重大突破

　　受计算机软硬件条件的限制，现有的流域信息化平台难以实现流域地理空间全要素“实景三维”场景构建和高效可视化，且平台功能侧重数据展示、实用性普遍不强，在地理空间要素逼真表达和流域精细化管理决策支撑方面还存在诸多不足。 

　　近年来，“数字孪生”技术发展迅猛，通过集成多物理量、多尺度的仿真过程，可在虚拟空间中完成地理实体映射，从而反映实体的全生命周期过程，正逐渐被应用与智慧城市、数字医疗、工业设计等领域，但面向流域综合管理的“数字孪生”技术研究还鲜有相关报道。 

　　在国家水专项课题、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的资助下，中国科学院南京地理与湖泊研究所段洪涛研究员团队以巢湖流域为研究对象，对流域尺度的地理空间要素快速三维重建、多元监测监控数据的智能分析、流域多过程机理模型耦合集成等关键技术进行了深入研究，在提升现有流域信息化平台的“好看”（可视化效果）和“好用”（决策支撑能力）方面取得了较大进展。研究成果《Design and development of a web-based interactive twin platform for watershed management》于2022年1月发表在GIS领域的主流期刊Transactions in GIS. 论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tgis.12904. 论文第一作者为邱银国博士。 

　　本研究的主要贡献包括三方面： 

　　（1）在不需要特殊软硬件支撑的条件下，实现了对流域地理要素的逼真模拟、高效可视化和三维空间分析。设计了基于“四叉树”的三维模型数据组织和存储方法，并基于剔除渲染（CR）、多细节层次（LOD）以及Web异步加载等技术实现了流域虚拟场景在浏览器端的动态、高效渲染（图1）。 

　　（2）实现了流域水环境异常信息的智能诊断和自动报警。构建了面向流域多源水环境监测数据的时空数据模型和智能分析算法，可以快速感知水环境现状分布、变化趋势和超标报警信息（图2）。 

　　（3）在“实景三维”环境中实现了流域的精细化管理。集成了面向流域污染物精准减排的成套机理模型，在流域水质目标的约束下，实现了流域污染物优化减排方案的空间表达（图3）。 

图1 设计的浏览器端三维模型数据加载框架和效果

图2 水环境异常信息智能诊断和自动报警功能

图3 模型集成框架和流域精细化管理功能