DB34∕T 4698-2024 数字孪生灌区建设技术导则(安徽省).pdf
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1、 ICS 35.240.99 CCS P 57 34 安徽省地方标准 DB34/T 46982024 数字孪生灌区建设技术导则 Technical guidelines for the construction of digital twin irrigation districts 2024-01-11 发布 2024-02-11 实施安徽省市场监督管理局 发 布DB34/T 46982024 I 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.2 4 基本要求.2 5 建设内容.2 总体框架.2 感知体系.3 控制体系.5 支撑体系.5 数字孪生平台.6 业务应用平
2、台.9 6 安全要求.10 附录 A(资料性)不同类型水闸的控制运用.11 附录 B(资料性)工程基础数据分类.12 附录 C(资料性)灌区专题模型参考.13 参考文献.17 DB34/T 46982024 II 前言 本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由安徽省水利厅提出并归口。本文件起草单位:中国水利水电科学研究院、安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院、中国灌溉排水发展中心、安徽省淠史杭灌区管理总局、安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司。
3、本文件主要起草人:张宝忠、杜丽娟、杨开静、魏征、戴玮、陈皓锐、姚彬、顾涛、雷波、白美健、陈根发、谢崇宝、刘怀利、史源、陈来宝、徐海、李杨、仰名球、赵智。DB34/T 46982024 1 数字孪生灌区建设技术导则 1 范围 本文件规定了数字孪生灌区建设的基本要求、建设内容和安全要求等。本文件适用于数字孪生灌区的建设。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB 3838 地表水环境质量标准 GB 5084 农田灌溉水质标准 GB/T
4、 20203 管道输水灌溉工程技术规范 GB/T 21303 灌溉渠道系统量水规范 GB/T 22239 信息安全技术 网络安全等级保护基本要求 GB/T 28418 土壤水分(墒情)监测仪器基本技术条件 GB/T 28570 水轮发电机组状态在线监测系统技术导则 GB/T 30950 闸位计 GB/T 33113 水资源管理信息对象代码编制规范 GB/T 37391 可编程序控制器的成套控制设备规范 GB 51171 通信线路工程验收规范 JB/T 8735.2 额定电压450/750 V及以下橡皮绝缘软线和软电缆 第2部分:通用橡套软电缆 SL 75 水闸技术管理规程 SL/T 213 水
5、利对象分类与编码总则 SL 323 实时雨水情数据库表结构与标识符 SL/T 324 水文数据库表结构及标识符 SL 330 水情信息编码 SL 364 土壤墒情监测规范 SL 380 水资源监控管理数据库表结构及标识符标准 SL 385 水文数据GIS分类编码标准 SL 515 水利视频监视系统技术规范 SL 551 土石坝安全检测技术规范 SL 566 水利水电工程水文自动测报系统设计规范 SL 601 混凝土坝安全监测技术规范 SL 577 实时工情数据库表结构及标识符 SL 725 水利水电工程安全监测设计规范 SL 766 大坝安全监测系统鉴定技术规范 SL 768 水闸安全监测技术
6、规范 DB34/T 46982024 2 SL/T 783 水利数据交换规约 SL/T 803 水利网络安全保护技术规范 SL/T 809 水利对象基础数据库表结构及标识符 SL/T 812.1 水利监测数据传输规约 第1部分:总则 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。数字孪生灌区 Digital twin for irrigation district 以物理灌区为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动,对物理灌区全要素和建设运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演,与物理灌区同步仿真运行、虚实交互、迭代优化,实现对物理灌区的实时监控、发现问题、优化调度的新型基础设施
7、。数字孪生平台 Digital twin platform 以基础数据、监测数据、业务管理数据、地理空间数据和外部共享数据等数据底板为算据,联结各种智能终端,借助 AI(Artificial Intelligence,人工智能)实现数据驱动,通过以水利专业模型、智能识别模型、可视化模型组成的模型库和以多年运行管理经验凝练成的专家经验和业务规则等知识库提供算法,融合大数据、物联网、视频、地理信息等多种ICT(Information and Communications Technology,信息与通信技术)技术,为灌区运行监测和预报、预警、预演、预案提供孪生数据服务、孪生应用服务和孪生集成服务的
8、平台。4 基本要求 数字孪生灌区建设应因地制宜开展基础设施和平台体系建设,强化业务应用。数字孪生灌区建设应调研灌区管理现状,明确建设目标和建设内容,急用先建、分步实施。数字孪生灌区建设应整合已建、统筹在建、规范新建,避免重复建设,充分共享共用。数字孪生灌区建设应围绕灌区业务和功能需求与新一代信息技术融合创新,赋能灌区水资源配置、供用水调度、水旱灾害防御等主要业务。5 建设内容 总体框架 数字孪生灌区建设内容主要包括感知体系、控制体系、支撑体系、数字孪生平台、业务应用平台等。数字孪生灌区总体框架见图1。DB34/T 46982024 3 图1 数字孪生灌区建设总体框架 感知体系 5.2.1 水情
9、感知 5.2.1.1 应在主要取(引)水口、配水口、分水口、排(退)水口、用水管理分界点等用水计量断面设置量水监测站。5.2.1.2 水位监测应满足以下规定:a)采用地下水灌溉的,宜对机井水位进行监测;b)灌区水位应采用相同的基面,水位测量点应选在渠道顺直、断面稳固的渠段,选址方法参考相关水文测验规范,当采用水尺(或电子水尺)进行水位测量时,水尺刻度应清晰易读,水面波动较大渠道宜在渠旁设置静水井测量水位,仪表测量水位应具有消除波浪影响的功能。c)水位感知位置和仪器的选取应符合 GB/T 21303 的规定。5.2.1.3 流量监测应满足以下规定:a)对超宽断面(20m 以上)渠道,应根据技术经
10、济比较,可使用缆道式测流、桁架式测流、轨道式测流、走航式 ADCP(Acoustic Doppler Current Profilers,声学多普勒流速剖面仪)测流等;b)机电井测流,宜采用带有远传功能的电子水表、电磁流量计和超声波流量计;c)测流断面的测流渠段应平直、水流均匀;测流渠段纵横断面应比较规则稳定;测流断面与水流方向应垂直;测流断面附近不应有影响水流的建筑物树木或杂草等,测流断面在建筑物下游时,不能受建筑物泄流紊动的影响;在不规则的土渠测流时,应将测流渠段衬砌成规则的测流断面;d)采用流速仪测流时,应选用适宜的设备;测流断面水位平稳,一次测流的起止时间内水位涨落差不大于平均水深的
11、2;水中漂浮物应不影响流速仪正常运转。e)流量监测应符合 GB/T 21303 的规定。5.2.1.4 水质感知应满足以下规定:网 络 安 全网 络 安 全运 行 维 护运 行 维 护物理灌区物理灌区水源工程灌溉排水工程体系灌溉区域作物种植结构主要用水户用户用户灌区管理单位农业、工业、城乡供水用水户水行政主管部门其他授权用户业务应用平台业务应用平台用水计量工程管理配水调度水费管理灌区一张图水旱灾害防御数字孪生平台数字孪生平台模 型 库灌区专题模型智能识别模型可视化模型知 识 库预报方案水利对象关联关系业务规则历史场景调度方案感知体系控制体系支撑体系感知体系控制体系支撑体系水情工情农情气象取(引
12、)水输配水排(退)水田间灌溉应用支撑平台通信网络计算存储调度中心视频基础数据监测数据地理空间数据业务管理数据行政管理数据数据底板DB34/T 46982024 4 a)灌区可在取(引)水口、地下水取水口、排(退)水口、用水管理分界点等开展水质监测,有生活供水的,宜在生活用水取水口监测水质。b)灌溉水质应符合 GB 5084 的规定,生活水质应符合 GB 3838 的规定。5.2.2 工情感知 5.2.2.1 工情监测宜覆盖水源工程、取(引)水工程、泵站工程、输配水渠(管)道、田间灌溉渠系、圩区的堤防、排(退)水沟(渠)及其建筑物、机电设备、金属结构设备、管理设施等。5.2.2.2 工程运行信息
13、应监测闸(阀)门开度、荷载、过流量、启闭时间,泵站运行工况、流量、实时负荷、启停时间,管道压力等。如下:a)闸门开度采集设备选择应符合 GB/T 30950 的规定;b)泵站运行工况应对机组的振动、摆度、轴向位移、压力脉动、空气间隙、磁通密度、局部放电等运行状态进行实时监测,测点布置、传感器选择和数据采集等应符合 GB/T 28570 的规定;c)管道水流压力可采用压力传感器监测,压力值应符合 GB/T 20203 的规定。5.2.2.3 工程安全信息应监测水库大坝、渠道及渠系建筑物(重点监测高边坡、高填方段)、堤防工程等的变形、渗流、应力应变等。大坝的监测点位、布置、频次应符合 SL 551
14、、SL 601 和 SL 766 的规定,水闸安全监测应符合 SL 768 的规定,其他水利工程应符合 SL 725 的规定。5.2.2.4 可采用仪器设备监测、视频监视、水下探伤仪检测、无人航空器巡航、人工巡查等方式进行工程安全数据采集。5.2.3 农情感知 5.2.3.1 农情信息宜包括种植结构、播种日期、物候期、作物需耗水、灌溉面积、土壤墒情或田间水层等。在充分共享相关部门农情信息的基础上,可补充布设农情信息监测点。5.2.3.2 土壤墒情监测仪器应符合 GB/T 28418 的规定。5.2.3.3 土壤墒情监测站配置应符合 SL 364 的规定。5.2.3.4 稻田宜配备水位传感器监测
15、水层深度。5.2.3.5 根据灌区实际需求,可采用遥感等方式开展作物种植面积等信息监测。5.2.4 气象感知 5.2.4.1 根据灌区管理需要,在充分共享相关部门气象信息的基础上,可布设气象站或雨量站。5.2.4.2 气象站或雨量站布设的位置、密度宜符合 SL 566 的规定。5.2.5 视频感知 5.2.5.1 视频感知宜监测内容可参考表 1。表1 视频感知宜监测对象 序号 水利工程类别 宜监测内容 1 水库 大坝、溢(泄)洪道、泄洪闸、泄洪洞、水位尺等 2 闸站 闸门、上(下)游水域及堤防、水位尺、闸机房等 3 泵站 拦污栅、水位尺、进水闸、进水池、主厂房、副厂房、出口防洪闸和出水池以及输
16、变电设施等4 堤防 堤顶、路面及附近水域等 5 护坡 水位自记井(或其他水利建筑)、水位尺等 6 渠道 渠道建筑物、渠堤、水位自记井、水位尺等 7 重要监测点 水域、水位尺等 DB34/T 46982024 5 控制体系 5.3.1 一般要求 5.3.1.1 灌区控制体系宜涵盖取(引)水、输配水、排(退)水控制系统和田间灌溉控制系统。5.3.1.2 控制系统宜配置 RTU(Remote Terminal Unit,远程终端单元)和 PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器),具备远程控制、现地控制、备份信息、数据自动上报等功能。5.3.1.3 应加强
17、安全体系建设,配备安全网关、VPN(Virtual Private Network,虚拟专用网络)设备,采用专线/互联网接入灌区调度中心。应采用安全可靠的网络传输方式,具备故障报警功能。5.3.1.4 新建设节点宜采用具有边缘计算功能的控制节点。5.3.2 闸门控制 5.3.2.1 闸门控制宜包括闸门开度、闸前/后水位、闸门上/下限位、动力电压/电流、视频等监测设备。5.3.2.2 对启闭机老化或无自动启闭设备的闸门,宜更新启闭设备和闸门,并配置自动控制系统,安装水位、闸门开度、限位、视频等监测设备。5.3.2.3 对已配置 PLC 控制系统、具备现地自动启闭功能的闸门,宜配备安全网关、VPN
18、 设备。5.3.2.4 各类水闸的控制运用要求可参照附录 A,同时技术管理应符合 SL 75 的规定。5.3.3 其他控制 5.3.3.1 泵站控制系统应安装压力、温度、流量及泵站进、出水池水位和电气设备运行参数等监测设备。5.3.3.2 机井控制系统应配置井电双控系统,通过有线/无线方式,自动上报流量等监测数据,支持本地 IC 卡控制机井水泵启停等功能。5.3.3.3 阀门控制系统宜包括电动/电磁阀门、流量计、阀门控制器等,可采用有线/无线方式接入灌区调度中心,支持远程/现地控制阀门启闭。5.3.3.4 田间灌溉和排水的水泵、水闸、阀门等设备宜采用自动控制,控制系统布置应符合 GB/T 37
19、391的规定。5.3.3.5 可建设全渠道智能联调联控,开发全渠道控制模型算法,可自动生成调度指令,实时调控运行范围内各级闸门。支撑体系 5.4.1 支撑体系宜建设 应用支撑平台、通信网络、计算存储、调度中心等。5.4.2 应用支撑平台 5.4.2.1 应用支撑平台宜采用微服务架构,支撑水旱灾害防御、水资源调配、工程管理等业务应用。5.4.2.2 应用支撑平台应配置物联网平台、GIS 平台、数据库、中间件等基础软件,应具备统一认证、统一权限、统一数据服务、运维监控、数据采集、空间信息分析和交换等能力。5.4.2.3 应建设支持多网络、多协议接入的物联网平台,包括连接管理、设备管理、数据管理、业
20、务支撑以及系统管理,提供从设备接入到数据推送全流程能力。5.4.2.4 应统一身份认证,对用户资料应统一管理、存储;使用统一的登录页面进行登录;对登录后的用户身份真实性和有效性进行统一鉴定。5.4.2.5 统一权限应定义系统用户其操作权限,平台功能设置访问权限。DB34/T 46982024 6 5.4.2.6 统一数据服务应提供通用的数据访问技术框架,应支持数据运算与格式转换,应对可用连接、数据源等系统资源根据预设规则进行动态分配管理,提供引擎状态监听接口。5.4.3 通信网络 5.4.3.1 应建设测站与分中心(或中心)、分中心与中心之间的通信网络,应充分考虑信息的分级存储、分层管理、传输
21、的负载均衡等技术措施。5.4.3.2 宜构建覆盖全灌域取水口、分水口、排水口的闸、阀、泵监控站点的通信网络,自动传输传感信息和控制指令。5.4.3.3 实施自动控制的取水闸、涉及群众生命财产安全的泄洪闸、关键的节制闸与分水闸宜采用控制专网,应与业务网和监控网实现物理隔离。5.4.3.4 信息传输通信设备及其附属设施宜包括微波通信设备、卫星通信设备、光纤传输设备、程控交换设备等。如下:a)网络连接设备及数据传输线路宜包括网络安全设备、网络路由设备、网络交换设备、数据传输设备、流量管理设备、综合布线系统等;b)数据传输应符合 SL/T 812.1 的规定,应保证数据安全,根据采用的数据传输信道类型
22、及其特性和项目需求,确定适合于信道传输的长度,采用同一种编码结构,不应交叉使用。5.4.3.5 光缆施工应符合 GB 51171 的规定,线缆施工应符合 JB/T 8735.2 的规定。5.4.3.6 涉及重大安全的信息通信宜同步建设应急通信网络。5.4.4 计算存储 5.4.4.1 应建立统一编码、高效属性识别的数据库,数据库内分类与编码应符合 SL/T 213 的规定,表结构及标识符应符合 SL/T 809 相关规定。5.4.4.2 计算存储应根据应用场景需求选配建设基础计算与存储、人工智能计算和边缘计算。5.4.4.3 基础计算与存储应包含服务器、存储、网络、操作系统、数据库等软硬件,并
23、预留冗余和发展空间。5.4.4.4 宜根据数字孪生灌区的智能识别模型训练、知识学习推理等计算需求,配备人工智能计算资源。5.4.4.5 宜根据灌区分中心、管理站的需求,配备边缘计算节点,为视频监控、AI 智能分析提供边缘计算环境。5.4.4.6 宜建立备份系统或灾备中心。5.4.5 调度指挥中心 5.4.5.1 调度指挥中心可包括会商中心、通信机房、安全设施等,宜具备集中控制、调度、决策、预演、预警等功能。5.4.5.2 通信机房应考虑温度、湿度、通风、电磁场干扰、防水、防静电、消防等的适应性要求和可扩展性,加强网络安全和容灾备份能力建设。5.4.5.3 在保证安全的前提下,宜利用专业云平台,
24、减少灌区的硬件实施投入、后期维护成本。数字孪生平台 5.5.1 数据底板 5.5.1.1 一般要求 如下:DB34/T 46982024 7 a)数据底板应包括基础数据、监测数据、地理空间数据、业务管理数据、行政管理数据以及其他数据;b)数据分类、数据存储、数据表示应遵循完整性、一致性、准确性、实用性原则;c)灌区水情信息对象编码、数据库表结构及标识符应符合 SL 323 和 SL 330 的规定,水资源管理信息应符合 GB/T 33113 和 SL 380 的规定,水文信息应符合 SL/T 324 和 SL 385 的规定,实时工情信息符合 SL 577 的规定。5.5.1.2 数据分类 如
25、下:a)基础数据应包括灌区名称、编码、经纬度、位置、跨界类型、灌区范围、水源工程、灌排工程、设计灌溉面积等。水源工程应区分水库、塘坝、取水井等类型,灌排工程应区分渠(沟)道工程、各类建筑物、引调水工程等类型。各类工程基础数据内容可参考附录 B。b)监测数据应包括水情、工情、农情、气象、水质、视频监控等感知数据。c)地理空间数据应包括基础地图类数据、空间数据体等。基础地图类数据宜包括灌区基础电子地图、各类专题地图、遥感图等。空间数据体宜包括地理场景和地理实体,地理场景宜包括 DEM(Digital Elevation Model,数字高程模型)、DSM(Digital Surface Model
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