数字孪生泵闸站运行调度系统需求说明

数字孪生泵闸站运行调度系统需求说明序号名称技术参数及要求数量单位1数字孪生泵闸站运行调度系统（一）总体需求：以省某大中型灌区为研究对象，基于数字底板，直观展示灌区“长藤结瓜”式的水源布局，根据灌区的需水预报、渠系关系网等信息，结合灌区实际的调度规则，集成耦合灌区来水、需水、旱情分析预报信息以及灌区多水源水资源配置、闸站泵调度运用等运行信息以及其他边界条件，设定不同情境下的调度模式（水库调度、提水泵站调度、联合调度等调度模式），通过输配水联合调度模型生成从水源到灌片的最优渠系多目标配水方案，基于三维场景，在仿真环境下模拟推演配水调度方案，通过骨干渠道水位监测、视频伴随、视频巡航等实时跟踪灌溉放水演进过程，放水演进过程伴随视频监控巡航渠道，全方位展示闸门自动控制后的水位抬升、水流沿渠系演进、田间水层升高等孪生动态展示效果。数字孪生泵闸站运行调度系统的数据可进行定期更新。教学仿真系统立足于与监测感知硬件设备的综合使用，数字孪生泵闸站运行调度系统的业务场景，以省的大中型灌区为物理模型，进行仿真演示环境搭建，尽最大可能还原灌区管理单位的灌溉计划制定、灌溉用水供水调度、防汛抗旱闸泵调度等灌溉及调度工作，同时将灌区的整体水源、渠系、闸泵站的布设以地理信息底图、卫星遥感影像图以及倾斜摄影的方式交互呈现，其次将灌区的设备运维、巡检巡查、旱情汛情研判、应急管理等日常工作纳入到教学仿真系统中，最大可能在系统中可了解到灌区的日常灌溉、供水、防汛、抗旱、保障工程安全的工作职责。因此系统的主要功能主要包含灌区运行监管一张图、来水预测、供水分析、计划用水配置、灌溉需水灌水预报、灌区闸泵运行调度、闸泵站调度预演、灌区用水计量、灌区旱情汛情研判分析、灌区日常综合报表、灌区感知监测设备运维管理、灌区巡检巡查、灌区应急管理、系统用户管理。（二）软件功能需求至少包括以下内容：1）灌区运行监管一张图以省某大中型灌区为研究对象，利用灌区运行监管一张图可从时间与空间上对于灌区内的水利基础设施、感知监测情况、预警情况、水资源情况进行了解，了解灌区的水源情况、渠系情况。同时对感知监测设施的基本信息进行动态展示，主要包含水源监测、渠系闸站监测、雨量监测、墒情监测、水质监测、流量监测等1.功能要求：a）需以省水利一张图为地图，主干渠系采用倾斜摄影展示，利用3S技术（地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）），展示灌区内灌溉范围线、渠系建筑物、渠系走向、水源分布等基本信息，渠道、泵站、闸站、河道等工情信息，从而形成包含基础地图、水利专题地图、感知监测信息的灌区一张图，以数字化的形式呈现灌区的整体情况。b）需在灌区一张图基础上，展示灌区的水源监测、渠道水位监测、闸门监测、雨量监测、墒情监测、雨量监测、流量监测、水质监测等动态监测信息，同时集中展示灌区旱情、汛情、气象、工程安全的综合态势的信息。2.技术参数：a）灌区一张图需以GIS数据展示灌区的主干渠系、灌区灌溉水源、灌区的灌片等信息，主干渠系需以不同颜色演示，水源需区分主水源、其他水源，灌片需以水源、渠系灌溉范围分片划分，实现一图清晰查看灌区家底。b）灌区水源监测需展示灌区水源水库等实时水位、汛限水位、可供水量以及蓄水率。支持通过筛选或者搜索的方式查询水利工程。c）水位监测需包含河道、渠道水位信息的查询，支持筛选搜索功能。支持地图与图表互动查询及定位，支持测站的实时水位过程线图以及1天、3天、7天或者自定义时间的历史水位过程线的查询。d）雨量监测需支持查看灌区内气象站和水文站的降雨量情况，在站点查询下，可以通过筛选功能，展示不同时段的累计降雨量情况，点击过程降雨量则展示逐时或者逐日的降雨情况。在空间分析下，则分别对行政区域和灌片进行雨量统计。e）水质监测需支持查看灌区内水质监测站的水质情况，支持测站每隔几小时水质情况以及1天、3天、7天或者自定义时间的历史水质变化情况的查询。f）闸站监测需支持查看灌区水闸启闭等运行情况，可以筛选或者搜索闸门的手电动、行政区域以及闸门功能等。支持单个水闸的闸门实时监控、实时监测、工程特性以及模拟闸门实况图。g）墒情监测需展示灌区农业灌溉区域的土壤含水量监测值，实时、准确反映被监测区域的土壤水分变化。点击墒情测站，展示该墒情测站的基本信息、土壤温度、土壤含水量等历史过程线图。h）安全监测需支持查看工程安全监测信息，可实时、准确反馈工程当前的安全监测信息。i）总览信息需展示当前的汛情状态、旱情状态、工程安全状态运行状态等信息。2）供水分析灌区的可供水量可综合反映灌区水资源条件、设施能力、用水需求以及管理策略，它是灌区水资源管理、灌溉规划、抗旱减灾等工作的重要依据。灌区管理人员年初需根据水源、历年用水情况、水文条件、用水的时空分布情况、水源的可利用程度等因素，对用于满足灌区内农业灌溉、城镇生活、生态的用水需求的总水量进行分析。1.功能要求：a）供水分析需针对灌区主水源、其他水源进行可供水量和蓄水率分析。b）供水分析需实现不同来水频率的逐月可供水量分析，并估算全年可供水量。c）供水分析需根据灌区实际的城镇用水、灌溉、生态，结合历年用水量，对供水量进行分析。2.技术参数：a)支持对灌区不同来水频率的的可供水量的查询分析，支持逐月可供水量的导出。b)支持对灌区主水源、其他水源的实时水位的检测、可供水量分析、蓄水率分析。3）来水预测灌区来水预测是指对未来一段时间内流入或可供灌区使用的水资源总量进行科学估计和推测的过程。通过汇总分析区域降雨量、上游来水量、灌区内自产水量等，实现对未来时刻中长期来水量的预测分析，为灌溉需水预报提供数据支撑。1.功能要求：a)来水预测分析需实现降雨预报分析，降雨预报分析展示近30天的降雨量、月降水距平百分率、同期平均降雨量、预报未来7天降雨预报信息。b)来水预测分析需实现主水源的本年累计来水分析、多年同期均值来水分析、当前预测来水分析。c)主水源的来水预测分析需根据实测径流资料，或者可以根据实时或年降雨量资料用年降雨径流关系推求径流量。d)来水预测分析需实现水源全年来水预测分析，实现灌区所有水源不同来水频率的逐月来水查询。2.技术参数：a)降雨预报分析需以柱状图的形式展示未来7天的降雨量。b）来水分析需以过程线的形式展示当前预测来水、当前实际来水、多年同期。c）主水源的来水预测分析根据实时或年降雨量资料用年降雨径流关系推求径流量的，需选用皮尔逊Ⅲ型，直接查出不同频率水平年份相应的径流量。4）计划用水配置计划用水配置过程是通过对灌区实际调研，结合灌区现有的国土调查资料，获取并分析处灌区内的种植结构，根据种植结构生长趋势和作物用水定额，估算作物的需水量，并根据来水预测分析结果，一键制定灌区月度或年度用水计划的模块。1.功能要求：a）计划用水配置需实现计划用水配置方案的创建、需水量估算、用水计划配置三个步骤。b）计划用水配置的需水量估算根据灌区的实际工作需求，需实现年度、月度、旬的意见用水计划制定。2.技术参数：a）计划用水配置的需水量估算需支持需水量估算后结果的在人工修正在线编辑、在线保存、在线导出等功能。b）计划用水配置的需水量计算需结合灌区实际的作物类型，并根据作物生长用水趋势及省的作物用水定额分析及估算用水量。c）计划用水配置的用水计划配置需与来水分析相结合，用水计划量不得超过可供水量及来水量的合理量，与历年的用水计划的偏差保持一定在的合理范围内。5）灌溉需水灌水预报灌溉需水预报是基于灌区的灌溉预报模型，根据灌区的种植结构，结合前期降雨量，计算分析预报的灌区在未来一段时间内需要的灌溉需水量，灌溉灌水预报是在灌区需水预报的基础上，结合未来一段时间的降雨情况，分析计算出的灌区实际灌水量。1.功能要求：a）选取的大中型灌区需在实际调度过程中，应用过灌溉需水及灌溉预报模型。b）灌溉需水灌溉预报需实现中短期及长期的灌区灌溉需水及灌水预报。c）灌溉需水灌水预报需结合灌区实际的灌溉情况和渠系情况，实现分灌片分作物的灌溉需水预报和灌水预报需水量和灌水量的计算。2.技术参数：a）灌溉需水灌水预报的需水量支持预报后结果的在线人工修正和在线保存功能。b）灌溉需水灌水预报计算需支持精确到日的计算结果的输出。c）灌溉需水灌水预报结果需包含预报时间、预见期、预报降雨量、灌区各个灌片的灌水量等信息。6）灌区闸泵运行调度灌区的闸泵调度是基于灌溉需水和灌水预报的结果，根据当前的可供水量，在水源配置既定条件下，自动生成配水调度方案，配水调度方案包括电站、闸、阀、泵站的开启时间、开启时长、预计放水总量等信息。1.功能要求：a）灌区的闸泵站调度需实现集成灌溉需水和灌水模型的结果，并自动生成配水调度方案的功能。b）灌区的闸泵站调度需实现集成灌溉需水和灌水模型的结果，基于人工经验的闸泵运行调度的配置。c）灌区的闸泵站调度生成闸泵调度后，根据灌区的实际工作流程，一键生成灌区的调度令。d）灌区的闸泵站调度运行规则需符合灌区的历史经验调度规则。2.技术参数：a）灌区的闸泵调度的自动调度方案的配置需支持人工修正，即人工可调整灌片的灌水量、水源配置方式等信息，并在此基础上，重新生成配水调度方案。b）自动计算或人工修正后计算的配水调度方案，需支持一键生成配水调令，调度令需包含调度规则和调度时间，调度令的模板需符合灌区的实际调度令的模板。c）灌区的闸泵调度的自动或人工经验配置的调度方案均需包含电站、闸、阀、泵站的启闭时间、开启时长等内容。7）灌区闸泵调度预演灌区闸泵调度预演是针对不同灌溉预报预警场景下，形成的多种配水调度方案以及相应的模拟演示。调度预演直观展示安地灌区“长藤结瓜”式的水源布局，根据灌区需水预报、用水预警以及渠系关系网等信息，结合调度规则，集成耦合灌区来水、灌溉需水预报信息和灌区多水源水资源配置、闸站泵调度运用等运行信息以及其他边界条件，设定不同情景调度模式，根据灌区闸泵调度预演结果生成的从水源到灌片的最优渠系多目标配水方案，在仿真环境下模拟推演配水调度方案。1.功能要求：a）灌区的闸泵站调度预演需实现闸站泵运行调度的自动配置方案和人工经验配置方案的结果，并以灌区一张图或灌区的概化图为底图，展示灌区调度预演过程。b）灌区的闸泵站调度预演需实现多方案的模拟演示。c）灌区闸泵调度预演需实现通过骨干渠道水位监测、视频伴随、视频巡航等实时跟踪灌溉放水演进过程，实现闸门自动控制水位抬升展示、水流沿渠系演进展示、田间水层升高等动态展示效果。d）视频巡航需包含视频巡航、巡航告警管理、巡航计划配置、巡航计划后台库以及巡航人员管理等功能。2.技术参数：a）灌区闸泵调度预演需支持灌区一张图和灌区概化图的切换，基于不同场景实现不同的灌溉闸泵调度演示。b）灌区的闸泵站调度预演需支持多方案的模拟演示，预演包含水位变化、水流演进变化、田间水位变化。c）灌区闸泵调度预演需支持灌溉期间视频伴随、视频巡航，视频巡航支持自定义配置巡航路线。视频点位和巡航线组合形式展现灌区视频巡航路线，根据巡航路线自动巡航播放视频，中途可实现暂停巡航及继续巡航等功能。视频巡航过程中，发现视频有异常问题，可通过人工在线填写告警信息发送给巡查人员，告警信息包括告警视频位置、告警视频截图、告警内容、时间。8）灌区用水计量灌区的用水计量是指对灌区内农业灌溉、生活用水、工业用水等各类用水户的取水量进行精确测定和记录的过程。用水计量是灌区水资源管理的重要环节，对于合理分配水资源、核算水费、实施节水措施、评估灌溉效率等具有重要作用。1.功能要求：a）用水计量主要是提供灌区管理人员对灌区用水情况的清晰的了解，需实现用水情况以表格的形式分析、统计、存档展示。实现以灌溉用水统计、实时用水监控、统计查询为主的用水计量模块。2.技术参数：a）用水计量需支持基于灌区总概化图及，以“流动”箭头形式表示灌区水流方向，标注各干支渠灌片位置、面积和水工建筑物，展示用水实时监测情况。b）用水计量需以图文结合形式统计干支渠日、月、季年用水量。支持干支渠日、月、季年用灌水量统计。9）灌区旱情汛情研判分析灌区工程管理处负责灌区的防洪、灌溉、供水等工作，承担工程设备运行管理，当发生极端天气事件时，对灌区重要水利工程实施防汛、防风、抗旱调度，下达调度指令。根据灌区当前的工作流程，灌区的防汛、抗旱、工程调度全凭经验，无法得知现在雨量多少、未来降雨有多少、渠系水位是否会超警戒、作物是不是缺水、旱情会持续多久、水量够不够用、工程是否正常运行、是否需要运维。为了充分满足灌区的汛情、旱情、工程运行管理的需求，需实现根据实时降雨数据、实时渠系水位、实时水库蓄水率、未来降雨量、可供水量监测信息，运用预警分析模型，结合灌区防洪、抗旱、安全运行管理的目标，制定汛情、旱情的预警规则和预警机制，实现迅速可靠、准确有效的完成对灌区的汛情、旱情安全监视。1.功能要求：a）灌区旱情汛情研判分析模块需实现汛情预警和旱情预警功能。b）汛情预警需根据灌区范围内的渠道、闸门水位和雨量监测实时数据，分析研判预警等级并发布预警。c）旱情预警需根据灌区的可供水量、未来降雨分析、实时降雨、月降水距平等数据进行旱情预警研判。d）汛情预警需构建汛情预警管理、汛情预警规则配置、汛情预警消息管理及消息下发和汛情预警后台数据库等功能。e）旱情监测预警需构建旱情预警管理、预警信息发送管理、旱情预警规则配置、预警配置后台库以及预警人员管理等功能。2.技术参数：a）汛情管理需实现基于汛情实时监测，通过分析灌区各灌片降雨量、水位等实时监测数据和预报数据来进行渠道行洪推演和渠段预警。b）旱情监测预警需实现通过分析研判灌区各灌片降雨量、温度、土壤墒情等实时监测数据和预报数据，结合作物类型、来水情况，进行旱情预警、灌溉预报以及预警管理。c）汛情预警级别需支持蓝色汛情预警、黄色汛情预警、橙色汛情预警、红色汛情预警。d）汛情预警对象需支持灌区的水库汛情预警以及渠系汛情预警，水库汛情预警需基于降雨量和水库实时水位，并结合历史数据来确定预警临界水位、预警临界雨量。渠系汛情预警主需以渠系的警戒水位和保证水位作为预警临界值，以此为基础制定预警规则。e）旱情预警规则需参考了《省水利旱情预警等级标准》。f）旱情预警需支持蓝色干旱预警、黄色干旱预警、橙色干旱预警、红色干旱预警。g）旱情预警规则至少考虑考虑了五个条件，分别是灌区的可供水天数、当前月降水量与近30年的平均降雨量的距平、连续无雨日数、大中型水库的蓄水率、小型水库蓄水率、未来两周的降雨量。10）灌区巡检巡查灌区工程巡查包含日常巡查、定期检查、特别检查等，日常巡查是对渠道水工程及防护设施等是否受损的巡查。对渠道护岸、闸门启闭设备等状况是否正常的巡查。在渠道管理范围内有无建房、取土、爆破、开采、垦植、埋坟、建窑、挖窑、砍伐、损毁护堤护岸林草等违反水法规行为的巡查。在渠道管理范围内有无设置引、排水障碍物，擅自建坝埂、铺盖水泥板，向河道内倾倒渣土、垃圾、尾矿，掩埋危及防洪堤安全物件的违反水法规行为的巡查。有无侵占水利工程设施，擅自取水、设置排污口和超标排放污水等违反水法规行为的巡查。渠道淤积情况的巡查。渠岸两侧责任范围内保洁情况。定期检查时灌区每年组织三次定期检查，分别在汛前、汛后、灌溉高峰期完成。定期检查须对灌区工程进行全面检查，检查范围、内容和线路参照日常巡查执行。特别检查是灌区发生特大暴雨，有感地震，极端气温、10级及以上台风等特殊情况下，管理所组织开展的灌区水利工程安全大检查。1.功能要求：a）巡查检