“专业水利模型”能做什么？
最近大热的“数字孪生”又是？
让我们带着这些问题
从一个水利专业用户的视角
走进基于贵仁模型云的数字孪生世界
来自GIS小丸子的真实分享
GIS小丸子：
其实从去年开始，我就开始主动接触数字孪生水利方面的项目，也深刻的感受到伴随着水利数字孪生趋势的推动，智慧水利领域的专业水利模型技术和数字孪生技术开始走向深度融合，同时发现这些专业的水利模型也是可以在其他领域的数字孪生应用中都有着非常重要的价值。
但是进一步推广水模型的应用场景就需要考虑如何降低水模型的专业化门槛，比如水模型厂商和孪生可视化的厂商双向拥抱，能够形成事实上的行业集成标准和规范。
所以在这样的趋势下，一些专业做模型的公司如果希望自己的产品和能力能够拓展到其他的领域，其业务模式可能就是要发生一些改变，其中一个非常重要的改变就是要适应“被集成”。
但是目前在数字孪生这个领域中，我们集成水利模型主要遇到如下几个问题：
1、如何判断专业性，作为外行，大部分是不太了解这个小众的行业，而且专业性很强，自然也很难有能力判断哪家的产品或者能力强，很多时候难免踩坑。
2、产品化程度不够，很多研究机构或者高校的老师都有模型，但是这些模型大部分产品化程度不够，难以形成一个成熟的实施体系，对于集成方来说整体是一个黑盒，更换以及维护的代价比较高，很多需求都需要定制开发，本地化成本较高。
一个比较成熟的信息化生态应该是：“成熟的水利模型平台产品+专业的水利实施交付+软件应用开发集成”，其中成熟的产品对应的就是一些行业的平台厂商；专业的实施交付则是一些基于平台厂商的产品进行项目的实施和交付，这些团队其实也都是专业的水文团队，他们基于平台能够进行项目化的定制，本地化的模型的搭建；这部分针对的应该是多行业的软件应用开发商或者是有一定开发能力的集成商，可以直接在整体的智慧应用中通过接口与模型进行交互，当然这些角色之间可以存在重合。
所谓的“生态整合”，其实就是大家各自做自己最擅长的部分，因为在项目集成的时候，很多整体的工作都会被打开，供应商也会拿着这个拆开的东西去多方询价，很快这部分就会变得比较透明化。
2、合作方团队较小，对稳定性和持续性投入维护升级存在担忧，之前还有一些同行给我推荐一些水利研究机构的产品，要放到我的公众号上来，但是对方还是担心目前的成果主要还是一个课题成果，内部的资源无法应对这种外部的需求，对于一些本地化的厂商来说，持续服务好本地的客户是关键，所以对于支撑团队的规模和稳定性也是有一定的要求的。
所以这些也成为了我们寻找合作产品的关键点：
1、有典型案例，其实也就是我们经常说的山头客户，对于做项目的厂商来说，能够争取到山头客户的认可就是专业能力的体现，因为山头客户本身就是行业里面的领头羊，自身对于技术以及商务条件的要求也都是比较高的，很多客户做项目也喜欢参考发达地区的专业同行的经验。
2、有可以对外直接体验以及验证的成熟产品，而不能只是图片或者视频，或者是能力的自述。前几天我们内部关于数据治理功能的讨论，有同事说，这个功能其实没必要做，反正都是我们自己去做数据治理的实施，客户自己又不用的，所以没必要做，直接结果导入就行了，但是对于客户来说，他自己可以不用，但是你得有，「看得见，摸得着」还是很重要，尤其是在多家产品比选的时候，你拥有一站式的软件能力总是要好过你通过一堆小工具攒起来的工作流。
3、团队需要具备一定的规模和历史，在有一次和水文客户对接的过程中，客户问我们水模型用的是谁家的产品，然后我们合作的是一个小厂商，客户就非常担心这个厂商后续会不会倒闭，这个项目就没有人维护了，所以具备一定的规模和历史就是给客户吃一颗定心丸，证明自己有持续经营以及服务的能力，而且对于集成的厂商来说，基本上确定了一家合作厂商之后其实大部分情况下是不会轻易换的，因为磨合的代价都比较高，所以稳定也比较重要。
本着这样的标准，我也接触了不少厂商，绝大多数情况下都是给你讲完PPT之后就想着和你沟通商务合作的事情了，但是从技术的角度而言，这是很难让人踏实的，后来也经过推荐知道了贵仁科技的产品不错，可以符合上面的要求，然后就联系了一下，对方也比较热情，专门安排了同事给我们做了产品的培训以及建立了一个技术交流群用于使用过程中遇到问题的解答，总体体验下来还是比较能够满足当前的要求的，其实我体验这款工具也不是为了要短期学会水文专业的建模技能，这些事情在实施的时候还是要交给专业的团队去做，更多的是在这个过程中感受一下产品力和服务能力，这个分步骤培训的过程中还接受了徐老师的很多科普，把以前不是很明白的点都给解释清楚了，而且产品在上面的三个问题点上还是具备很好的优势：
1、贵仁科技的产品是有权威的机构认证，包括国产和信创，也做过一些典型的标杆案例，比如他们的核心产品之一“贵仁治水模型云”，是获得了工信部认定的国家信创典型解决方案，并被水利部院士专家组评定为“打破国外技术垄断”科技成果。
其实水利行业对国产信创的要求还是比较严格的，现在很多客户反馈，内部的信息化已经在逐步的进行国产产品的替换，包括操作系统以及国产数据库，同样对于数字孪生的国产化适配以及信创也就自然产生了需求，现在大家都用游戏引擎，但是后面如何适配国产化的环境就成为了关键的工作。
所以在水利模型方面也是同样的问题，使用国产信创的水利专业模型平台应该是一个基本的要求。
贵仁科技也做过不少典型的标杆案例，包括与长江委水文局合作的“长江流域综调系统”；多次支持国家防汛抗旱总指挥部“长江防汛抢险综合演练”、国家应急部的山洪灾害模拟推演等；
2、贵仁科技目前对外可以体验的产品包括“建模⼯具+模型云+模型引擎”三款打通的产品，建模工具可以支持专业的水文建模，模型云则提供了公有云和私有云两种模式的云端托管和云端解算，产品集成度和稳定性都很好。当然本着技术验证的目标，我们还是通过一个具体的案例，从头到尾的验证的一下整个产品，包括模型搭建、计算以及应用开发集成，我们也是根据培训自己跟着做，这个过程其实断断续续持续了一个多月。
2.1 建模工具做模型搭建
这款工具主要是服务于专业水文模型的搭建，整体使用的体验和界面的风格非常类似一个典型桌面端的GIS软件，所以使用起来还是比较容易的，中间最大的是地图展示的窗体，左边拥有图层控制控件，右边有一系列的工具服务于数据和模型的处理，难的是一些专业水文概念的理解，产品核心分为编辑以及模拟两个部分，编辑部分主要侧重于空间数据的管理以及空间数据到水文语义的转化，比如点图层的数据转换到具有水文语义的水文站要素。
而模拟部分则侧重于模型方案的设定和配置，比如通过实测数据进行水文模型参数的率定这样的操作，总体来说可配置的条目比较多，有不少东西需要根据实际的情况来调整方案和设定。
由于我们的应用场景主要还是在水灾害防御方面，所以也让他给我们培训了一下一维水动力、二维水动力、一二维耦合模型以及水文+水动力的耦合模型等，所以总体感觉在方案搭建上基本上都可以覆盖了。
其实除了这些，他们产品还支持排水管网这种模型的搭建，这个部分目前还没有涉及，就没有继续展开，不过贵仁科技的产品的文档以及视频是目前见到过的同类厂商中写的最全的。
其实即使不使用他们的产品，看它们的教程以及文档也能够学习到不少的专业知识，强烈建议大家有兴趣的可以了解一下，尤其是技术文档这个部分理论知识的介绍，链接地址我放到文章的最下方。
2.2 模型云平台计算以及模型托管
做模型计算一个非常重要的条件就是具备比较好的计算资源，如果没有性能很好的机器，模型计算还是比较耗时的，而贵仁科技则提供了一个云端的存储、计算以及托管的环境，这个模型云平台产品其实和建模工具是打通的，在建模工具中执行模型计算的时候可以直接调用公有云的CUDA计算资源进行云端计算，这也就意味着通过应用云端产品可以降低对客户端计算机器的配置要求，而且这一切对于用户来说都是无感的。
我们当前使用的是公有云的资源，有时候还会出现因为抢占资源排队的情况，但是在正式的项目中，可以单独部署私有云的环境，可以做到独占资源，这个时候基本上就不再会出现资源排队的问题，而且也能够符合政府项目的部署要求，毕竟水利的数据安全要求也很高。
另外一方面这个云端的环境也是模型托管的一个环境，模型完成搭建和测试之后就可以按照如下的流程将模型托管到云端。
然后再配合着他的开放的接口，就可以进行模型计算结果的获取以及参数的修改，应用和云平台的通信采用http(s)协议，提交方式支持Get/Post请求方式，请求和返回的数据都采用Json格式。如果对于模型有特殊的集成要求，则可以对他们提交一些定制化开发的需求。
2.3 孪生可视化集成模型计算结果
其实对于和数字孪生可视化的结合，主要播放的是模型计算的结果，这些结果是按照时间帧的方式组织，所以播放的时候也是一帧一帧的进行网格数据的更新，以水灾害防御中最常用二维洪水演进为例。
首先就是要将模型计算需要的网格格式转换成游戏引擎的Mesh格式，这部分数据可以直接在建模工具中通过将网格图层导出得到，文件格式的后缀名为*.geo，主要分为网格单元和网格点两个部分组成。
然后请求当前模型计算的整体信息，其中包括统计信息(总帧数，最大最小值)。
最后按照帧的顺序进行帧数据的请求，解析相应的结果，这部分可以根据不同的值制作不同的专题效果，包括利用水深h可以做水深热力图以及物理材质的真实水流效果、利用流速的uv分量可以制作流线图等，都是根据这些数据进行组合渲染得到。
但是这里面需要单独说一下，对于需要计算具体淹没了哪些房屋，还需要将单元转GIS的面，然后利用空间计算来定量的进行求交计算，目前水模型大部分不包含这部分的功能，这部分是需要自己开发实现。
还有一点就是在网格单元数据不多的情况下，数据传输问题不大，但是随着网格单元数据的增大，就需要考虑数据压缩的问题，所以也可以看到贵仁科技API的Json输出都是Base64编码后的，然后配合Gzip进行数据压缩，在这个部分也是做了一定的优化处理。
同时也可以通过调整网格单元的数量来降低数据量，比如在关键的地方加密网格，但是在一些非关键的区域则可以把网格调的更加稀疏一些，这对模型计算可能是一个好方法，但是对于可视化就需要单独做一些抗锯齿的处理（如下图的水流的边缘锯齿），因为在一些单元比较大的区域，就会存在锯齿比较严重的情况，这个时候就需要在可视化中，单独对水的边缘进行加密平滑处理。
如下是利用测试模型的输出结果制作的一个简单真实物理材质的演进效果，当然从物理意义上可能并不是很严谨，只是为了在流程上把技术跑通。
3、贵仁科技有一定的规模和自主研发的历史，贵仁科技成立于2009年，是一家以水科学数值模型技术为核心，专注服务于水安全、水资源、水环境、水生态等治水领域国家高新技术企业。经过十四年的自主创新的研发沉淀，目前在杭州、武汉设有两个研发创新中心。拥有近300人的研发团队，承担并参与多项国家级科研课题，获得专利20余项，其中十余项为发明专利，软件著作权60余项。先后为⽔利部、应急部、住建部、环境保护部、⾃然资源部、国家海洋局、⻓江委、⻩河委、⽓象局等⼗余个部委，中国城市规划设计研究院、中国⽔利⽔电研究所、华中科技⼤学、北京师范⼤学、河海⼤学、三峡⼤学等多所高校及三峡集团、北排集团等多家企业提供过定制化的专业服务，业务覆盖全国20多个省份，并拓展⾄海外市场。
最后总的来说，从一个集成的视角来看，水模型产品要快速的融入整个数字孪生的生态，同时具备如下三个方面的条件会更有优势一些：
1、有山头案例；2、有成熟的产品；3、有一定规模的团队；
恰好我们最近正在试用贵仁科技的产品，总体下来感觉还不错，是一个比较适合集成的模型集成产品，也在这边分享给大家。
贵仁科技文档中心：
https://cloud.keepsoft.net/docCenter
对这款产品感兴趣的可以扫描下方的二维码，联系客服体验该款产品。
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