关于前端:图扑数字孪生水利工程助力水资源合理利用

前言

从大禹治水到三峡大坝的建造，人类为管制和调配自然界的地表水和地下水，建筑了许多的水利工程。对水资源进行了宽泛的开发利用，诸如农业灌溉、工业和生存用水、水力发电、航运、港口运输、咸水养殖、游览等。

将图扑软件与 GIS、粒子仿真、虚拟现实、边缘计算等技术相结合，数字孪生闽江流域水利工程，实现坝、堤、溢洪道、水闸、渠道、渡漕、筏道、鱼道、水电站、水质、环境、水位、降雨等的实时监测，实现对水力资源的可继续利用。

成果展现

水电站

人们通常利用水电站水库零碎调节和扭转水力资源在工夫和空间上的散布，并联合水力零碎、机械系统和电能产生安装等实现水力势能到电能的转换。

水电站建筑物包含：坝、水闸等挡水建筑物；溢洪道、溢流坝、泄水孔等排泄多余水量的泄水建筑物；为发电取水的进水口；由进水口至水轮机的水电站引水建筑物；为安稳引水建筑物的流量和压力变动而设置的平水建筑物（调压室、前池）以及水电站厂房、尾水道、水电站升压开关站等。

通过图扑软件将水电站厂房、生态鱼道、泄洪闸门等进行数字孪生，在云上买通虚构和事实。集成业务零碎中传感器采集的不同方面数据（例如生物信息、气象信息、水位水头信息、闸门启闭耗时、泄洪闸门开度等），而后通过接口的模式实现数据对接。虚构模型可用于运行模仿和钻研性能，能够将钻研后果用于水电站运行效率的晋升。

生态鱼道

水电我的项目会影响上游和上游的水生生态系统，该当建造人工繁殖放流（如增殖站）、过鱼设施（工程弥补措施，如鱼道等）、自然保护区或其它补救措施保护生态平衡。通过 Hightopo 构建的可视化鱼道模块，清晰地展现出鱼道外观、构造、过鱼品种、洄游路线，让人理解鱼道的结构和运行原理。

鱼道由进口、槽身、进口和诱鱼补水零碎组成，进口多安排在水流安稳且有肯定水深的岸边或电站、溢流坝进口左近。槽身横断面为矩形，用隔板将水槽上、上游的水位差分成若干个小的梯级，板上设有过鱼孔。通过图扑智慧水利水电的生态信息数据面板，查看鱼道水位、流速、过鱼量、水温等数据，实时关注鱼道生态。

泄洪闸门

水电站水库能施展滞洪和蓄洪作用。在水库溢洪道设置闸门，通过扭转闸门开启度来调节下泄流量的大小。因为有闸门管制，防洪限度水位能够高出溢洪道堰顶，并在泄洪过程中随时调节闸门开启度来管制下泄流量，达到滞洪目标。蓄在水库的一部分洪水可在枯水期有打算地用于兴利须要。

通过图扑智慧水利水电工程案例可直观地查看大坝主体数个泄洪闸门实时的启闭状态，辅以气象信息、水位信息数据显示，帮忙集控核心的人员在汛期及时作出决策。

水力发电工艺流程

水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力。将水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，从而失去电力。

水力发电零碎次要由压力引水管、水轮机、发电机和尾水管等组成。河川的水经由拦水设施夺取后，通过压力隧道、压力钢管等旱路设施送至电厂。利用图扑软件的三维组态还原电力生产过程，监控机组运行状态，进步发电效率。

Ⅰ水力势能到机械能的转变

江水水位在坝前升高造成落差，积蓄了水力势能。当机组筹备发电时，对机组尾水管、引水压力钢管和蜗壳进行充程度压，提起机组上游尾水管闸门和上游闸门。

开机后，调速零碎操作导水机构开启流动导叶，蜗壳内的低压水流经其内侧平均排列的固定和流动导叶造成肯定环面后，平均可控地进入水轮机转轮，间断的带压水流从转轮叶片外缘整周径向流入，从转轮进口轴向流出，水力副作用于转轮叶片，使转轮产生旋转力矩并带动转轮旋转，水力势能转变为机械能。在图扑可视化零碎内接入了单个机组的转速、导叶开度等数据。

利用图扑软件自研引擎弱小的渲染能力，还原该过程的每个步骤，可用于新员工的培训和平安解说。

Ⅱ机械能到电能的转变

水轮机转轮带动机组大轴旋转，并将扭矩传递给与其同轴的发电机转子，转子通过励磁造成的磁场，在定子绕组中作同步旋转，发电机定子在交变磁场的作用下，在绕组中产生感应电势，由此实现了从机械能到电能的转换。

水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。将传感器数据上传图扑可视化零碎可判断工艺流程的合理性，发现妨碍电能转变的因素时及时修改，进步电能输入率。

Ⅲ高级电能到合格电能

通过接线端子引出，将导线连成闭合回路，回路中产生电流与电压，通过发电机进口母线，电流进入升压变压器，在这里电压被升至 500kV，而后进入六氟化硫气体绝缘开关站（GIS），连贯输电线路进入电网，从而实现水轮发电机组的电力生产到输送的最初一个环节。

图扑软件三维组态还原了水力资源从势能转变为电能的过程，一方面能够给学员提供仿真教学示例，另一方面能够向外界遍及水力发电常识。交融数字建模、数字孪生、仿真模仿等技术，轻松构建低代码、零代码物联网 IoT 平台，辅助水利水电工程实现智慧化治理。

相较于 InTouch/IFix/WinCC 这些传统组态软件，图扑基于 Web 的平台更适宜 C/S 向 B/S 转型的大趋势，多元素丰盛的可视化组件和反对快捷的数据绑定形式，可用于疾速创立和部署。不仅是 3D 上的成果展示，图扑软件还反对绘制二维组态。图扑软件 HT 可视化技术采纳 B/S 架构，通过对传统二维的发电工艺组态图进行重构设计，对接测点数据实现 Web 化跨平台多端拜访，无论是 PC、PAD 或是智能手机关上浏览器，即可随时拜访监控场景。

图扑反对将大屏组态集成至 B/S 端，与其余支流前端框架如 Angular、React 和 Vue 等无缝交融，突破了以往用户在管制室内管制场景的局限性。

二维组态基于 SCADA 零碎，将图纸进一步丑化降级。以平面图的模式展现了坝顶高程、大坝门机、主变压器、大坝库区、引水钢管、500kV 出线架、主厂房行车、发电机、水轮机在水力发电的过程中运行的先后顺序，并模仿水力势能—机械能—电能的转变，再通过 500kV 线路输送到 500kV 变电站的过程。

水库中水能转化为电能的多少与压力引水管管口处作用力大小密切相关。水库水量、水库水位、压力引水管歪斜角度等影响引水管管口作用力的因素间接影响着水能到电能的转换效率。

以蓝色的深浅代表水流的速度，以动静的点状线路模仿输电过程，整个过程清晰明了，一张图把握水力发电站运行态势。高效协调水库和水机电零碎之间以及水机电零碎各局部之间的运行问题，进步发电效率。

图扑软件 Low-Code 实现发电工艺中的“设施互联、零碎互通、数据互享、业态互融”，实现 MIS/SCADA 等外围信息系统深度集成。

水轮机仿真拆解

水轮机是水电站的核心部件，深埋于水电站的外部。水轮发电机组由压力钢管、蜗壳、导水机构、转轮、机组大轴、发电机定子、发电机转子等次要局部形成。

平面图、塑料动态模型或者到水电站实地参观都无奈使人直观、简略、全面、零碎的理解水轮机内、内部构造组成以及工作原理。

“水轮机仿真拆解”通过三维仿真动画全方位体现，不仅给人以身临其境的感触，还能不受工夫、地区的限度，零碎、全面的理解水轮机各部件组成及动作原理。

水轮机三维仿真动画的制作须要筹备许多素材，比方所有整机的零件图、三维图、动画背景等。通过图扑软件的业余建模与渲染引擎技术制作机组仿真场景，模型精度高。1:1 还原机组设施次要部件的拆解与组装原理，可对工作人员进行产品组装、拆分、培修培训。

图扑软件数字孪生水轮机拆解过程，实现了在数字世界对物理实体状态和运行的全面精准出现。场景中设施整机，浮现相应的属性信息，精确把握设施外部业务流程、行为逻辑、状态变动等。

相较于传统形式，设施的三维展现具备更灵便的表现形式和更直观的成果，活泼的演示动画能让观看者更快理解设施的工作原理，防止因语言误差而造成误会。

主接线图

水电站收回的电力需由空架输电线路输送到用户集中区的变电所。因为机端负荷较大，出线回路数多，因此发电机电压级接线个别采纳有母线的接线形式。依据容量可为单母线、单母线分段、双母线、双母线分段。当机组容量较大时，可在母线分段处和出线上加装电抗器，以限度短路电流。利用图扑软件大屏组态、UI 组态展现主接线图，实现对线路运行状况的监控。用红色字示意设施正在运行，绿色字示意已停机。对接电厂的隔离开关、断路器、发电机等设施数据实现实时状态展现。

图扑还满足工业物联网现代化的、高性能的、跨平台（桌面 Mouse / 挪动 Touch / 虚拟现实 VR）的图形展现成果及交互体验。反对联合 VR/AR 进行展现，让用户可能沉迷在虚拟环境中进行体验，尤其对工厂、车间、生产线等大型场景更具备劣势。

机组运行参数

图扑软件采纳不同类型的图表模式统计了全厂有功功率、无功功率、日发电打算完成率、月发电打算完成率、日累计发电量、月累计发电量、年累计发电量等数据。利用黄色、绿色、紫色辨别预警、失常、故障三种机组状态，及时辨认机组是否良好运行。应用全厂有功、全厂无功双曲线的模式，展现了近 12 小时内单个机组的功率稳定状况，让电厂实现精细化治理。

智慧巡检进入主厂房后，反对以第一人称视角自在漫游（W A S D 方向键联合鼠标操作），可查看发电机具体运行参数、摄像头监控画面等信息。

反对绘制并保留罕用巡检路线，每次进入后依照固定路线主动漫游，满足个性化的巡检需要。通过巡检模仿人或者巡检车巡检的过程，通过设施时能够停留查看设施信息。

图扑软件能无缝联合 HTML5 各项多媒体性能，反对集成各类视频资源造成对立的视频流，可在 3D 场景内关联坝顶、发电机层、配电室摄像头的视频信号源。通过场景交互来调取相应监控视频，满足运维人员的实时态势感知、历史数据回溯比对等需要。

图扑软件也反对虚实交融，把视频画面准确交融显示在三维模型对应的空间实在地理坐标地位，这种交融不会随着三维模型的歪斜、旋转而产生错位，充分发挥出三维场景的直观特点。通过视频交融可实现要害门路主动视频巡检，重点区域关注指标疾速锁定等高级性能，为日常治理和突发事件的解决提供直观精确的帮助。

智慧安防

大型水电站都具备装机容量大的特点，影响着区域供电。一旦站内的水库、大坝（含副坝）、发电厂房、引水渠等产生故障，将造成大面积停电，重大影响社会的谐和稳固。图扑水电站的智慧安防零碎关联站内监控信号源，显示现场监控画面，对区域闯入、烟火、故障等进行监测，保障站内设施设施的良好运行。3D 场景内图标可点击查看相应监控画面、人员名称、报警工夫、报警详情。

2D 界面标注了摄像头散布状况、视频统计、行为剖析报警、站内人员散布、人员报警等信息。通过图扑可视化零碎，可将视频监控零碎、出入口管理系统、智能一卡通零碎、入侵报警零碎、作业过程管理系统、周界水域侦测零碎、应急指挥系统等进行交融治理。

全景漫游

将 GIS 翻新融入图扑软件中，为可视化赋予更弱小的天文智慧。反对接入多源异构数据，标注各个水电站地位信息，即时还原高精度实在现场。

采集江河流域范畴内的 DOM（数字正射影像）和 DEM（数字高程模型）数据，以实在的城市河道现状信息和周边风物信息为根据，对河道、河底的三维空间数据进行三维几何建模；而后叠加精密建模的水电站模型，并进行渲染优化；最初采纳显示列表、纹理优先级、细节层级模型（LOD）等图扑软件渲染技术，实现三维河流实时真切的虚构场景显示，并提供丰盛的人机交互伎俩。

通过图扑软件建设整条流域的虚构漫游，近景和远景背景区别设置，增加了水雾、大气、云层等环境成果，让场景更实在、灵动。漫游将主观实在存在的场景通过浏览器以虚构漫游模式达到异地浏览的目标，用户足不出户即可游历风物景点和建筑物外部场景。

流场监测

使用图扑研发的力场粒子成果，仿真模拟出江流流动，联合不同流速区间对应的不同粒子色彩，对流场进行渲染，实时展现流速数据。

仿真剖析技术的利用范畴涵盖社会的诸多方面，联合图扑软件 Web 可视化引擎为工程仿真、气象预报、生命科学、科研教育、电力系统、交通运输、工业制作等不同畛域的倒退起到了推动作用，为不同的行业倒退注入了新的能源。

岸线仿真

图扑软件能依据历史水位数据模拟出江流周边岸线变动状况，有助于判断水位临界值，提前调节水位，避免产生洪涝灾害或者提前告诉周边居民转移。

水质反演

基于已采集的江流、水库水质历史数据，应用图扑软件研发的云图渲染技术，取出某段平面水域，将水质数据的高下，用平面云图展现，并反对操作时间轴，反演全年的水质变动状况。依据推演数据判断水中化学残留物的含量、水中盐分、上游河水含盐量、水中血吸虫数量、微生物及细菌的数量、水生植物及藻类数量等。当呈现重大水质问题时，及时采取补救措施。

总结水力发电与航运、养殖、灌溉、防洪和游览组成水资源综合利用体系，让水力资源失去最大利用。将来，水电站的自动化、远动化等也将进一步欠缺推广；倒退远距离、超高压、超导资料等输电技术，将有利于减速中国西部丰盛的水力资源开发。

您能够至图扑软件官网查看更多案例及成果：https://www.hightopo.com/demos/index.html