2023年6月7日,千寻位置网络有限公司(以下简称“千寻位置”)在2023中国水博览会暨第十八届中国(国际)水务高峰论坛上正式发布北斗时空智能水利数字孪生解决方案(以下简称“时空智能方案”)。
(图示:现场展会图)
围绕水利工程安全监测、水环境管理、流域防洪、城市防涝等领域,千寻位置以北斗精准时空感知能力为核心,推进“全域、高精度、动态”的水利数字孪生建设,为构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系提供技术支撑。
“时空智能方案以云、端、图一体化的产品体系为支撑,根据各类应用场景,有针对性地打造数字孪生空间数据底板、水利工程北斗自动化变形监测、中小水库雨水情测报与大坝安全监测、防汛防涝、水环境智慧化管理等多项功能。”千寻位置相关负责人介绍。
据了解,时空智能方案核心能力已在广西龙滩水电站北斗自动化监测、湖北鄂州小型水库雨水情测报与大坝安全监测、安徽长江干流堤防工程安全监测、浙江绍兴市上虞区治水大脑、安徽铜陵市智慧防汛系统等全国多个项目实践中得到成功印证。
千寻位置是国家北斗地基增强系统的建设与运营方,成立于2015年8月。公司基于北斗卫星系统(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基础定位数据,利用遍布全球的地基增强站网、自主研发的定位算法及大规模互联网服务平台,已经为超过15亿用户提供厘米级定位、毫米级感知、纳秒级授时的时空智能服务。
(图示:构建数字流域时空基准示意)
(图示:千寻位置基于北斗时空智能的水利数字孪生解决方案架构)
打造具备精准时空标签的数据底板
北斗卫星导航系统是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设运行的全球卫星导航系统。随着我国加速构建智慧水利体系,北斗时空智能成为其中的关键技术。
“水的流动、调蓄,大坝、堤防等水利工程建设管理运行监测都具有明显的时空属性,要匹配精准的时间、空间,才能在数字世界真正映射出现实中的物理流域。”千寻位置技术专家表示。
具有精准时空标签的数据底板,因此成为构建数字孪生流域的第一步,同时也是最关键的一环。
千寻位置备提供统一时空基准的服务能力,通过建立流域级的工程统一空间坐标框架,将地理空间数据、监测和预报数据、业务数据等不同类型的数据融合,实现与数字孪生场景的空间位置、时间标签等精准匹配。
由于流域尺度要素复杂,不仅包括既有的历史水文气象、地形地貌等数据,还包括流域建筑物分布、植被情况等,数据底板的建设十分复杂。“传统的数据底板三维建模手段主要适用于外形规则的物体,比如建筑物、道路等,但不适用于流域要素,如两岸山体、植被、沟渠、桥梁、闸坝等。”千寻位置智慧水利解决方案专家表示,“千寻位置基于高时空分辨率的快速现实重构技术,结合时空智能、无人机(船)、图像智能、云计算能力的融合,可以在短时间内建立大范围的、厘米级分辨率的三维地理空间数据模型,融合其他专业数据,搭建具备精准时空标签的数据底板,为水利数字孪生打下良好基础。”
(图示:空间数据底板产品和服务体系示意)
北斗时空智能方案已在全国多地实践
北斗的时空感知能力能够有效提升数字孪生构建的精确度和实时运行效果,通过多场景、全覆盖的智能监测,赋能智慧水利建设。
以水库大坝变形监测为例,水库大坝是优化配置水资源、防御水旱灾害的重要基础设施,传统监测需要人员到现场测量、分析、报表、上报,层层环节都可能出现纰漏和滞后。尤其在台风、地震等极端环境下,传统监测很难提供及时的数据支持,存在安全隐患。
基于北斗高精度定位技术,千寻位置研发的“基于北斗/GNSS(全球导航卫星系统)的云端一体安全监测系统”技术,可实现对水库大坝、防洪工程等水利基础设施的自动化监测,在高山 峡谷场景下的监测精度优于2毫米。2022年8月,该技术成功入选水利部《2022年度水利先进实用技术重点推广指导目录》,并应用于浙江天荒坪抽水蓄能电站、四川大渡河沙坪二级水电站、西藏那曲地区索县强雄水库、山西云竹水库、安徽长江干流堤防工程等,累计落地的工程项目超过200个。
MR02Pro(北斗时空智能监测终端)
目前,千寻位置提供的北斗时空智能水利数字孪生解决方案,正围绕水利工程安全监测、水环境管理、流域防洪、城市防涝等领域发挥北斗精准时空感知带来的独特价值。
在湖北省鄂州市,千寻位置对10余座水库大坝开展安全监测建设及运维服务,搭建水库雨水情测报和安全监测平台,通过“GIS(地理信息系统)一张图”将各设备状态信息、实时数据、预警信息进行集中展示,保障水库的适度蓄水和安全运行,实现水库的数字化管理。通过水库雨水情测报和安全监测平台,工作人员能实时掌握汛期水库雨水情动态数据,精准地监测和研判水库的实际运行情况,及时掌握水库大坝的雨水工情各项动态信息,为工程安全和防汛抗旱等工作提供有力保障。
(图示:雨水情测报和安全监测系统)
在浙江、重庆,通过北斗高精度定位、无人机自主巡检、无人船实时水质采集和视觉识别技术,千寻位置助力实现水环境智慧化治理。目前,浙江省绍兴市上虞区全区水域巡检覆盖率提升80%,22个市级以上考核断面达标率从往年的95.5%提升至100%。
(图示:无人机水域巡检示意,千巡翼X4无人机& K01机库)
“当前,北斗应用与产业化发展已经全面进入技术融合、应用融合、产业融合的新阶段,北斗在水利水电的深化应用已纳入我国‘十四五’发展规划。水利行业推进北斗大规模深化应用,已经成为数字孪生建设发展的内在需求。”千寻位置相关负责人表示,“我们将不断开拓更多的创新应用场景,通过时空智能赋能水利数字孪生,为推动新阶段智慧水利高质量发展提供有力支撑。”
