從「好看」到「用好」，優(yōu)立科技給水利數(shù)字孿生一個支點

    2021年4月，水利部水文司專門召開會議，研究部署數(shù)字流域建設(shè)和“四預(yù)”試點工作。其中，福建省被列為該項工作的試點省份之一。福建省水利廳高度重視本次數(shù)字孿生流域和河湖水文映射試點建設(shè)的任務(wù)。

    作為開展河湖水文映射工作的試點河段，三明市金溪流域?qū)�樂段具有水文站網(wǎng)較完善、水利工程多、防洪安全突出等特點。建設(shè)該河段的數(shù)字映射，并在此基礎(chǔ)上開展防洪調(diào)度預(yù)演，為防洪調(diào)度指揮提供科學(xué)的決策支持，對探索數(shù)字流域建設(shè)和洪水防御決策支撐能力具有典型示范意義。

    試點建設(shè)設(shè)想通過三維傾斜攝影及建模技術(shù)，實景展示洪水淹沒三維效果、防汛搶險動態(tài)流程、轉(zhuǎn)移路線等，使預(yù)案更加真實、直觀，進(jìn)一步提升群測群防的效果。

    按照案例最終的呈現(xiàn)，GIS技術(shù)、水文模型、洪水預(yù)報和洪水調(diào)度技術(shù)以水利一張圖數(shù)據(jù)底板為底座，在防汛場景上的技術(shù)融合和重要應(yīng)用，實現(xiàn)對洪水“預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”功能。

    而對于該項目的背后技術(shù)支持方——數(shù)字孿生、元宇宙核心技術(shù)提供商深圳優(yōu)立時空科技有限公司（以下簡稱“優(yōu)立科技”）來說，其與水利數(shù)字孿生的故事也就此徐徐展開。

「好看」是第一步

    福建項目合作的契機(jī)是“全流域超大規(guī)模三維場景的高速呈現(xiàn)這一難題”，始終困擾著項目組，但也正因這一難題，使得優(yōu)立科技有機(jī)會參與到水利行業(yè)的項目之中。

    項目將水文、地形、氣象、水利工程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)字化，極大程度在幫助決策者長期探索水文規(guī)律、對流域水文信息進(jìn)行實時監(jiān)測、對災(zāi)情發(fā)生前期的水文預(yù)報、預(yù)警和科學(xué)研究，提供準(zhǔn)確、及時的數(shù)據(jù)信息，同時有利于對水文災(zāi)害發(fā)生后損失進(jìn)行分析預(yù)測。

    從具體效果來看，項目利用優(yōu)立科技“無限細(xì)節(jié)”引擎技術(shù)建設(shè)的大規(guī)模三維場景之上，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用，打造高仿真、智能化的水文映射數(shù)字化集成分析展示及虛擬水文動態(tài)仿真演示系統(tǒng)平臺。通過將大體量水文資料數(shù)據(jù)的集成、分析、展示于網(wǎng)頁端平臺，借助優(yōu)立引擎的三維可視化與粒子渲染能力將3D-GIS 技術(shù)與水文模型相結(jié)合，基于傾斜攝影模型、真實數(shù)字高程模型DEM 來預(yù)測、對洪水時的淹沒過程及區(qū)域增強(qiáng)動態(tài)演示，對洪水后的災(zāi)害及其損失進(jìn)行分析預(yù)測，結(jié)合歷史洪水大數(shù)據(jù)，為決策者制定科學(xué)的防洪和減災(zāi)對策及采取有效的抗洪救災(zāi)措施提供保障。

    不過優(yōu)立科技副總裁易濤表示，當(dāng)時的業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及水利領(lǐng)域的專業(yè)算法基本由設(shè)計院所提供，優(yōu)立科技的職責(zé)更多在于使合作方的成果能夠以數(shù)字孿生、可視化以及三維的形式呈現(xiàn)出來，以便于決策者直觀地看到推演算法的結(jié)果。

    國產(chǎn)化引擎＋大體量數(shù)據(jù)

    某種意義上，包括上述案例在內(nèi)的水利數(shù)字孿生項目得以落地推開，其首要原因是需求巨大。

    當(dāng)傳統(tǒng)水利已難以滿足當(dāng)下經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提出的專業(yè)化、精細(xì)化、智能化管理要求，以流域為單元、以江河水系為經(jīng)絡(luò)、以水利工程為節(jié)點的現(xiàn)代水利基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)平臺需求應(yīng)運而出。而啟動水利數(shù)字孿生是在李國英部長重點引領(lǐng)和要求下的國家級戰(zhàn)略，也順勢拉開了水利新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的序幕。

    易濤介紹稱，“從2019年開始規(guī)劃，去年開始加大落地力度。在江河湖泊、水資源開發(fā)利用等建設(shè)的水利基礎(chǔ)設(shè)施以及庫壩、水利工程等之中利用數(shù)字孿生、云計算、GIS等技術(shù)提升我國水利基礎(chǔ)設(shè)施的能力，從而達(dá)到“四預(yù)”（預(yù)警、預(yù)報、預(yù)演、預(yù)案）的要求。就此，水利部在具體落實中相對明確，先后推出了相關(guān)工作推進(jìn)指南，確定試點范圍，成立專班進(jìn)行督辦�！�

    在此背景下，一系列數(shù)字孿生領(lǐng)域工程建設(shè)的指導(dǎo)文件相繼出臺，加碼水利投資，推動重大水利工程建設(shè)提速。

    有相關(guān)統(tǒng)計顯示，2023年截止目前，先行先試數(shù)字孿生水利公開中標(biāo)公示的總額為2.31億左右、共計12個項目完成招標(biāo)：第一，膠東調(diào)水?dāng)?shù)字孿生，中標(biāo)額約7177.77萬元；第二，數(shù)字孿生夾巖水庫樞紐至黔西北供水工程，中標(biāo)額約5288萬元；第三，數(shù)字孿生關(guān)門嘴子水庫，中標(biāo)額約1980萬元。

    從整個時間線來說，自2019年起，水利設(shè)施、庫壩、水利工程等層面的水利數(shù)字孿生建設(shè)一直上升到水資源管理、水調(diào)度甚至水利環(huán)保、生態(tài)需求，于優(yōu)立科技而言是能發(fā)揮自我優(yōu)勢的舞臺。

    事實上，在優(yōu)立科技出現(xiàn)之前，國內(nèi)還未出現(xiàn)一個能支撐三維應(yīng)用的純國產(chǎn)原生引擎�！霸瓉淼囊�擎基本上是國外的或“二次封裝”。國家對信創(chuàng)的要求越來越高也越來越嚴(yán)格，水利等相關(guān)部門亟需國產(chǎn)自主的引擎�！�

    據(jù)介紹，優(yōu)立三維引擎已通過信創(chuàng)認(rèn)證，支持統(tǒng)信UOS、國產(chǎn)銀河麒麟系統(tǒng)以及ARM架構(gòu)服務(wù)器等，滿足用戶對于自主可控的要求。

    直面水利領(lǐng)域相關(guān)政策與市場的機(jī)遇和需求，團(tuán)隊也在不停地問自己：公司能為水利領(lǐng)域數(shù)字孿生帶來什么？

    “除去水利設(shè)施的BIM，水利領(lǐng)域的數(shù)字孿生場景以自然景觀為多，需要擁有高速加載能力的引擎，最好還能延伸到終端應(yīng)用�！�

    經(jīng)過充分論證，優(yōu)立科技的引擎可以解決三維大數(shù)據(jù)瓶頸，能夠在一秒鐘內(nèi)加載TB / PB級三維數(shù)據(jù)�！绊椖看蠖嗖捎眉す鈷呙�、傾斜攝影等實景數(shù)據(jù)。這類的數(shù)據(jù)體量較大，但我們的算法本身能夠解決大體量數(shù)據(jù)的加載問題�！�

    例如，上文提及的水利項目數(shù)據(jù)源便基本覆蓋數(shù)百平方公里的將樂城區(qū)及六個電站實景三維地形與高精傾斜攝影模型、真實數(shù)字高程模型DEM，總體量高達(dá)120GB。此外，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上還包含水文波動粒子模型及實時的水文站監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史洪水大數(shù)據(jù)庫等監(jiān)測數(shù)據(jù)。

    而在大體量數(shù)據(jù)加載之后，將這一數(shù)據(jù)輕量化地延伸至普適性終端應(yīng)用市場，才是優(yōu)立科技更為優(yōu)選的路線。“與國外傳統(tǒng)引擎的三角面圖形計算路線不同，優(yōu)立科技的引擎走的是純計算路線，通過點云數(shù)據(jù)算法，再進(jìn)行圖像還原，不依賴GPU。在節(jié)省成本的同時，我們支持多終端適配，使三維渲染效果能夠正常輸出到普通的筆記本電腦甚至手機(jī)上。即不限制三維數(shù)據(jù)大小，不依賴硬件資源，不強(qiáng)依賴網(wǎng)絡(luò)條件的遠(yuǎn)程訪問”。

    “好用”-立足普適性，下沉行業(yè)應(yīng)用

    水利數(shù)字孿生等專業(yè)場景中，對于數(shù)字孿生的要求不僅僅是「看著好」，更重要的還是能「好用」。

    即便已經(jīng)陸續(xù)有水利數(shù)字孿生落地，仍有人還在質(zhì)疑數(shù)字孿生在其中的作用。

    易濤坦言，優(yōu)立科技在剛剛?cè)刖謺r，也曾被潛在用戶方質(zhì)疑公司的技術(shù)。“我們一般會開一些驗證測試賬戶，親自上門為用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換對接，用這種方式來打消他們的疑慮�！�

    從用戶體驗的角度上來講，優(yōu)立科技需要一個將過去技術(shù)積累轉(zhuǎn)化成一個被用戶認(rèn)可的機(jī)會。

    對于后來者優(yōu)立科技而言，“水利行業(yè)的特殊性在于，用戶方不僅要考察公司總體產(chǎn)品的技術(shù)設(shè)計方案與技術(shù)路線，更需要結(jié)合實際的水利設(shè)施工程項目、軟件進(jìn)行工程級的測試驗證，同時對其技術(shù)安全性、穩(wěn)定性以及適用性提出了極為嚴(yán)格的要求�！�

    目前，優(yōu)立科技的多個水利數(shù)字孿生新項目已經(jīng)進(jìn)入測試驗證階段。易濤介紹稱，“我們對接的項目，已經(jīng)有近7、8個進(jìn)入了工程實施前的測試驗證階段，其中客戶包括一些重量級的設(shè)計院。接下來就是實施和簽約階段。”

    按照優(yōu)立科技的計劃，公司在水利這一場景上的重點，將圍繞以下幾個方向展開：其一，面積較大，數(shù)據(jù)量大的數(shù)字孿生流域建設(shè)，基本以實景為主，將整個流域的源頭、支流等匯聚在一張圖之上；其二，數(shù)字孿生灌區(qū)，進(jìn)行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演等。以及，水庫、大壩等重點工程，下一步可能還會向水資源管理、生態(tài)、水電站等方向延伸。

    在業(yè)內(nèi)人士看來，水利數(shù)字孿生市場的落地難點是，對于不同的區(qū)域在業(yè)務(wù)上的關(guān)注點差別較大，有的關(guān)注洪水淹沒和浸漫，有的則更加關(guān)注工程設(shè)施、水調(diào)度等，而以上業(yè)務(wù)關(guān)注點的不同，會導(dǎo)致市場參與方產(chǎn)品設(shè)計重心以及后面支持的專業(yè)模型都需要隨之發(fā)生變化。

    從普適性應(yīng)用的需求出發(fā)，已明確好團(tuán)隊核心價值的優(yōu)立科技更加專注且聚焦。“畢竟我們的產(chǎn)品開發(fā)較新，有很多的業(yè)務(wù)場景文檔和一些專用性的工具上還需要完善。從最初做普適性引擎出發(fā)，后續(xù)我們將結(jié)合水利領(lǐng)域的要求，如算法、業(yè)務(wù)系統(tǒng)等，進(jìn)行新一輪研發(fā)與匹配，完善水利數(shù)字孿生的專用底座，從而滿足行業(yè)的一些特殊需要�！�

    在“2030年底前，大中小型水利工程全面實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管理”等目標(biāo)下，優(yōu)立科技在水利領(lǐng)域的角逐剛剛開始。