数字孪生流域建设风险评价研究

数字孪生流域建设风险评价研究

李杨

内蒙古自治区发展和改革委员会  内蒙古 呼和浩特  010098

摘要：数字孪生流域建设是智慧水利的重要组成部分，直接影响智慧水利建设目标的实现。根据数字孪生流域建设的复杂性特点，其建设过程将存在诸多风险，但关于数字孪生流域建设的风险管理研究成果较少，无法提供可参考的风险管理建议。因此，本文以数字孪生流域建设支撑要素为视角构建风险评价体系，对风险进行等级评价，确保风险防控措施的有效性，促使工程建设到达目标要求。

关键词：数字孪生流域；建设风险；风险评价

1数字孪生流域建设的内涵与任务

通过了解数字孪生流域建设的内涵与任务，为识别建设过程需要进行风险管理的内容提供依据。依托数字孪生技术对大江大河大湖、重点流域和区域进行精细化科学化管理是数字孪生流域建设的主要内涵，建设任务主要包括有信息化基础设施、数字孪生平台、业务应用管理、网络安全体系，具体建设任务见下：（1）信息化基础设施。输入流域相关资料包括水利工程建设历史资料、各种监测运行数据、高精度的DEM、DOM、DSM，结合BIM技术、3S技术、激光扫描、无人机、倾斜摄影获取监测点信息，合理布设传感器将获取的信息衔接传输到水利云，再对数据信息进行初步降噪处理，根据数据的重要程度暂存到不同水利云中进行分级共享。（2）数字孪生平台。通过数字地形、数据循环、数学模拟和数字技术，形成仿真运行、智能模拟与虚实交互，同化融合多尺度、多源数据（多源降雨数据、多尺度城镇或农村信息数据、多源监测数据、水工程安全数据等），全过程数据的协同化（包括降雨径流、城镇或农村周边重要河湖水流演绎、场景模拟、情景分析等），相关部门数据协同化其中包括横向部门的协同（如气象、水文、水利、应急、住建、国土等）和纵向部门的协同（国家、市区周边河流机构、各市区、市周边县等），通过数字孪生平台，构建以流速、流量、水深、人群分布等流域水系要素的实时展示，将数据从简单组合到融合的处理，真正实现从数据的汇集到治理的智慧。（3）应用业务管理。构建全面多维度精细画面及动态模拟的系统，实现对流域的数字化管理和智能决策，包括极端降水或干旱的“四预”管理与通报、全系列方案的演绎效果与评估、全过程查询与追溯、全水利设施的属性与动态分析等，实现对水旱灾害预防、水资源优化调度等应用的智能化管理与决策，以应对自然灾害彰显社会效益及生态效益。（4）网络安全体系。数字孪生流域构建了一个多部门参与的公共管理和服务平台，为了防止非法机构的入侵造成系统数据信息泄露或崩溃，导致严重后果，故而建立一个安全体系，对整个数字孪生流建设体系进行严防死守，在当下社会环境中是非常必要的。

2数字孪生流域建设风险评价

2.1评价体系构建的原则

风险评价指标对风险评价结果的准确性有着重要的影响，故风险评价指标体系的建立必须遵守构建的原则。分析指标体系建立的原则首先需要明确其特点，本文根据数字孪生流域建设的任务、内涵与特征，确定风险评价指标体系建立的原则，具体如下：（1）全面性。数字孪生流域建设风险评价体系必须以“三算”建设难点出发，结合建设框架识别出风险的各个方面，保持客观中立态度不可避重就轻。根据当前数字孪生技术应用的状况，以及各专家学者的看法，全面综合的构建一套能反应数字孪生流域建设风险评价的指标体系。（2）科学性。风险评价的指标必须是准确、合理、科学的，需请两位从事风险管理研究的学者分别进行资料内容中因果关系语句的筛选与分析，再归纳出关键词与概念，形成风险因素的因果逻辑关系分析表，绘制因果映射图，计算各风险因素的中心性，再确定最终评价指标，整个指标体系的建立过程都有据可循。（3）层次性。本文围绕数字孪生流域建设风险展开论证，以层次的形式进行评价体系构建。层次数的确定根据经验可以选择三至四层，本文选择评价层数为三层，即为目标层、准则层、指标层。（4）适用性。本文所构建的风险评价指标体系，应基本适用于各类型流域的数字孪生建设，确保科学严谨的评价出数字孪生流域建设的真实风险程度，故风险评价指标中不应含有针对个别评价对象的有利指标。

2.2基于因果映射法的风险体系构建流程

因果映射技术起源于运筹学领域，在国内外主要应用于企业战略管理相关研究、信息系统开发、项目风险建模。因果映射法的最终输出结果为因果映射图，该图本质上是一种有向图，它将情境感知（主观信息）通过因果关系连接词进行表达，可将因果映射法作为信息数据捕获及分析的工具。基于因果映射法的风险体系构建主要包含资料信息收集、风险因素识别（包括信息结构化，因果映射图绘制）、风险因素筛选（因果特征分析）、评价指标评审、确定评价指标体系。

2.3风险因素识别

（1）资料选取及信度分析。根据数字孪生流域建设的任务，采用因果映射法能体现出单个风险因素是如何被感知的情况，可清晰整体的展现出数字孪生流域“三算”建设存在的风险点，全面且严谨的挖掘出数字孪生流域“三算”建设的风险因素，构建出科学合理的风险评价指标体系，为数字孪生流域建设风险评价结果的可靠性提供基础。根据专家讲座或访谈资料及文献资料，整理出描述数字孪生流域建设问题与挑战的关键词句，将初始资料进行拆分，文本关键词句选择方式参考文献。（2）概念编码与逻辑连接词。根据风险因素识别信息过滤器，挑选符合数字孪生流域“三算”建设的风险因素相关语句，选取语句内容的逻辑连接词，根据连接词两边的信息，归纳出语句所指的概念并对其进行编码，完成风险因素识别。为保证风险因素识别归类的严谨性，再次邀请挑选关键词句的两位学者，分别进行关键词的选取。再次利用SPSS软件对两学者的选取结果进行信度分析。

3降低建设风险措施的建议

根据我国数字孪生流域建设目前的情况，根据各指标的因果影响关系分析，可针对风险控制提出以下建议：（1）提高学习交流机会。降低数字孪生流域建设风险主要依靠技术人员的技能水平，我国目前数字建设已有十余年，组织专业人员进行技能交流学习，可让技术人员了解不同行业数字建设的经验，结合本工作领域的问题，探索出解决问题的方法。如举办数字建设交流峰会、数字建设成果评比等。（2）增加专业人员数量。建设创新型国家与专业人才密不可分，我国于20世纪90年代就提出“政-产-学-研”的战略思想体系，旨在利用各部门的不同职能属性，有效促进各行业创新发展。政府主要对整个体系进行统筹协调，以保障其能按照既定的目标顺利进行，稳固系统的紧密程度；产业在体系中处于核心位置，能准确定位市场的需求，并反馈至其他部门；大学与研究机构是培养和输送专业人才的主要场所，也是科研创新的主要阵地。根据最新的研究成果，该体系的运行机制主要为产业将市场用户需求信息提供到政府、大学与研究机构，政府对产业和学研提供资金与制度；学研对需求进行转化，并提出相应的研究课题，形成研究成果再反馈给政府与产业。由此完成产业的升级与人才的培养及引进，提高专业人员数量。（3）划分优先建设区域。我国流域宽广辽阔，显然建设需要分级开展，针对具有经济价值的区域、具有管理单元属性完整的空间、具有安全价值的场所以及具有生态价值的区域等优先进行建设，筛选建设范围可降低建设技术难度、降低成本投入等。（4）设定冗余的防攻击措施。采用冗余的预备防护措施，可对抗网络攻击进行预防。当前网络攻击事件越发频发，必须针对网络攻击采取多层防御机制，如借助提供云计算服务的厂商、建立专业的网络安全团队、购买保险等方法。

参考文献

[1]钱峰,周逸琛.数字孪生流域共建共享相关政策解读[J].中国水利,2022,(20):14-17.

[2]江恩慧,屈博,王远见,等.基于流域系统科学的黄河下游河道系统治理研究[J].华北水利水电大学学报(自然科学版),2021,42(04):7-15.