目前我国已全面进入汛期，数字孪生水利建设作为水利治理的重点工作，具有支撑流域防洪减灾、水资源管理调配等各项水利业务实现“四预”（预报、预警、预演、预案）的重要功能，能够为中国水安全提供科学、高效、精准、安全的决策支持与数据支撑。近年来，华测导航积极投身于数字孪生水利建设，结合项目需求，发现存在以下痛点：
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数据采集难度较大，在目前的技术条件下，获取高质量、可仿真级别的地形地貌和水文数据仍然是一个挑战。缺少可仿真级别的数据底板支撑，会直接影响到数字孪生模型的准确性和实用性。
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海量数据融合难，将地形、气象、水文、工程结构等多源海量数据融合到统一平台时，数据处理能力的局限性常常导致平台运行不流畅，直接影响了模拟仿真的效率和效果。
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核心需求难对准，在数字孪生项目的实施过程中，水利感知、数字底板、平台技术一般由多方参与，易出现兼容性问题，需统筹协调多方资源一同攻关，如何提高有效沟通和协作效果，对准项目核心需求，是提高项目质量的关键。
本文针对这三个痛点，为大家详细介绍华测相应的解决方案。
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高效三维测量装备
构建精准数据底板
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可仿真的数据底板
近年来，数字孪生水利建设的实际应用效果成功项目所关注的重点。预演结果作为“四预”功能之一，能够为作业人员及时发现问题，迭代优化方案，制定防风险措施提供依据。而高精度、完整的可仿真的数据底板,可以为预演结果提供坚实的数据支撑,提高预演结果的准确性和可靠性。
可仿真的数据底板需符合什么标准呢？
一是，数据精度高，绝对精度至少为3-10cm；二是，数据完整性高，要求具备完整的水上水下地形数据。符合这两个标准的数据底板才是真正的仿真级别的模型。以往，数字孪生水利建设中往往将倾斜模型作为数据底板，这对于实际应用而言是远远不够的。若要达到标准，我们还需要高精度的水上地形及水下地形的点云数据作为支撑。
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高精度水上地形数据获取
华测导航采用无人机搭载AA15激光雷达系统的方案获取高精度水上两岸地形数据。
AA15激光扫描系统采用75°开角设计，非常适合机载作业，高达200万的点频率，可精细复刻地物信息，在100米飞行高度下、点密度可达1000pts/㎡；250米飞行高度下、点密度可达250pts/㎡。且具备16次回波、7次多周期回波技术，激光能量能够穿透茂密植被冠层，获取到准确的地形数据。
载体多元
该方案可适配华测导航固定翼无人机P60、旋翼机BB4和大疆M350进行作业，作业人员可根据项目情况选择适合的载体。
搭载P60
120min
搭载BB4
45min
搭载M350
16min
搭载倾斜相机，一次作业两种成果
在实际作业中，该方案还可下挂一个倾斜相机装备，一次作业即可获取多种成果，提高外业作业效率，生成的数据模型更加精细。
A字接口设计，支持挂载市面上主流的全画幅倾斜/半画幅倾斜/正射相机，构建点云+影像融合的解决方案。
采用P60+AA15+C30倾斜相机
生成的河道模型
选激光雷达 or 倾斜摄影？
使用二者同时采集数据是首选方式，若实际作业情况受限无法做到，也应优先采集激光点云数据。
点击查看【DEM+BIM底板】案例视频
点击查看【倾斜模型底板】案例视频
在对比了激光雷达采集数据生成的DEM+BIM底板与倾斜摄影数据生成的倾斜模型底板后，我们总结出以下几点：
精度与轻量化：激光雷达技术生成的DEM和BIM模型具有高精度和轻量化的特点，这使得它们非常适用于数字孪生水利建设，能够提供准确的预演结果，支持复杂的仿真分析。
成本考量：尽管激光雷达技术在精度和数据质量上具有优势，但其制作成本相对较高，这可能会限制其在项目中的应用。
数据规模与平台负担：倾斜摄影技术生成的倾斜模型底板虽然制作成本较低，但其数据规模较大，这会导致平台的负担加重，影响整体的运行效率效果。
数据标准：倾斜摄影模型底板在数据精度上无法达到像激光雷达生成的DEM和BIM模型那样的可仿真数据标准，这在需要高精度仿真分析的应用中会造成一定的局限性。
综上所述，激光雷达在数据精度和轻量化方面具有明显优势，适合对于精度要求较高的数字孪生水利建设。
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水下地形数据采集
场景一：河道较长，水深较浅
采用华微4号无人船+单波束的方式，完成河道断面扫描作业，再进行断面插值，即可获得完整水下地形数据。
该方案下水即测，方案集成度高；动力强劲，在3米流速的大水流断面也可使用；一船多用不浪费，能够适用于水下地形采集、日常流量测验两种应用场景。
水下地形采集
日常测流测验
场景二：水库，水深较深
采用华微4号无人船+HQ-400多波束的方案，无人机采集的水上彩色点云与多波束采集的水下点云有效衔接，且精度达到了要求，确保了生成的DEM数据可以用于水利模型算法。
水上两岸地形+水下地形点云
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数据底板案例
该案例中的项目总体底板，将高精度的点云和影像生成的彩色DEM，作为的基础数据；部分特殊设施采用BIM建模方式生成，需要根据空间位置关系布置到DEM地板上。然后将水上水下的地形数据相结合，生成完整的地形数据底板，让水在数据上流动起来。
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强大引擎助力
海量数据流畅浏览和调度
数字孪生水利平台，是由海量的多元异构数据构建而成，大规模的数据融合时，需要强大的引擎技术作为支撑，保障平台的运行流畅性和模拟仿真的效率效果。
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多源异构数据模型引擎技术
华测导航自研的引擎技术：
1、支持多种数据格式融合: 可以实现几十种格式的多源异构数据融合,如矢量数据、栅格数据、三维模型等。
2、大规模场景生成，运行流畅不卡顿:达到PB级的数据承载能力。如5万平方公里范围内，原始数据量在20+TB以上的场景，可以实现普通机器25帧及以上帧速率流畅加载显示。
3、支持多端访问: 支持B端和C端多端模式，可以在电脑上、手机上访问平台。
多源异构数据融合，平台浏览流畅
点击查看案例视频
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对准核心需求
打造业务应用
要实现数字孪生水利建设，完整的水上水下地形数据，是基础；三维可视化平台，也即数据和业务应用的承接载体，是核心；而决定了所有模块是否真实可用的专业水利模型和业务设计，是关键。这三者缺一不可，共同构成了华测数字孪生综合解决方案。
水库数字孪生水利平台
围绕“四预”应用设计
华测导航在数字孪生水利工程的平台设计上，始终以客户需求为核心，致力于构建满足客户需要的解决方案。以某水库的数字孪生建设项目为例，该平台主要聚焦于“四预”应用的构建：
1、预报：根据当地实时降雨或者暴雨移置，预报洪水情况。
2、预警：通过平台可以实时计算和显示水库的剩余库容，做到及时预警。
3、预演：通过平台可以控制闸门开合，进行洪水调度预演，分析不同泄洪量对下游流域的影响。
4、预案：根据预演的结果可以制定合理响应预案，及时应对水旱灾害。
水库四预应用案例
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华测数字孪生水利建设总体方案通过高精度的数据地板采集装备，提供空、地、水三位一体全方位感知能力，以强大的引擎技术支撑30多种格式的数据轻量化和汇聚，让各种水利模型可以在“真地形”上跑起来，在业务方案设计上围绕水利“四预”的核心需求，根据业务需求个性化打造好用管用的数字孪生水利平台。
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