在这个案例研究中，CHC导航解释了其数据采集产品和解决方案如何用于建立数字孪生洪水模型，为工程和建造未来的防洪结构提供科学基础。
防洪构筑物，如堤坝、大坝、支路、防洪堤、排水渠和泄洪道，旨在保护沿海和沿河地区的城市、农场和其他有经济价值的地区，以及生活在那里的人们。这些建筑可以防止洪水淹没低洼地区和附近的建筑，如住宅、企业、道路和铁路，在某些情况下，通过引导水流进入水体，如湖泊、海洋或水库。如果设计和建造得当，它们可以显著减少洪水损害，鼓励洪水易发地区的发展，并为社区提供安全。然而，如果设计、建造、操作或维护不当，它们可能不足以阻止不受控制的洪水，并可能增加洪水的风险。因此，在规划新结构时，工程师必须有高度准确的数据来建立数字双洪水模型，这将为工程和建造未来的防洪结构提供科学依据。
数字孪生洪水模型究竟应该如何构建?它应该基于什么?让我们来看看中国水文和水资源局最近在中国黄河部分实施的项目，目标是28公里长的黄河流域。
我。从多个来源收集数据
该项目的第一步是从水下、陆地和空中获取3D数据开始的。
图1。CHCNAV在山东省水文水利局前为调查准备的产品和解决方案。
配备激光雷达和正射相机的无人机采集河两岸地形数据，配备单波束和多波束测深仪的usv采集水下高精度地形和水深数据:
1.水下数据是由多波束和单波束测深仪安装在Apache 6而且Apache 4usv(无人水面交通工具)。
2.的AlphaUni激光雷达系统安装在所以无人机(无人机)收集陆地数据。
3.航空数据是由一个斜向照相系统安装在无人机上的CHCNAV．
图2。本次调查使用了CHCNAV的数据采集产品和解决方案。
通过这些互补的设备，可以获得来自多个来源的异构数据，如大尺度遥感图像、激光点云、地形数据、倾斜摄影、CAD图纸和BIM模型。CoPre软件（3D激光扫描预处理软件，可以处理捕获的原始数据，包括POS轨迹、激光雷达数据和RGB图像)用于Tilt和DOM建模。CoProcess软件（软件设计用于现实捕获后处理任务和DEM/DTM生成)用于生成高精度DEM模型，这是一种由高程数据创建的地面三维表示，水面和水下区域的点云密度均超过50点/m2。
图3。从左到右，从上到下:Tilt、BIM、DOM和DEM模型。
此外，从CHCNAV获得高精度的实时定位数据歌珥站和GNSS传感器，以及气象水文数据、人工智能视频数据，以及其他有关防洪、河道和水库运行和维护的相关信息，都是由该局事先为该项目的准备的。
2海量数据加载和快速渲染
在数字双胞胎数据库中收集和生成的数据量达到PB;一个强大的三维洪水模拟和可视化第三方平台用于快速渲染和处理大量信息。
3多场景洪水智能模拟与建模
图4。洪水建模过程的组成部分。
至此，已经实现了另外三个步骤:
1)数据分析
水文分析需要了解水是如何在景观中流动的。它的目的是帮助确定洪水可能发生的位置和发生的概率。现场数据(气候记录、洪水图、流量记录、水文摘要、地下水位记录、水质、资源数据等)以及远程操作车辆和生成模型获得的准确全面的数据作为分析的基础。所提供的数据质量是高质量模型的重要组成部分。
2）高分辨率历史洪水建模与模拟
在确定范围阶段使用了历史洪水信息来开发洪水机制的概念模型。基于实际洪水记录，在第三方洪水模拟平台上再现了不同年份的整个洪水过程。
图5。基于第三方软件的历史洪水事件模拟与分析根据CHCNAV的USV和无人机收集的数据。
3)洪水风险实时建模与仿真
在三维水动力模型计算的基础上，利用第三方洪水建模软件对洪水外推过程进行了实时模拟，采用自主开发的水动力建模算法对定常和非定常流型进行了模拟。
图6。基于第三方软件的实时洪水外推过程模拟根据CHCNAV的USV和无人机收集的数据。
四、定制化业务应用
作为下一步工作，在已开发的数字洪水模型的基础上，数字流域双胞胎项目要求技术人员、专家和用户共同努力，根据项目进度(2022-2025年)，在未来几年内开发流域工程和建设的定制应用程序。
综上所述，三维海量数据采集系统的使用，如CHCNAV无人机年代，USV年代,激光雷达，以保持最新的高质量地形图和水深数据，是数字孪生模型的基础，因为它是建立水力模型和制作洪水地图的基础。然而，过时的信息会显著增加开发数字模型的时间和成本，以及人为错误的可能性。即使在重用遗留数据的情况下，在应用3D现实捕获解决方案之前，也必须确认自初始数据收集以来，研究区域没有发生重大变化(侵蚀或沉积、植被生长、建设、改变、移除等)。
