数字孪生水网建设需求

数字孪生水网建设需求一、项目背景按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的总体要求，以及2024年对数字孪生水利提出新要求、新任务。以数字孪生水利建设为主线，结合工程信息化、数字化基础条件，聚焦水灾害防御和水资源管理两个重点领域，以“数字化场景、智慧化模拟、精准化决策”为路径，打造具有特色的某河网地区数字孪生水网综合样板。二、建设内容清单序号采购内容单位数量1数字孪生平台1.1数据底板套11.2模型平台套11.3知识平台套12业务应用2.1杭嘉湖某水网总览套12.2全域孪生一张图套12.3全域水灾害防御套12.4全域水资源保障套12.5试点区域孪生一张图套12.6试点区域防洪调度套13县区感知接入项14系统集成整合项15国产化部署建设项16通过安全等保测评项17商用密码应用与安全评估项1三、建设系统技术要求（一）数字孪生平台1、数据底板构建数据底板需要在市水利部门可以流畅的访问。（1）数据模型构建1）L1级数据底板基于市时空大数据平台最新的地理信息的数据构建太湖流域杭嘉湖某范围L1级底板，其中DEM格网大小优于30米；DOM分辨率优于1米；更新频率不少于1次/年；在线服务不少于4次/年。并在L1级数据底板上，接入各类水利对象的主要属性、空间数据、监测数据、业务管理数据和跨行业共享数据。2）L2级数据底板基于市时空大数据平台最新的地理信息的数据搭建L2级底板，范围是海盐塘及周边区域766.8平方公里范围的实景三维倾斜模型，其中DEM格网大小优于12.5米；对流域防洪等重要业务重点关注区的倾斜摄影影像优于5厘米；构建海盐塘干河沿线水下地形模型。并在L2级数据底板上，接入各类水利对象的主要属性和空间数据，汇集市级水利对象监测数据，接入省级水利对象监测数据、业务管理数据和跨行业共享数据。3）L3级数据底板采用卫星遥感、无人机倾斜摄影、激光雷达扫描建模、BIM等技术，对枢纽工程保护范围及上下游河道延伸1千米开展L3级底板建设。其中工程管理和保护范围DEM格网大小优于12.5米、DOM分辨率优于1米、倾斜摄影分辨率优于8厘米，工程水工建（构）筑物DEM格网大小优于12.5米、倾斜摄影分辨率优于3厘米。BIM建模，建模精度满足LOD300的要求，接入各类水利对象的主要属性、空间数据、监测数据、业务管理数据和跨行业共享数据。可视化模型构建根据“四预”场景动态模拟的需求，开发孪生场景可视化模型库，包括天气、光照、流场动态、水利工程仿真运行、水体动态渲染、洪水演进、淹没展示、二三维数据融合展示等，支撑“预报、预警、预演、预案”过程场景的呈现。数字孪生模拟仿真引擎孪生引擎是对数字模拟仿真基础算法、图形实时渲染、物理驱动模拟、效果特效、空间计算等进行抽象和封装。包括了一系列的工具链，模型轻量化和规范化工具，场景效果调试工具，BIM数据加载工具等。水利要素融合对水利基础数据、动态监测数据、业务管理、水网规划、跨行业共享数据等数据开展数据资源统一汇集，并与底板进行融合展示。数据资源管理实现全域跨部门、跨区域、跨层级数据归集，并对数据中断、异常等问题自动发现，及时处理。将各类水利对象的主要属性空间数据、监测数据、业务管理数据和跨行业共享数据全面汇集到水利数据仓，实现全域数据归集。在此基础上整编市已有水利数据资源，进行数源划分，确定数源责任，编制数据资源目录，完善市级水利数据仓，并将分散的存量数据和增量数据录入水利数据仓，依托业务云平台的共享功能，实现跨区域、跨层级、跨部门数据共享交换。完善数据汇集与支撑平台，对试点区域内市、海盐、南湖、秀洲、桐乡的水位、水量、泵闸、视频等直接采集的信息进行接收、处理和存储，将城防工程、南台头枢纽闸泵自动化站点监控数据接入，将海盐塘沿线具备条件的圩区工程工情、圩内外水位及视频监视信息进行统一接入，实现跨部门、跨区域的数据融合共享。主要功能包括数据接收、数据处理、共享交换、性能监视、数据中断异常等问题自动识别告警等。底座支撑管理平台实现底板的数据资源的目录管理、服务管理。提供图层目录查询、专题图表展示、底座资源搜索、数据资源分类统计等功能模块。2、模型平台建设完善水利专业模型平台，建设模型超市。在已有模型基础上针对试点区域进行细化完善，对试点区域的河网水系、圩区工程、城市下垫面、地形、圩区闸泵调度规则等资料进行更新，提升在试点区域的预报调度分析能力，支撑市县两级水利工程联排联调的计算模拟分析。同时，模型可支持至少10个用户的同时计算。补充完善市城市防洪工程、海盐塘左右岸31个圩区的排涝泵站点位、规模，对接工程实时运行状态，结合DEM高程信息，更新区域下垫面资料，提升降雨产汇流模型、水动力模型的模拟分析精度。构建市城市防洪工程、31个圩区圩内外的地表二维洪水淹没分析模型，结合DEM高程信息，更新区域下垫面资料，支撑洪水在二维地表上的淹没演进分析。具体工作要求包括：模型基础资料更新在一期已有模型资料基础上，实现试点区域范围模型基础资料的细化，包括水文资料、地名、水文测站、河道、水利工程、区域土地利用（分水面、城市、水田与旱地等类型）、水利工程工况等基础资料的更新、整理与管理，同时完善模型边界条件。完善试点区域洪水调度模型根据地区河网特性，重点对试点区域水文水动力模型，水利工程调度支持模块、圩区模拟预报模块。对试点区域范围内河道水系、圩区、水利工程等进行细化，加密概化试点范围内圩外骨干河道、圩内面宽10米以上河道，试点范围内市城市防洪工程，对涉及的圩区工程，概化河道与湖泊之间采用节点或堰闸联系进行连接和模型要素构建。对试点区域水文水动力模型完善，包括圩区调度规则配置、圩区调度影响分析、防汛调度支撑、模块耦合集成等。完善试点区域洪水风险分析模型构建市城市防洪工程和31个圩区圩内外的地表二维洪水风险分析模型，支撑洪水在二维地表上的淹没演进分析。主要工作内容包括：建立二维网格剖分及地面淹没模型、构建圩区快速风险评估算法、模型耦合集成。（4）模型率定验证收集市近30年来的典型实测降雨、水位、水利工程运行等资料开展模型的率定验证。（5）模型服务集成实现试点区域模型服务的部署集成，实现河网一维与湖泊零维间的耦合、河网一维与地表二维的耦合、水文模型与水动力模型的耦合，采用全隐耦合方式进行，保证杭嘉湖某大模型与试点区域模型计算的稳定性与计算精度，形成杭嘉湖整个区域内的水体运动过程的模拟；开发试点范围增量对象的预报服务接口。（6）模型平台可视化展示平台建设数字水网模型平台可视化展示平台，管理并展示模型采用的算据、算法原理、率定验证成果、当前运行状态等。实现下垫面资料的管理、更新和发布，可动态修改水域、水田、旱地等下垫面情况，并同步更新至模型运行平台中，同时可以发布下垫面图层并进行打印的操作。以场景化手段直观展现大脑能力和服务内容，实现模型平台“组成要素可视化、工作内容可视化、智慧能力可视化”。3、知识平台建设对涉水数据完成的数据汇集、数据清洗、数据整理等，通过对空间地理数据、水利对象基础数据、监测数据、业务管理数据、水利业务数据等各类结构化数据、非结构化数据以及半结构化数据进行知识融合，建设包括调度方案库、业务规则库、历史场景库、工程安全库、业务规律库、专家经验库等知识库；以数据标签化的方式通过筛选定位指定的数据集，以关联图的形式展现相关联的数据标签及数据集，构建知识图谱；开发知识平台应用，实现与模型平台的耦合，具备智能搜索、防汛会商知识问答、模型成果的交互、基于知识图谱的水工程调度建议等功能。（二）业务应用1、全域业务应用（1）杭嘉湖某水网总览基于全域L1级底板，全面反映某河网水系、排水网络、引排格局、骨干工程、圩区分布，叠加流域的降雨和水位监测信息，全面反映某整体防洪、水资源的态势。全域孪生一张图在孪生场景中介绍全域概况，包括全域面积、河道数量、水面率、水利特征等基本信息；在底板上融合全域代表站水情、雨情、流量、视频、骨干工程工情等实时监测信息；梳理水系规划成果，对物理水网的三项规划进行资料收集和整理上图，包括行洪航运网、水资源配置网、清水生态网。开发管理模块，可对一张图数据进行更新维护，统计分析，导出等。（3）全域水灾害防御应用深度整合一期已有全域水灾害防御一体化功能模块。通过功能界面融合、服务调用、数据融合共享等方式实现对全域水灾害应用的整合应用，以概化图、水位图、风险图、风险清单报表、方案对比等多维度呈现分析结果，应用的界面风格保持一致。全域水资源保障应用全面汇集在资源取、供、用、耗、排全业务链的基础数据、监测数据和统计分析数据，构建水资源总体态势、水资源节约、水资源配置、水资源保护、水资源管理等功能模块。掌握水资源态势、明晰水资源管理工作的薄弱环节。构建取水态势分析场景，全面汇集水源地取水量、水质信息，获取河道取水，市域外引水等数据，预报分析用水趋势，预警供水量和水源地水质等。试点区域孪生应用试点区域孪生应用的功能，在二维场景下与全域水灾害防御应用进行融合，实现调用功能模块，呈现成果等。（1）试点区域孪生一张图叠加河湖水系、圩区、水利工程等基础图层信息，实况反映城防包围内水位、圩区水位、圩区工情、网格降雨、圩区视频等信息，基于L1、L2、L3级数字孪生底板，构建面向试点区域精细化场景表达，包括城防大包围、骨干河道、一级圩区、南排工程的三维数字化映射场景。（2）试点区域水工程联合调度1）预报在数据底板上，实现区域降雨预报、区域水情预报、圩区圩内水位预报、海盐塘干河沿线水位预报。实现预报方案配置和方案管理功能。2）预警实现试点区域水位、圩区堤防、圩区内外水位、海盐塘干河堤防、城市淹涝风险等对象的预警，并通过孪生场景实现点、线、面的预警可视化效果展示；结合基层防汛防台体系和易涝风险区人员分布情况，实现市县镇三级点对点风险预警通知。3）预演实现在数据底板上的预演，利用模型平台，模拟城防工程、圩区工程、海盐塘沿线、南台头枢纽在多种组合运用下洪水演进过程、水位变化过程、洪峰到达时间及圩内外风险情况、淹没分析情况等，对调度方案的效果进行对比分析，实现历史典型洪水反演、实况预演、基于孪生场景的多级预演、预演方案配置、预演方案管理等功能。4）预案依据调度方案对比分析成果，实现多方案调度成效速览，对调度效益进行对比分析，形成城防工程、圩区工程、南排工程的调度推荐方案，下发工程调度通知单和工程调度建议单和风险管控措施，指导工程精准调度运行，并对风险及救援进行动态跟踪和闭环管控。（三）信息基础设施1、圩区感知数据接入将城防工程、南台头枢纽、长山河枢纽、盐官枢纽、独山枢纽闸泵自动化站点监控数据接入；针对区县同步建设的圩区采集系统、工情原始库进行调研；与县区原感知系统建设单位进行技术调研与协调，对系统调用接口进行定制开发；对接已有采集系统原始库进行数据抽取同步，进一步扩大试点范围内水利工程运行感知范围。对接入的数据中断、异常等问题自动发现，及时告警提示并处理。2、运行服务环境租用本项目新建的应用系统部署在市业务云（信创区），用户终端和操作系统均要求采用满足信创要求的产品。（四）系统集成与整合根据需求整合市智慧水利（一期）和市取水实时监测系统等，实现平台和数据的省、市、县贯通。（五）网络安全项目应按照《网络安全法》等法律法规以及安全管理等有关规定，遵循网络安全“同步规划、同步建设、同步使用”原则，完成编制《网络安全设计方案》，依据方案开展电子业务项目建设，落实网络安全等级保护和安全保密分级保护，建立网络安全管理制度，加强网络安全、数据安全和公民个人隐私保护。项目应落实国家密码管理等有关法律法规和标准规范，完成编制《商用密码应用设计方案》，同步规划、同步建设、同步运行密码保障系统。系统部署于业务云（信创区），按照信创及网络安全需要，租用信创云相关安全服务，包括安全日志审计服务、数据库审计服务、web应用防火墙服务、态势感知、国产数据库软件、国产操作系统、国产中间件、国产数据库等软硬件设施。需开展国产密码应用和IPV6规模部署，项目需通过网络安全等级保护测评和商用密码应用安全性评估。（六）共建共享项目产生的应用、数据、组件等非涉密数字资源，纳入一体化数字资源管理系统（IRS），按照有关规定进行统一管理。通过本项目建设，形成可共享服务于相关业务部门的水利基础空间信息、监测信息、业务管理信息、预报预警风险信息。（七）性能指标要求需有专业的信息系统测试团队，开展相关的测试工作，并形成测试报告。1、业务指标要求（1）在市水利部门的电脑上各类人机交互操作、信息查询、图形操作等应实时响应；（2）系统并发数不低于100个，模型并发数不低于10个；（3）在现有网络带宽的基础上，并发访问连接数不超过50个时，普通查询时间不能超过3秒，空间信息查询、模糊查询等时间不超过10秒，模型成果的查询时间不超过30秒钟；（4）容错和自适应性能：对使用人员操作过程中出现的局部错序或可能导致信息丢失的操作能推理纠正或给予正确的操作提示。对于关联信息采用自动套接方式按使用频度为用户预置缺省值；（5）易于维护性：要求系统的数据、业务以及涉及电子地图的维护方便、快捷；（6）用户界面友好，对出现的错误或者异常情况给予提醒，并给出相应的解决提示。2、模型系统（1）控制命令问答响应时间<1s；（2）接受执行命令到执行控制的响应时间<1s；（3）完成典型年水量计算时间≤2min；（4）功能命令响应时间≤1s；（5）模型平台数据加载及输出处理时间≤30s；（6）GIS操作刷新响应时间≤5s（7）具有较强的容错能力，对数据异常，模型逻辑错误有较强的信息提示能力。模型整体运行系统异常发生率≤1%。3、数据资源质量管理（1）数据的采集、存储、应用、交换等应符合国家和行业的相关标准，实现数据采集标准化、应用规范化。（2）在系统上配置可靠的数据备份机制，系统必须采用增量备份和全备份相结合的方式定期备份重要的系统数据，确保在任何情况下均不出现数据丢失，确保系统的可恢复性。备份过程应实现自动化，数据应异机保存，并输出明确的备份结果。（3）每天的备份时间不多于1小时，且不影响数据库正常运行。（4）从备份系统拷贝到数据库里的时间：数据恢复时长不多于1小时。4、系统可扩展及可靠性要求（1）可扩展性：要求系统从规模上、功能上易于扩展和升级，应制定可行的解决方案；（2）适应性：系统在操作方式、运行环境、与其他软件的接口等发生变化时，具有自适应能力；（3）系统应能支持7*24小时服务模式，系统平均失效间隔时间≥10000小时，平均失效恢复时间≤1小时。（八）人员要求 1、投标人需配置1名项目负责人、1名技术负责人、专职驻场项目经理、系统实施人员、数据实施人员、软件测试工程师人员等本项目所需相关人员，人员需拥有专业的技术能力，保障项目完成。2、项目实施期间配置1名专职的驻场项目经理，运维期配置1名专业保障人员。（九）培训服务1、须针对本项目制定全面、详细、可操作性强的技术培训方案，必须有切实可行的质量控制和保障措施。必须承诺中标后将根据采购人技术培训要求对技术培训方案进行优化和调整，否则视同不响应技术培训要求。2、须为所有被培训人员提供培训资料和讲义。3、须选派具有一定实践经验、有能力担任培训工作的专业技术人员负责培训工作。4、培训方式须包括技术讲课、操作示范、参观学习和其他必须的业务指导和技术咨询。5、服务单位应制定一个详细的培训计划，并于培训开始前一个月交给监理工程师和采购人，征求意见，以确保培训工作的顺利进行，达到预期的目的。为保证开发的各应用系统正常运行，围绕做好系统的日常运行维护管理，须根据上述的培训内容和培训要求提供培训方案，方案中应列出建议性的培训计划，相应的培训课程及培训时间。6、至少两名采购人代表经过系统管理培训、数据库管理培训、模型培训和用户操作培训等，熟练掌握才算培训完成，否则算未完成培训。（十）其他要求1、根据采购人提出的要求完成项目成果宣