水生態(tài)數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)建設(shè)指南Guidelinefortheconstructionofintegrateddig中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)前言 Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 14縮略語(yǔ) 25基本原則 26系統(tǒng)架構(gòu) 37監(jiān)測(cè)感知 48數(shù)據(jù)底座 59模擬仿真 710智能應(yīng)用 811標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系 12運(yùn)行保障體系 參考文獻(xiàn) 工Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。本文件由中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院提出。本文件由中國(guó)國(guó)際科技促進(jìn)會(huì)歸口。本文件起草單位：中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司智能城市研究院、中國(guó)水利水電第三工程局有限公司、北京國(guó)遙新天地信息技術(shù)股份有限公司、中節(jié)能?chē)?guó)禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰尽⒑幽先疬_(dá)信息技術(shù)有限公司、內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院、武漢新烽光電股份有限公司、北京瀧濤環(huán)境修復(fù)有限公司、海天水務(wù)集團(tuán)股份公司、太湖流域水文水資源監(jiān)測(cè)中心(太湖流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心)。1水生態(tài)數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)建設(shè)指南本文件確立了水生態(tài)數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)建設(shè)的基本原則，提供了系統(tǒng)架構(gòu)、監(jiān)測(cè)感知、數(shù)據(jù)底座、本文件適用于指導(dǎo)各級(jí)生態(tài)環(huán)境管理部門(mén)圍繞區(qū)域、流域水生態(tài)環(huán)境數(shù)字化監(jiān)管，開(kāi)展水生態(tài)數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)規(guī)劃及建設(shè)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本GB/T21052信息安全技術(shù)信息系統(tǒng)物理安全技術(shù)要求GB/T22239—2019信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求GB/T35273信息安全技術(shù)個(gè)人信息安全規(guī)范HJ718環(huán)境信息共享互聯(lián)互通平臺(tái)總體框架技術(shù)規(guī)范HJ719環(huán)境信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)接口規(guī)范HJ729環(huán)境信息系統(tǒng)安全技術(shù)規(guī)范HJ1295水生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南河流水生生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)(試行)HJ1296水生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指南湖泊和水庫(kù)水生生物監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)(試行)3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于木文件。數(shù)字孿生digitaltwin具有保證物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間以適當(dāng)速率和精度同步的數(shù)據(jù)連接的特定日標(biāo)實(shí)體的數(shù)字化水生態(tài)數(shù)字孿生digitaltwinofaquaticecosystems地理環(huán)境、水生態(tài)全要素和水環(huán)境演變過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)字虛擬場(chǎng)景構(gòu)建、過(guò)程仿真、預(yù)測(cè)模擬，支撐區(qū)域水生態(tài)(物理實(shí)休)監(jiān)管與治理對(duì)策制定。水生態(tài)數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)theintegrateddigitaltwinsystemforaquaticecosystems工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)，構(gòu)建面向流域水生態(tài)環(huán)境管理、可近實(shí)時(shí)孿生水生態(tài)物理場(chǎng)景，具備水環(huán)境過(guò)2程與趨勢(shì)模擬、多維環(huán)境要素響應(yīng)模擬等應(yīng)用功能的立體化、沉浸式平臺(tái)系統(tǒng)，服務(wù)于河流、湖庫(kù)水生態(tài)環(huán)境智能管理與智慧決策。下列縮略語(yǔ)適用于本文件。BI:生物指數(shù)(bioticindex)BMWP:生物監(jiān)測(cè)工作組記分(biologicalmonitoringworkingparty)BPI:生物學(xué)污染指數(shù)(biologicalpollutionindex)CDI:綜合硅藻指數(shù)(comprehensivediatomindex)DEM:數(shù)字高程(digitalelevationmodel)GIS:地理信息系統(tǒng)(geographyinformationsystems)GPS:全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystems)IBI:生物完整性指數(shù)(indexofbiologicalintegrity)LSTM:長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)(longshort-teRF:隨機(jī)森林(randomforest)RS:遙感技術(shù)(remotesensing)5基本原則5.1需求引導(dǎo)原則面向各級(jí)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)管業(yè)務(wù)需求，將數(shù)字孿生技術(shù)與水生態(tài)環(huán)境監(jiān)管業(yè)務(wù)深度融合，優(yōu)化智能業(yè)務(wù)流，推進(jìn)水生態(tài)環(huán)境數(shù)字監(jiān)管與水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提升、水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范、水生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控有機(jī)結(jié)合。各地水生態(tài)環(huán)境管理部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)等可根據(jù)實(shí)際監(jiān)管業(yè)務(wù)流程和需求，因地制宜、差異化定制系統(tǒng)架構(gòu)及化管理決策。5.2統(tǒng)籌規(guī)劃原則基于已建的(水)生態(tài)環(huán)境業(yè)務(wù)平臺(tái)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)，綜合考慮各地?cái)?shù)據(jù)儲(chǔ)備量、條件成熟度、需求緊迫性，統(tǒng)籌規(guī)劃水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)絡(luò)、孿生數(shù)據(jù)底座、水生態(tài)環(huán)境模擬仿真技術(shù)體系、智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、運(yùn)行保障體系建設(shè)，明確水生態(tài)數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)架構(gòu)與建設(shè)內(nèi)容，分階段、分步驟有序推進(jìn)。5.3立體協(xié)同原則支持運(yùn)用天空地立體監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)，包括衛(wèi)星遙感、航空遙測(cè)、地面?zhèn)鞲衅髯詣?dòng)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等，不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)更新和功能迭代，保持與流域/區(qū)域?qū)嶓w狀況的協(xié)同一致、近實(shí)時(shí)孿生。遵守?cái)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，加強(qiáng)平臺(tái)與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互與協(xié)同聯(lián)動(dòng)，支持形成各級(jí)環(huán)境管理部門(mén)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。35.4集成共享原則充分利用現(xiàn)有的水生態(tài)、水環(huán)境大數(shù)據(jù)和智能化建設(shè)成果，集成水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)、水文水動(dòng)力模型、水環(huán)境過(guò)程模擬模型、水生態(tài)評(píng)估診斷模型、多維協(xié)同響應(yīng)分析模型等，建立數(shù)據(jù)及技術(shù)成果匯集共享和應(yīng)用服務(wù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)資源集約利用和互聯(lián)互通。綜合考慮現(xiàn)有信息采集、網(wǎng)絡(luò)通信、硬件設(shè)備、軟件5.5科學(xué)規(guī)范原則遵循科學(xué)規(guī)范、技術(shù)先進(jìn)的數(shù)據(jù)聯(lián)通、存儲(chǔ)管理及集成應(yīng)用策略，保障系統(tǒng)的兼容性與迭代優(yōu)化可操護(hù)和管理機(jī)制，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)系統(tǒng)生命周期。6.1總體架構(gòu)水生態(tài)數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)架構(gòu)包括監(jiān)測(cè)感知層、數(shù)據(jù)底座層、模擬仿真層、智能應(yīng)用層、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、運(yùn)行保障體系。具體系統(tǒng)架構(gòu)見(jiàn)圖1。水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)分析與查詢(xún)水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)分析與查詢(xún)多維過(guò)程孿生與響應(yīng)分析污染物擴(kuò)散模擬模型水華預(yù)測(cè)模擬模型多維協(xié)同響應(yīng)分析模型視頻智能識(shí)別模型其他模型(污染溯源分析、通量核算模擬……)數(shù)據(jù)清洗數(shù)據(jù)過(guò)濾數(shù)據(jù)校正氣象觀測(cè)設(shè)備視頻監(jiān)控設(shè)備其他感知設(shè)備區(qū)域環(huán)境要素孿生水生態(tài)趨勢(shì)預(yù)測(cè)模擬擬水生態(tài)系統(tǒng)人類(lèi)活動(dòng)水生態(tài)人工調(diào)查系統(tǒng)集成擴(kuò)展決策支持用戶(hù)交互系統(tǒng)管理采集治理模擬仿真層數(shù)據(jù)底座層地圖處理服務(wù)數(shù)字孿生仿真外部系統(tǒng)接口運(yùn)行保障體系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系智能應(yīng)用層環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)感知層圖1水生態(tài)數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)架構(gòu)圖4監(jiān)測(cè)感知層主要包括布設(shè)的各類(lèi)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳感器，以及外部數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)、人工監(jiān)測(cè)與調(diào)查輔助數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)感知對(duì)象包括水環(huán)境質(zhì)量、水文條件、水生態(tài)狀況、6.2.2數(shù)據(jù)底座層生態(tài)孿生數(shù)據(jù)庫(kù)，為模型模擬與功能應(yīng)用實(shí)現(xiàn)提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。6.2.3模擬仿真層模擬仿真層是系統(tǒng)的智慧核心，包括水環(huán)境預(yù)測(cè)預(yù)警模型、水生態(tài)評(píng)估診斷模型、污染物擴(kuò)散模型、水華預(yù)測(cè)模擬模型、視頻智能識(shí)別模型、數(shù)字孿生引擎、三維地圖引擎等，為系統(tǒng)的各類(lèi)應(yīng)用功能提供智能計(jì)算與可視化服務(wù)。智能應(yīng)用層是系統(tǒng)面向用戶(hù)的業(yè)務(wù)功能交互區(qū)，可包括區(qū)域環(huán)境要素孿生、水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)查詢(xún)分態(tài)環(huán)境管理與智慧決策。6.2.5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系包括數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)聯(lián)通、設(shè)備接入與集成規(guī)范等。6.2.6運(yùn)行保障體系7.1.1構(gòu)建天空地(海)一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，滿(mǎn)足對(duì)區(qū)域水生態(tài)環(huán)境狀況的全面感知。采用物聯(lián)網(wǎng)、3S(RS、GIS和GPS)、第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)等技術(shù)，匯集聯(lián)通多源傳感器終端，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境、氣象條件、自然地貌、人類(lèi)活動(dòng)壓力等要素的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。也可輔以人工采樣監(jiān)測(cè)，補(bǔ)充數(shù)據(jù)覆蓋內(nèi)容。7.1.2監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布設(shè)宜在區(qū)域已有監(jiān)測(cè)條件的基礎(chǔ)上，保障監(jiān)測(cè)點(diǎn)位密度與頻次，為數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)數(shù)據(jù)底座提供全要素實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)。7.1.3監(jiān)測(cè)設(shè)備宜選用國(guó)產(chǎn)化監(jiān)測(cè)設(shè)備，具備自動(dòng)測(cè)報(bào)、斷電存儲(chǔ)、故障報(bào)警、多路通信等功能，支持一體化系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與運(yùn)維管理。7.2監(jiān)測(cè)感知對(duì)象宜對(duì)重點(diǎn)河流、湖庫(kù)水體構(gòu)建以自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主、手工監(jiān)測(cè)為輔的水環(huán)境監(jiān)測(cè)體系，監(jiān)測(cè)項(xiàng)包括且不限57.2.2水生生物及生境音的頻譜、強(qiáng)度等。可根據(jù)具體條件確定調(diào)查頻次獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)?？赏ㄟ^(guò)布設(shè)水位計(jì)、流量計(jì)等監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)重點(diǎn)河流的流速、流量以及湖庫(kù)水位、蓄水量變化等進(jìn)行等，用丁孿生系統(tǒng)反演氣候條件對(duì)水生態(tài)環(huán)境的影響。及人工采樣監(jiān)測(cè)，獲取人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水生態(tài)環(huán)境的壓力數(shù)據(jù)。可通過(guò)公開(kāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)獲取區(qū)域經(jīng)濟(jì)、人口等數(shù)據(jù)，用于了解區(qū)域社會(huì)發(fā)展情況。遙感監(jiān)測(cè)息，可通過(guò)航天遙感或航空遙感等方式獲取盡量高頻次更新的遙感數(shù)據(jù)，為流域真實(shí)物理環(huán)境孿生與狀態(tài)更新創(chuàng)造有利條件。周邊環(huán)境狀況信息，也可對(duì)重要水體開(kāi)展水下環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于對(duì)地理場(chǎng)景變化、水生生物活動(dòng)、水質(zhì)變化等情況進(jìn)行輔助監(jiān)控和更新。8數(shù)據(jù)底座8.1數(shù)據(jù)資源獲取基于水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，對(duì)接生態(tài)環(huán)境、水利、數(shù)據(jù)資源覆蓋類(lèi)型。68.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)可根據(jù)區(qū)域/流域數(shù)據(jù)量及孿生功能服務(wù)需求，選擇適宜的數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型和架構(gòu)，如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)等，建立穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而滿(mǎn)足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理需求，確保水生態(tài)數(shù)字孿生一體化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)穩(wěn)定可靠、數(shù)據(jù)安全可控、數(shù)據(jù)質(zhì)量高效、擴(kuò)展性強(qiáng)，為系統(tǒng)的運(yùn)行和應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。8.3數(shù)據(jù)采集治理將從監(jiān)測(cè)設(shè)備或其他平臺(tái)共享獲取的數(shù)據(jù)，以及手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集入庫(kù)操作，宜采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式和編碼規(guī)范，確保數(shù)據(jù)的一致性和可比性，便于數(shù)據(jù)的整合和分析。數(shù)據(jù)接入時(shí)自動(dòng)進(jìn)行必要的清洗和校驗(yàn)，包括數(shù)值范圍校驗(yàn)、重復(fù)值刪除、異常值處理，保證數(shù)據(jù)的8.4數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)融合在數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)中，建立不同數(shù)據(jù)表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如將空間數(shù)據(jù)(如地形、地貌、土地利用等)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效管理和查詢(xún)。a)水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)與地形數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：通過(guò)空間位置字段將水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)表與地形數(shù)據(jù)表進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水生態(tài)環(huán)境與地形特征的空間關(guān)聯(lián)分析。b)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與水文、氣象數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：通過(guò)空間位置字段、時(shí)間字段將水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表與水文、氣象數(shù)據(jù)表進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與其它要素的時(shí)空關(guān)聯(lián)分析。8.5數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與擴(kuò)展8.5.1綜合考慮水生態(tài)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)儲(chǔ)備量，可采用分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)和管理，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和容錯(cuò)性。8.5.2可制定數(shù)據(jù)擴(kuò)展策略，根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展需求和數(shù)據(jù)規(guī)模的增長(zhǎng)，靈活調(diào)整數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)容量和性能。8.6數(shù)據(jù)質(zhì)量控制宜形成數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和完整性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理數(shù)據(jù)異常。建立適當(dāng)?shù)?.7數(shù)據(jù)安全與備份宜建立定期的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，從而保障數(shù)據(jù)的安全性和可恢復(fù)性，在數(shù)據(jù)丟失或損壞時(shí)能夠及時(shí)恢復(fù)?？赏ㄟ^(guò)用戶(hù)角色和權(quán)限設(shè)置，控制對(duì)不同數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的權(quán)限管理和訪問(wèn)控制。8.8數(shù)據(jù)資源共享宜建立安全可靠的數(shù)據(jù)資源分級(jí)共享和服務(wù)機(jī)制，通過(guò)數(shù)據(jù)下載、API接口等方式實(shí)現(xiàn)面向用戶(hù)及相關(guān)信息化平臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互共享，促進(jìn)跨部門(mén)、跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和應(yīng)用服務(wù)。79模擬仿真9.1水生態(tài)環(huán)境模擬9.1.1水環(huán)境質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)警模型基于水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)、氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)等，可采用ARIMA、GBDT、RF、LSTM、Transformer模型等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，結(jié)合Stacking集成學(xué)習(xí)策略，建立水質(zhì)短期、中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)主要水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的自動(dòng)預(yù)測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析。研判未來(lái)水質(zhì)狀況，預(yù)設(shè)水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)警規(guī)則，針對(duì)未來(lái)水質(zhì)無(wú)法達(dá)標(biāo)、污染物濃度升高等情況進(jìn)行預(yù)警，及時(shí)采取管控措施。9.1.2水生態(tài)評(píng)估診斷模型按照HJ1295、HJ1296和《長(zhǎng)江流域水生態(tài)考核指標(biāo)評(píng)分細(xì)則》等文件要求，宜構(gòu)建涵蓋IBI、BMWP、BI、BPI、CDI、香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)評(píng)價(jià)等常用水生生物評(píng)價(jià)算法的水生態(tài)評(píng)估診斷模型，基丁水生態(tài)評(píng)估診斷結(jié)果，進(jìn)行水生態(tài)狀況統(tǒng)計(jì)、變化趨勢(shì)分析以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。9.1.3污染物擴(kuò)散模擬模型基于長(zhǎng)時(shí)間尺度的水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及監(jiān)測(cè)斷面、入河排污口等基礎(chǔ)信息，進(jìn)行多要素空間匹配與數(shù)據(jù)時(shí)間對(duì)齊，構(gòu)建重要污染物網(wǎng)格化擴(kuò)散模型，基于地圖對(duì)模型結(jié)果進(jìn)行預(yù)警與模擬展示，研判污染擴(kuò)散過(guò)程，提升水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范水平?；谖廴疚飻U(kuò)散模擬過(guò)程，可進(jìn)行污染溯源分析，解析污染來(lái)源。9.1.4水華預(yù)測(cè)模擬模型基于多時(shí)期水質(zhì)、氣象、歷史水華等數(shù)據(jù)，分析水華范圍、面積與其他要素的時(shí)空特征，建立AI水華預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)未來(lái)水華發(fā)生的概率，對(duì)水華預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提供預(yù)測(cè)精確度圖表，結(jié)合各地水華預(yù)警防控、應(yīng)急等工作要求，研判水華等級(jí)以及應(yīng)急措施，支撐水華發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)防范與管控。9.1.5多維協(xié)同響應(yīng)分析模型行水環(huán)境(水華)問(wèn)題解析。9.1.6圖像智能識(shí)別模型基于水質(zhì)監(jiān)測(cè)站、河道/湖庫(kù)、入河排污口、污染源等已建視頻監(jiān)控設(shè)備影像信息9.1.7其他模擬模型染溯源分析模型、污染通量核算模擬模型、雷達(dá)圖譜診斷預(yù)警模型等，支撐流域水生態(tài)環(huán)境診斷預(yù)警與污染來(lái)源解析。89.2孿生可視化采用三維地圖引擎，將環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與地理空間信息相結(jié)合，打造3D生態(tài)環(huán)境場(chǎng)景，通過(guò)地圖、地標(biāo)、熱力圖等方式展示水環(huán)境、水華等在地理空間上的分布和時(shí)空協(xié)同變化過(guò)程。支持3D、2.5D、2D多種地圖展示形式。9.2.2數(shù)字孿生仿真基于獲取的河流湖庫(kù)、地理環(huán)境參數(shù)、環(huán)境過(guò)程變量、監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息以及傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用數(shù)字孿生、仿真技術(shù)等，在虛擬空間中構(gòu)建與實(shí)體物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字化孿生模型，實(shí)時(shí)反映水環(huán)境狀態(tài)，對(duì)水環(huán)境演變過(guò)程及趨勢(shì)進(jìn)行模擬仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)水生態(tài)環(huán)境立體式、沉浸式、全生命周期的監(jiān)管?；谒鷳B(tài)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)與模擬仿真技術(shù)可達(dá)性，建設(shè)區(qū)域環(huán)境要素孿生、水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)字孿生數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理等平臺(tái)應(yīng)用功能?？山Y(jié)合區(qū)域水生態(tài)環(huán)境管理實(shí)際需求，遵循需求引導(dǎo)、統(tǒng)10.2區(qū)域環(huán)境要素孿生10.2.1地理場(chǎng)景孿生10.2.2環(huán)境要素孿生支持對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站、水文站、氣象觀測(cè)站、采樣船等各類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備以及重點(diǎn)排污口、污染源等環(huán)境影響要素的孿生仿真，可查詢(xún)不同監(jiān)測(cè)要素的空問(wèn)分布情況。雪等多個(gè)場(chǎng)景，使用戶(hù)在同一場(chǎng)景中無(wú)縫切換各個(gè)天氣效果下自然條件?？筛鶕?jù)實(shí)際需求建設(shè)不同天氣環(huán)境下水體展示效果、水位變化的動(dòng)態(tài)仿真功能，實(shí)現(xiàn)天氣環(huán)境與水生態(tài)的聯(lián)動(dòng)模擬展示。10.3水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)分析與查詢(xún)10.3.1水生態(tài)數(shù)據(jù)查詢(xún)分析9間、水期等屬性條件進(jìn)行篩選與展示。可提供IBI、BMWP等常用水生生物評(píng)價(jià)及水生生物綜合狀況評(píng)價(jià)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)與查詢(xún)展示功10.3.2水環(huán)境數(shù)據(jù)查詢(xún)分析實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、飲用水源地基本信息以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等信息查行查詢(xún)。10.3.3水文數(shù)據(jù)查詢(xún)分析對(duì)河道、湖庫(kù)水文站信息及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)，包括站點(diǎn)名稱(chēng)、站點(diǎn)類(lèi)型、河流、站點(diǎn)地通過(guò)地圖、列表等形式進(jìn)行可視化展示。支持分析水文時(shí)間序列變化、生態(tài)流量保障情況、同環(huán)比變化等功能。10.3.4氣象數(shù)據(jù)查詢(xún)分析查詢(xún)以及可視化展示。提供氣象時(shí)間序列變化、區(qū)域/流域觀測(cè)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、同環(huán)比變化等分析功能。10.3.5基礎(chǔ)信息查詢(xún)分析定區(qū)域范圍進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。10.4水生態(tài)環(huán)境過(guò)程模擬10.4.1水環(huán)境過(guò)程模擬采用數(shù)字孿生、三維可視化渲染引擎、GIS空問(wèn)分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)河流、湖泊污染物濃度長(zhǎng)時(shí)氮等污染物，支持分層水環(huán)境變化過(guò)程模擬。可根據(jù)實(shí)際需求，建設(shè)入河排污口一河流/湖泊水體的污染物擴(kuò)散模擬功能，直觀、動(dòng)態(tài)反映水環(huán)境源匯演變關(guān)系；并結(jié)合生態(tài)保護(hù)紅線、自然保護(hù)區(qū)等生態(tài)環(huán)境敏感區(qū)邊界數(shù)據(jù)，支撐流域水生態(tài)環(huán)境過(guò)程監(jiān)管與決策。10.4.2水生態(tài)過(guò)程模擬域等不同尺度動(dòng)態(tài)仿真?；谒w(河流、湖庫(kù))長(zhǎng)時(shí)間序列遙感影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻水華數(shù)字化提取與分析，進(jìn)行水華逐日演變過(guò)程仿真及模擬，支持不同區(qū)域、不同時(shí)間尺度篩選。10.4.4流場(chǎng)與風(fēng)場(chǎng)模擬根據(jù)流場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間序列、多層次維度的數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)字模型、三維虛擬仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同水深流場(chǎng)、不同高度風(fēng)場(chǎng)的多維空間變化模擬。10.5水生態(tài)趨勢(shì)預(yù)測(cè)模擬素?cái)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的水質(zhì)短期預(yù)測(cè)、中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)功能?？深A(yù)設(shè)預(yù)測(cè)濃度、水質(zhì)類(lèi)別、主要超標(biāo)因子等異常預(yù)警規(guī)則，可進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和篩選水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)可預(yù)設(shè)發(fā)生時(shí)間、水華面積等預(yù)警規(guī)則，實(shí)現(xiàn)水華實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)分析與預(yù)警，及時(shí)為業(yè)務(wù)人員推送預(yù)警信息。10.6多維過(guò)程孿生與響應(yīng)分析10.6.1多維環(huán)境過(guò)程孿生基于水質(zhì)、河道(水庫(kù))水文長(zhǎng)時(shí)間序列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行水質(zhì)類(lèi)別、水環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(COD、高的模擬查看。不同時(shí)間尺度進(jìn)行查看。10.6.2多維要素響應(yīng)分析象、水華-水文等多要素聯(lián)動(dòng)響應(yīng)分析，支持采用表格、統(tǒng)計(jì)圖、地圖(體現(xiàn)不同點(diǎn)位差異)等方式展示各因素間影響程度，可選擇歷史長(zhǎng)期、年度、季度、日等多種時(shí)間維度進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)，支持集成分析報(bào)告模板，自動(dòng)生成響應(yīng)分析報(bào)告并一鍵下載。10.7智能監(jiān)管與決策基于水質(zhì)、流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)河流、湖庫(kù)重要點(diǎn)位主要污染物通量核算模擬，可根據(jù)區(qū)結(jié)合各地水生態(tài)環(huán)境監(jiān)管業(yè)務(wù)需要，可進(jìn)行不同污染物區(qū)域、流域、河流/湖泊污染通量情況排名統(tǒng)計(jì)，以及基于人類(lèi)活動(dòng)壓力及氣象條件等進(jìn)行通量預(yù)測(cè)模擬。10.7.2水生態(tài)環(huán)境預(yù)警基于水環(huán)境狀況分析以及預(yù)測(cè)模擬結(jié)果，可預(yù)設(shè)水生態(tài)環(huán)境預(yù)警規(guī)則，包括水質(zhì)不達(dá)標(biāo)、污染物濃度持續(xù)升高、水質(zhì)類(lèi)別突變、主要污染物改變、預(yù)測(cè)水質(zhì)超標(biāo)等，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境異常斷面自動(dòng)識(shí)別基于水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及雷達(dá)圖譜分析算法，實(shí)現(xiàn)斷面、區(qū)域、流域的水質(zhì)綜合雷達(dá)圖譜自動(dòng)繪序列變化分析等。支持預(yù)設(shè)各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)雷達(dá)圖譜預(yù)警規(guī)則，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)研判與預(yù)警?；趯\生區(qū)域水系、污染源分布、環(huán)境監(jiān)測(cè)條件等信息，可集成或建立區(qū)域污染溯源模型，實(shí)現(xiàn)河道斷面水質(zhì)指標(biāo)智能污染溯源，定量標(biāo)識(shí)不同路徑影響程度，并在地圖中進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示。對(duì)溯源路徑沿岸污染源數(shù)量、空間分布、污染物排放情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，服務(wù)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理。支持日、月、年不同時(shí)間尺度分析。級(jí)溯源，對(duì)污染物主要來(lái)源區(qū)域/企業(yè)進(jìn)行分析，計(jì)算不同污染源類(lèi)型影響程度排名，支撐水生態(tài)監(jiān)管執(zhí)法業(yè)務(wù)。根據(jù)各級(jí)監(jiān)管業(yè)務(wù)需求，可擴(kuò)充水資源模擬調(diào)度、水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、水生態(tài)健康診斷、突發(fā)環(huán)境事件模擬與應(yīng)急響應(yīng)、生態(tài)修復(fù)技術(shù)庫(kù)等功能應(yīng)用，支撐流域水生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控與管理業(yè)務(wù)。10.8數(shù)字孿生數(shù)據(jù)管理10.8.1數(shù)據(jù)編輯管理刪除、修改功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和索引功能，實(shí)時(shí)或定期更新數(shù)據(jù)資源目錄，以便快速檢索和訪問(wèn)數(shù)據(jù)。宜建設(shè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，支持從外部數(shù)據(jù)源批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)，允許手動(dòng)輸入新的水生生物、水生建設(shè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)、地理信息等各類(lèi)數(shù)據(jù)流入流出的入庫(kù)狀態(tài)，可采取分析圖表方式進(jìn)行展現(xiàn)?？深A(yù)設(shè)數(shù)據(jù)缺失、接入滯后等預(yù)警規(guī)則，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)提示預(yù)警。對(duì)用戶(hù)的注冊(cè)、登錄、密碼等信息進(jìn)行管理，確保用戶(hù)信息的安全和完整性。支持設(shè)置用戶(hù)對(duì)平臺(tái)各項(xiàng)功能和資源的訪問(wèn)權(quán)限，可進(jìn)行角色的創(chuàng)建、編輯和刪除，以及角色權(quán)限的分配和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)權(quán)限的精細(xì)化管理。10.9.2身份認(rèn)證與單點(diǎn)登錄建立統(tǒng)一的身份認(rèn)證系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)在不同子系統(tǒng)間的身份驗(yàn)證，用戶(hù)只需登錄一次即可訪問(wèn)多個(gè)根據(jù)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)需求，支持自定義數(shù)據(jù)模型，可進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建、編輯、刪除等管理操作。對(duì)于有個(gè)性化需求的用戶(hù)，允許白定義查詢(xún)條件和統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，靈活配置數(shù)據(jù)查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)功能。支持根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制流程，提供業(yè)務(wù)流程的可視化配置和管理，提高系統(tǒng)適應(yīng)性和靈活性。對(duì)于有運(yùn)維需求的用戶(hù)，可基于各子系統(tǒng)獨(dú)立的功能參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行系統(tǒng)功能參數(shù)統(tǒng)一管理、可視化展示和維護(hù)，方便系統(tǒng)功能調(diào)整和優(yōu)化。10.9.5運(yùn)行監(jiān)控與異常報(bào)警基于系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)情況，進(jìn)行服務(wù)器負(fù)載、內(nèi)存使川情況、網(wǎng)絡(luò)流量等監(jiān)控分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行異常。設(shè)定異常報(bào)警規(guī)則，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，立即發(fā)出警報(bào)并提供相應(yīng)的處理建議，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)有效管理用戶(hù)身份和權(quán)限、配置業(yè)務(wù)流程和功能參數(shù)，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和異常處理，系統(tǒng)管理模塊確保平臺(tái)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升管理效率。11標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系宜遵循國(guó)家及生態(tài)環(huán)境信息化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)聯(lián)通、設(shè)備接入與系統(tǒng)集成等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建設(shè)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。相關(guān)接口規(guī)范和聯(lián)通宜按HJ718和HJ719的規(guī)定執(zhí)行。11.2數(shù)據(jù)接口11.2.1建立API接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各功能模塊之間的數(shù)據(jù)交換和通信，提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。宜采用消息隊(duì)列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間的異步通信和解耦，提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力和性能表現(xiàn)。11.2.2系統(tǒng)宜支持各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如HTTP、HTTPS等，實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)或設(shè)備的數(shù)據(jù)交互和通信。支持多種數(shù)據(jù)格式，與不同系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享，保證數(shù)據(jù)的互通性和兼容性。11.3.1系統(tǒng)宜制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行系統(tǒng)間交互通信時(shí)，確保接口的一致性和可用性。11.3.2宜采用加密、數(shù)字簽名等技術(shù)手段，保障數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)過(guò)程中的安全性和保密性，防止數(shù)據(jù)泄露和篡改。11.4設(shè)備接入與集成11.4.1綜合考慮系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集類(lèi)型，支持多種設(shè)備接入?yún)f(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和通信，進(jìn)行設(shè)備的智能化監(jiān)控和管理。宜建立設(shè)備接入認(rèn)證機(jī)制，確保接入設(shè)備的合法性和數(shù)據(jù)的安全性，防止非法設(shè)備接入系統(tǒng)造成數(shù)據(jù)泄露或系統(tǒng)故障。11.4.2宜開(kāi)發(fā)或集成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與不同廠家、型號(hào)的監(jiān)測(cè)設(shè)備的兼容和聯(lián)通，提高系統(tǒng)的通用性和適用性。12運(yùn)行保障體系12.1服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境系統(tǒng)部署環(huán)境宜滿(mǎn)足國(guó)家及地方信創(chuàng)有關(guān)要求，環(huán)境物理安全級(jí)別宜符合GB/T21052的對(duì)應(yīng)等級(jí)要求，具體等級(jí)依據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景確定。結(jié)合水生態(tài)數(shù)字孿生計(jì)算存儲(chǔ)需求規(guī)模和負(fù)載情況，合理配置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、渲染服務(wù)器等硬盤(pán)等，以滿(mǎn)足系統(tǒng)的計(jì)算和存儲(chǔ)需求。在進(jìn)行大規(guī)模并行計(jì)算或深度學(xué)習(xí)等加速計(jì)算的應(yīng)用時(shí)，宜加強(qiáng)高性能計(jì)算能力的建設(shè)，可配置高性能GPU,以保障計(jì)算效率。優(yōu)先使用有線通信方式，滿(mǎn)足信息傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。配置穩(wěn)定可靠的路由器設(shè)備，支持高速數(shù)據(jù)傳輸和多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保障系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接和互聯(lián)互通。宜選擇高性能、可靠的交換機(jī)設(shè)備，支持大帶寬和高速傳輸，保障服務(wù)器之間和服務(wù)器與客戶(hù)端之間的數(shù)據(jù)通信暢通。部署防火墻設(shè)備，設(shè)置安全策略和訪問(wèn)控制規(guī)則，保障系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全。選擇存儲(chǔ)容量滿(mǎn)足系統(tǒng)數(shù)據(jù)存貯量及數(shù)據(jù)擴(kuò)展需求的存儲(chǔ)設(shè)備，可采用高容量硬盤(pán)陣列或網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)。根據(jù)系統(tǒng)性能要求選擇