一、數(shù)字化時(shí)代來臨，水利部持續(xù)推進(jìn)大中型灌區(qū)數(shù)字化升級(jí)，提高配水調(diào)度效能
隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)灌溉正迎來全新的數(shù)字化升級(jí)。近幾年來，我國(guó)水利部持續(xù)推進(jìn)大中型灌區(qū)配套續(xù)建與節(jié)水改造，開展數(shù)字孿生灌區(qū)先行先試建設(shè)，通過對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌區(qū)的數(shù)字賦能，提高灌區(qū)配水調(diào)度效能。
數(shù)字孿生灌區(qū)是指利用現(xiàn)代化技術(shù)將現(xiàn)實(shí)中的灌區(qū)信息通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、3D可視化等技術(shù)，“搬進(jìn)”計(jì)算機(jī)平臺(tái)，建立與現(xiàn)實(shí)灌區(qū)的作物結(jié)構(gòu)、工程布局、供水配水、工程調(diào)度、閘泵閥調(diào)控、空間地理等關(guān)鍵要素及設(shè)施設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)的數(shù)字灌區(qū)，線上灌區(qū)管理平臺(tái)與現(xiàn)實(shí)中的灌區(qū)同步運(yùn)行和迭代更新，并能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)中的灌區(qū)實(shí)現(xiàn)3D可視化、遠(yuǎn)程管控。
(數(shù)字孿生灌區(qū))
山東聊城位山灌區(qū)、山東濱州小開河灌區(qū)便是數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)的先行標(biāo)桿。據(jù)工作人員介紹，傳統(tǒng)的灌區(qū)配水基本靠的是人工經(jīng)驗(yàn)，原本3天即可完成灌溉任務(wù)，有時(shí)可能會(huì)持續(xù)供水4到5天，甚至有時(shí)會(huì)造成各渠系、各田地用水不均的狀況，難免造成水資源浪費(fèi)。而通過3D可視化、實(shí)時(shí)監(jiān)控的數(shù)字孿生平臺(tái)，灌區(qū)配水從依賴人工經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)向大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析、智慧決策，在節(jié)約用水的同時(shí)，大大提升了灌區(qū)用水效能。
二、數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)，山東位山灌區(qū)、小開河灌區(qū)試驗(yàn)站先行先試，成效顯著
為了總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，更好推廣數(shù)字孿生灌區(qū)建設(shè)，位山灌區(qū)、小開河灌區(qū)在灌區(qū)試驗(yàn)站先行開展了數(shù)字孿生灌區(qū)項(xiàng)目建設(shè)。全棧式3D數(shù)字化解決方案提供商，深圳積木易搭科技技術(shù)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“積木易搭”)為山東聊城位山灌區(qū)與山東濱州小開河灌區(qū)的試驗(yàn)站提供了灌區(qū)數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)的技術(shù)支持。
兩大灌區(qū)試驗(yàn)站的數(shù)字灌區(qū)項(xiàng)目升級(jí)改造的總體技術(shù)架構(gòu)采用“三橫兩縱”框架體系?！叭龣M”體系為信息化基礎(chǔ)設(shè)施體系、數(shù)字孿生平臺(tái)體系、業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)體系，“兩縱”體系為網(wǎng)絡(luò)安全體系與運(yùn)行維護(hù)體系。通過“三橫兩縱”體系，業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)“感知一模擬—決策一智控”全鏈路閉環(huán)，從實(shí)體到虛擬再回歸實(shí)體的循環(huán)過程，最終實(shí)現(xiàn)灌區(qū)取水、輸配水、灌溉全過程節(jié)水，大大提升灌區(qū)水資源集約利用能力和水平。
其中，“三橫兩縱”體系里，兩大灌區(qū)試驗(yàn)站的數(shù)字孿生平臺(tái)體系由積木易搭搭建。灌區(qū)試驗(yàn)站的數(shù)字孿生平臺(tái)系統(tǒng)圍繞“全生命周期”、“實(shí)時(shí)”、“雙向”的核心理念，通過三維模型、三維動(dòng)畫、數(shù)據(jù)圖表、實(shí)時(shí)視頻等要素，線上搭建了具有交互功能的動(dòng)態(tài)化數(shù)字孿生灌區(qū)三維場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了對(duì)灌區(qū)試驗(yàn)站的各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、3D立體、可視化、全方位管理。
三、“實(shí)時(shí)”、“雙向”、“全生命周期”，數(shù)字孿生平臺(tái)全面賦能灌區(qū)用水與設(shè)備調(diào)度
兩大灌區(qū)試驗(yàn)站數(shù)字孿生平臺(tái)系統(tǒng)的功能亮點(diǎn)包括：
①平臺(tái)先導(dǎo)頁：運(yùn)用GIS技術(shù)，精準(zhǔn)顯示試驗(yàn)站在黃河流域的點(diǎn)位，并為試驗(yàn)站配備詳細(xì)的介紹。
(平臺(tái)先導(dǎo)頁)
②平臺(tái)首頁：頁面以灌區(qū)試驗(yàn)站鳥瞰三維場(chǎng)景為基底，用各類點(diǎn)位圖標(biāo)標(biāo)明灌區(qū)內(nèi)不同物理設(shè)施的位置，全面、實(shí)時(shí)展示了從物理傳感器返回的各類數(shù)據(jù)，包括天氣、土壤、水文以及泵站閘門狀態(tài)等。
(小開河灌溉試驗(yàn)站信息化管理平臺(tái)主界面)
(位山灌溉試驗(yàn)站信息化管理平臺(tái)主界面)
③氣象監(jiān)控：直觀、實(shí)時(shí)顯示灌區(qū)試驗(yàn)站溫/濕度、風(fēng)速/風(fēng)向、氣壓、照度等參數(shù)，下拉可選擇不同的氣象站。
④天氣預(yù)報(bào)：模塊接入當(dāng)?shù)貧庀笮畔?，顯示未來5天的天氣情況。
⑤蟲情監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)顯示一段時(shí)間內(nèi)的蟲情參數(shù)信息。
⑥土壤監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)顯示灌區(qū)試驗(yàn)站多層土壤的各項(xiàng)參數(shù)。
(不同的監(jiān)控模塊，實(shí)時(shí)顯示記錄信息并顯示)
⑦測(cè)坑區(qū)場(chǎng)景：選擇場(chǎng)景中的某個(gè)地塊，會(huì)有高亮顯示，視角自動(dòng)進(jìn)入該場(chǎng)景范圍。
(測(cè)坑區(qū)場(chǎng)景，被選中的地塊會(huì)高亮)
⑧泵房場(chǎng)景：運(yùn)用三維建模技術(shù)，還原泵房真實(shí)場(chǎng)景，電磁閥開關(guān)可顯示水路循環(huán)動(dòng)畫示意，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前流量、PH/EC等數(shù)值，還可遠(yuǎn)程控制各類閥門、攪拌、泵的開關(guān)。
(泵房三維場(chǎng)景，可遠(yuǎn)程控制灌區(qū)各類泵的開關(guān)等)
⑨視頻監(jiān)控：下拉可選擇查看灌區(qū)試驗(yàn)站內(nèi)的實(shí)地監(jiān)控?cái)z像頭，實(shí)時(shí)觀測(cè)區(qū)域內(nèi)作物情況。
⑩設(shè)備情況：直觀、實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)站內(nèi)的各項(xiàng)設(shè)備數(shù)量及預(yù)警信息。
⑾預(yù)警設(shè)置：記錄預(yù)警信息，未處理的預(yù)警信息會(huì)實(shí)時(shí)顯示到首頁，標(biāo)記為已處理則首頁上不彈出該條信息提示。還可根據(jù)狀態(tài)、時(shí)間、關(guān)鍵字等條件查詢相關(guān)記錄。
⑿灌溉設(shè)置：通過選擇定時(shí)/定量，設(shè)置灌溉動(dòng)作，能夠?qū)崿F(xiàn)灌溉工作，并播放灌溉動(dòng)畫示意。
除了以上功能外，兩大灌區(qū)試驗(yàn)站數(shù)字孿生平臺(tái)系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了各項(xiàng)儀器設(shè)備相關(guān)信息的記錄功能，如設(shè)備狀態(tài)、存放地點(diǎn)以及外借情況等，并能實(shí)時(shí)對(duì)各項(xiàng)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，方便站點(diǎn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理。
(實(shí)驗(yàn)儀器各項(xiàng)信息記錄)
位山灌區(qū)與小開河灌區(qū)試驗(yàn)站的數(shù)字孿生平臺(tái)為其在天氣預(yù)報(bào)、蟲情監(jiān)控、災(zāi)情預(yù)警、用水調(diào)度、設(shè)備調(diào)度等方面提供了有利支撐，幫助灌區(qū)打造高質(zhì)量數(shù)字灌區(qū)樣板。
未來，積木易搭將持續(xù)深耕農(nóng)業(yè)數(shù)字化領(lǐng)域，充分利用自身全棧式3D數(shù)字化技術(shù)能力，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)打造數(shù)字孿生平臺(tái)，為農(nóng)業(yè)建設(shè)向“數(shù)字化、智慧化”轉(zhuǎn)變助力。
