计等新型传感器

以及巡检机器人等新技术对工程内部进行全方位监测。数据处理：对采集到的多
源异构数据进行整理分类检验融合，并通过阈值方法、人工智能方法等进行异常
值处理，对缺失数据采用线性插值、三次样条等插值方法进行补缺；同时结合地
形地貌、BIM 模型等基础数据组建工程数字底板，并以此为基础构建工程数字孪

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