從大禹治水到三峽大壩的建造，人類為控制和調(diào)配自然界的地表水和地下水，修建了許多的水利工程。對(duì)水資源進(jìn)行了廣泛的開發(fā)利用，諸如農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和生活用水、水力發(fā)電、航運(yùn)、港口運(yùn)輸、淡水養(yǎng)殖、旅游等。

將圖撲軟件與 GIS、粒子仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、邊緣計(jì)算等技術(shù)相結(jié)合，數(shù)字孿生閩江流域水利工程，實(shí)現(xiàn)壩、堤、溢洪道、水閘、渠道、渡漕、筏道、魚道、水電站、水質(zhì)、環(huán)境、水位、降雨等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水力資源的可持續(xù)利用。

水電站

人們通常利用水電站水庫系統(tǒng)調(diào)節(jié)和改變水力資源在時(shí)間和空間上的分布，并結(jié)合水力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和電能產(chǎn)生裝置等實(shí)現(xiàn)水力勢(shì)能到電能的轉(zhuǎn)換。

水電站建筑物包括：壩、水閘等擋水建筑物；溢洪道、溢流壩、泄水孔等排泄多余水量的泄水建筑物；為發(fā)電取水的進(jìn)水口；由進(jìn)水口至水輪機(jī)的水電站引水建筑物；為平穩(wěn)引水建筑物的流量和壓力變化而設(shè)置的平水建筑物（調(diào)壓室、前池）以及水電站廠房、尾水道、水電站升壓開關(guān)站等。

通過圖撲軟件將水電站廠房、生態(tài)魚道、泄洪閘門等進(jìn)行數(shù)字孿生，在云上打通虛擬和現(xiàn)實(shí)。集成業(yè)務(wù)系統(tǒng)中傳感器采集的不同方面數(shù)據(jù)（例如生物信息、氣象信息、水位水頭信息、閘門啟閉耗時(shí)、泄洪閘門開度等），然后通過接口的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接。虛擬模型可用于運(yùn)行模擬和研究性能，可以將研究結(jié)果用于水電站運(yùn)行效率的提升。

生態(tài)魚道

水電項(xiàng)目會(huì)影響上游和下游的水生生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)建造人工繁殖放流（如增殖站）、過魚設(shè)施（工程補(bǔ)償措施，如魚道等）、自然保護(hù)區(qū)或其它補(bǔ)救措施維護(hù)生態(tài)平衡。通過 Hightopo 構(gòu)建的可視化魚道模塊，清晰地展示出魚道外觀、結(jié)構(gòu)、過魚種類、洄游路線，讓人了解魚道的構(gòu)造和運(yùn)行原理。

魚道由進(jìn)口、槽身、出口和誘魚補(bǔ)水系統(tǒng)組成，進(jìn)口多布置在水流平穩(wěn)且有一定水深的岸邊或電站、溢流壩出口附近。槽身橫斷面為矩形，用隔板將水槽上、下游的水位差分成若干個(gè)小的梯級(jí)，板上設(shè)有過魚孔。通過圖撲智慧水利水電的生態(tài)信息數(shù)據(jù)面板，查看魚道水位、流速、過魚量、水溫等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)關(guān)注魚道生態(tài)。

泄洪閘門

水電站水庫能發(fā)揮滯洪和蓄洪作用。在水庫溢洪道設(shè)置閘門，通過改變閘門開啟度來調(diào)節(jié)下泄流量的大小。由于有閘門控制，防洪限制水位可以高出溢洪道堰頂，并在泄洪過程中隨時(shí)調(diào)節(jié)閘門開啟度來控制下泄流量，達(dá)到滯洪目的。蓄在水庫的一部分洪水可在枯水期有計(jì)劃地用于興利需要。

通過圖撲智慧水利水電工程案例可直觀地查看大壩主體數(shù)個(gè)泄洪閘門實(shí)時(shí)的啟閉狀態(tài)，輔以氣象信息、水位信息數(shù)據(jù)顯示，幫助集控中心的人員在汛期及時(shí)作出決策。

水力發(fā)電工藝流程

水力發(fā)電的基本原理是利用水位落差 ，配合水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。將水的位能轉(zhuǎn)為水輪的機(jī)械能，再以機(jī)械能推動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而得到電力。

水力發(fā)電系統(tǒng)主要由壓力引水管、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和尾水管等組成。河川的水經(jīng)由攔水設(shè)施攫取后，經(jīng)過壓力隧道、壓力鋼管等水路設(shè)施送至電廠。利用圖撲軟件的三維組態(tài)還原電力生產(chǎn)過程，監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，提高發(fā)電效率。

Ⅰ水力勢(shì)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變

江水水位在壩前升高形成落差，積蓄了水力勢(shì)能。當(dāng)機(jī)組準(zhǔn)備發(fā)電時(shí)，對(duì)機(jī)組尾水管、引水壓力鋼管和蝸殼進(jìn)行充水平壓，提起機(jī)組下游尾水管閘門和上游閘門。

開機(jī)后，調(diào)速系統(tǒng)操作導(dǎo)水機(jī)構(gòu)開啟活動(dòng)導(dǎo)葉，蝸殼內(nèi)的高壓水流經(jīng)其內(nèi)側(cè)均勻排列的固定和活動(dòng)導(dǎo)葉形成一定環(huán)面后，均勻可控地進(jìn)入水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，連續(xù)的帶壓水流從轉(zhuǎn)輪葉片外緣整周徑向流入，從轉(zhuǎn)輪出口軸向流出，水力反作用于轉(zhuǎn)輪葉片，使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩并帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，水力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。在圖撲可視化系統(tǒng)內(nèi)接入了單個(gè)機(jī)組的轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度等數(shù)據(jù)。

利用圖撲軟件自研引擎強(qiáng)大的渲染能力，還原該過程的每個(gè)步驟，可用于新員工的培訓(xùn)和安全講解。

Ⅱ機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)變

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)機(jī)組大軸旋轉(zhuǎn)，并將扭矩傳遞給與其同軸的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子通過勵(lì)磁形成的磁場(chǎng)，在定子繞組中作同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)定子在交變磁場(chǎng)的作用下，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，由此完成了從機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。

水頭越高、流量越大，水輪機(jī)的輸出功率也就越大。將傳感器數(shù)據(jù)上傳圖撲可視化系統(tǒng)可判斷工藝流程的合理性，發(fā)現(xiàn)阻礙電能轉(zhuǎn)變的因素時(shí)及時(shí)修正，提高電能輸出率。

Ⅲ初級(jí)電能到合格電能

通過接線端子引出，將導(dǎo)線連成閉合回路，回路中產(chǎn)生電流與電壓，經(jīng)過發(fā)電機(jī)出口母線，電流進(jìn)入升壓變壓器，在這里電壓被升至 500kV，然后進(jìn)入六氟化硫氣體絕緣開關(guān)站（GIS），連接輸電線路進(jìn)入電網(wǎng)，從而完成水輪發(fā)電機(jī)組的電力生產(chǎn)到輸送的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。

圖撲軟件三維組態(tài)還原了水力資源從勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，一方面可以給學(xué)員提供仿真教學(xué)示例，另一方面可以向外界普及水力發(fā)電知識(shí)。融合數(shù)字建模、數(shù)字孿生、仿真模擬等技術(shù)，輕松構(gòu)建低代碼、零代碼物聯(lián)網(wǎng) IoT 平臺(tái)，輔助水利水電工程實(shí)現(xiàn)智慧化管理。

相較于 InTouch/IFix/WinCC 這些傳統(tǒng)組態(tài)軟件，圖撲基于 Web 的平臺(tái)更適合 C/S 向 B/S 轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)，多元素豐富的可視化組件和支持快捷的數(shù)據(jù)綁定方式，可用于快速創(chuàng)建和部署。

不僅是 3D 上的效果展現(xiàn)，圖撲軟件還支持繪制二維組態(tài)。圖撲軟件 HT 可視化技術(shù)采用 B/S 架構(gòu)，通過對(duì)傳統(tǒng)二維的發(fā)電工藝組態(tài)圖進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)接測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn) Web 化跨平臺(tái)多端訪問，無論是 PC、PAD 或是智能手機(jī)打開瀏覽器，即可隨時(shí)訪問監(jiān)控場(chǎng)景。

圖撲支持將大屏組態(tài)集成至 B/S 端，與其他主流前端框架如 Angular、React 和 Vue 等無縫融合，打破了以往用戶在控制室內(nèi)控制場(chǎng)景的局限性。

二維組態(tài)基于 SCADA 系統(tǒng)，將圖紙進(jìn)一步美化升級(jí)。以平面圖的形式展示了壩頂高程、大壩門機(jī)、主變壓器、大壩庫區(qū)、引水鋼管、500kV 出線架、主廠房行車、發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)在水力發(fā)電的過程中運(yùn)行的先后順序，并模擬水力勢(shì)能—機(jī)械能—電能的轉(zhuǎn)變，再通過 500kV 線路輸送到 500kV 變電站的過程。

水庫中水能轉(zhuǎn)化為電能的多少與壓力引水管管口處作用力大小密切相關(guān)。水庫水量、水庫水位、壓力引水管傾斜角度等影響引水管管口作用力的因素直接影響著水能到電能的轉(zhuǎn)換效率。

以藍(lán)色的深淺代表水流的速度，以動(dòng)態(tài)的點(diǎn)狀線路模擬輸電過程，整個(gè)過程清晰明了，一張圖掌握水力發(fā)電站運(yùn)行態(tài)勢(shì)。高效協(xié)調(diào)水庫和水機(jī)電系統(tǒng)之間以及水機(jī)電系統(tǒng)各部分之間的運(yùn)行問題，提高發(fā)電效率。

圖撲軟件 Low-Code 實(shí)現(xiàn)發(fā)電工藝中的“設(shè)施互聯(lián)、系統(tǒng)互通、數(shù)據(jù)互享、業(yè)態(tài)互融”，完成 MIS/SCADA 等核心信息系統(tǒng)深度集成。

水輪機(jī)仿真拆解

水輪機(jī)是水電站的核心部件，深埋于水電站的內(nèi)部。水輪發(fā)電機(jī)組由壓力鋼管、蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、機(jī)組大軸、發(fā)電機(jī)定子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等主要部分構(gòu)成。

平面圖、塑料靜態(tài)模型或者到水電站實(shí)地參觀都無法使人直觀、簡(jiǎn)單、全面、系統(tǒng)的了解水輪機(jī)內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)組成以及工作原理。

“水輪機(jī)仿真拆解”通過三維仿真動(dòng)畫全方位表現(xiàn)，不僅給人以身臨其境的感受，還能不受時(shí)間、地域的限制，系統(tǒng)、全面的了解水輪機(jī)各部件組成及動(dòng)作原理。

水輪機(jī)三維仿真動(dòng)畫的制作需要準(zhǔn)備許多素材，比如所有零件的零件圖、三維圖、動(dòng)畫背景等。通過圖撲軟件的專業(yè)建模與渲染引擎技術(shù)制作機(jī)組仿真場(chǎng)景，模型精度高。1:1 還原機(jī)組設(shè)備主要部件的拆解與組裝原理，可對(duì)工作人員進(jìn)行產(chǎn)品組裝、拆分、維修培訓(xùn)。

圖撲軟件數(shù)字孿生水輪機(jī)拆解過程，實(shí)現(xiàn)了在數(shù)字世界對(duì)物理實(shí)體狀態(tài)和運(yùn)行的全面精準(zhǔn)呈現(xiàn)。場(chǎng)景中設(shè)備零件，浮現(xiàn)相應(yīng)的屬性信息，準(zhǔn)確掌握設(shè)備內(nèi)部業(yè)務(wù)流程、行為邏輯、狀態(tài)變化等。

相較于傳統(tǒng)方式，設(shè)備的三維展示具有更靈活的表現(xiàn)形式和更直觀的效果，生動(dòng)的演示動(dòng)畫能讓觀看者更快了解設(shè)備的工作原理，避免因語言誤差而造成誤解。

主接線圖

水電站發(fā)出的電力需由空架輸電線路輸送到用戶集中區(qū)的變電所。由于機(jī)端負(fù)荷較大，出線回路數(shù)多，因而發(fā)電機(jī)電壓級(jí)接線一般采用有母線的接線方式。根據(jù)容量可為單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段。當(dāng)機(jī)組容量較大時(shí)，可在母線分段處和出線上加裝電抗器，以限制短路電流。利用圖撲軟件大屏組態(tài)、UI 組態(tài)展示主接線圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路運(yùn)行狀況的監(jiān)控。用紅色字表示設(shè)備正在運(yùn)轉(zhuǎn)，綠色字表示已停機(jī)。對(duì)接電廠的隔離開關(guān)、斷路器、發(fā)電機(jī)等設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)展示。

圖撲還滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代化的、高性能的、跨平臺(tái)（桌面 Mouse /移動(dòng) Touch /虛擬現(xiàn)實(shí) VR）的圖形展示效果及交互體驗(yàn)。支持結(jié)合 VR/AR 進(jìn)行展示，讓用戶能夠沉浸在虛擬環(huán)境中進(jìn)行體驗(yàn)，尤其對(duì)工廠、車間、生產(chǎn)線等大型場(chǎng)景更具有優(yōu)勢(shì)。

機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

圖撲軟件采用不同類型的圖表形式統(tǒng)計(jì)了全廠有功功率、無功功率、日發(fā)電計(jì)劃完成率、月發(fā)電計(jì)劃完成率、日累計(jì)發(fā)電量、月累計(jì)發(fā)電量、年累計(jì)發(fā)電量等數(shù)據(jù)。利用黃色、綠色、紫色區(qū)分預(yù)警、正常、故障三種機(jī)組狀態(tài)，及時(shí)識(shí)別機(jī)組是否良好運(yùn)行。使用全廠有功、全廠無功雙曲線的形式，展示了近 12 小時(shí)內(nèi)單個(gè)機(jī)組的功率波動(dòng)情況，讓電廠實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

智慧巡檢

進(jìn)入主廠房后，支持以第一人稱視角自由漫游（W A S D 方向鍵結(jié)合鼠標(biāo)操作），可查看發(fā)電機(jī)詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)、攝像頭監(jiān)控畫面等信息。

支持繪制并保存常用巡檢路線，每次進(jìn)入后按照固定路線自動(dòng)漫游，滿足個(gè)性化的巡檢需求。通過巡檢模擬人或者巡檢車巡檢的過程，經(jīng)過設(shè)備時(shí)可以停留查看設(shè)備信息。

圖撲軟件能無縫結(jié)合 HTML5 各項(xiàng)多媒體功能，支持集成各類視頻資源形成統(tǒng)一的視頻流，可在 3D 場(chǎng)景內(nèi)關(guān)聯(lián)壩頂、發(fā)電機(jī)層、配電室攝像頭的視頻信號(hào)源。通過場(chǎng)景交互來調(diào)取相應(yīng)監(jiān)控視頻，滿足運(yùn)維人員的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知、歷史數(shù)據(jù)回溯比對(duì)等需求。

圖撲軟件也支持虛實(shí)融合，把視頻畫面精確融合顯示在三維模型對(duì)應(yīng)的空間真實(shí)地理坐標(biāo)位置，這種融合不會(huì)隨著三維模型的傾斜、旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生錯(cuò)位，充分發(fā)揮出三維場(chǎng)景的直觀特點(diǎn)。通過視頻融合可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵路徑自動(dòng)視頻巡檢，重點(diǎn)區(qū)域關(guān)注目標(biāo)快速鎖定等高級(jí)功能，為日常管理和突發(fā)事件的處理提供直觀準(zhǔn)確的協(xié)助。

智慧安防

大型水電站都具有裝機(jī)容量大的特點(diǎn)，影響著區(qū)域供電。一旦站內(nèi)的水庫、大壩（含副壩）、發(fā)電廠房、引水渠等發(fā)生故障，將造成大面積停電，嚴(yán)重影響社會(huì)的和諧穩(wěn)定。圖撲水電站的智慧安防系統(tǒng)關(guān)聯(lián)站內(nèi)監(jiān)控信號(hào)源，顯示現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面，對(duì)區(qū)域闖入、煙火、故障等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保障站內(nèi)設(shè)施設(shè)備的良好運(yùn)行。3D 場(chǎng)景內(nèi)圖標(biāo)可點(diǎn)擊查看相應(yīng)監(jiān)控畫面、人員名稱、報(bào)警時(shí)間、報(bào)警詳情。。

2D 界面標(biāo)注了攝像頭分布情況、視頻統(tǒng)計(jì)、行為分析報(bào)警、站內(nèi)人員分布、人員報(bào)警等信息。通過圖撲可視化系統(tǒng)，可將視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口管理系統(tǒng)、智能一卡通系統(tǒng)、入侵報(bào)警系統(tǒng)、作業(yè)過程管理系統(tǒng)、周界水域偵測(cè)系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)等進(jìn)行融合管理。

全景漫游

將 GIS 創(chuàng)新融入圖撲軟件中，為可視化賦予更強(qiáng)大的地理智慧。支持接入多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，標(biāo)注各個(gè)水電站位置信息，即時(shí)還原高精度真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)。

采集江河流域范圍內(nèi)的 DOM（數(shù)字正射影像）和 DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)，以真實(shí)的城市河道現(xiàn)狀信息和周邊景物信息為依據(jù)，對(duì)河道、河底的三維空間數(shù)據(jù)進(jìn)行三維幾何建模；然后疊加精細(xì)建模的水電站模型，并進(jìn)行渲染優(yōu)化；最后采用顯示列表、紋理優(yōu)先級(jí)、細(xì)節(jié)層級(jí)模型（LOD）等圖撲軟件渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維河流實(shí)時(shí)逼真的虛擬場(chǎng)景顯示，并提供豐富的人機(jī)交互手段。

通過圖撲軟件建立整條流域的虛擬漫游，遠(yuǎn)景和近景背景區(qū)別設(shè)置，添加了水霧、大氣、云層等環(huán)境效果，讓場(chǎng)景更真實(shí)、靈動(dòng)。漫游將客觀真實(shí)存在的場(chǎng)景通過瀏覽器以虛擬漫游形式達(dá)到異地瀏覽的目的，用戶足不出戶即可游歷景物景點(diǎn)和建筑物內(nèi)部場(chǎng)景。

流場(chǎng)監(jiān)測(cè)

運(yùn)用圖撲研發(fā)的力場(chǎng)粒子效果，仿真模擬出江流流動(dòng)，結(jié)合不同流速區(qū)間對(duì)應(yīng)的不同粒子顏色，對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行渲染，實(shí)時(shí)展示流速數(shù)據(jù)。

仿真分析技術(shù)的應(yīng)用范圍涵蓋社會(huì)的諸多方面，結(jié)合圖撲軟件 Web 可視化引擎為工程仿真、氣象預(yù)報(bào)、生命科學(xué)、科研教育、電力系統(tǒng)、交通運(yùn)輸、工業(yè)制造等不同領(lǐng)域的發(fā)展起到了推動(dòng)作用，為不同的行業(yè)發(fā)展注入了新的動(dòng)力。

岸線仿真

圖撲軟件能根據(jù)歷史水位數(shù)據(jù)模擬出江流周邊岸線變化情況，有助于判斷水位臨界值，提前調(diào)節(jié)水位，防止發(fā)生洪澇災(zāi)害或者提前通知周邊居民轉(zhuǎn)移。

水質(zhì)反演

基于已采集的江流、水庫水質(zhì)歷史數(shù)據(jù)，使用圖撲軟件研發(fā)的云圖渲染技術(shù)，取出某段立體水域，將水質(zhì)數(shù)據(jù)的高低，用立體云圖展示，并支持操作時(shí)間軸，反演全年的水質(zhì)變化情況。根據(jù)推演數(shù)據(jù)判斷水中化學(xué)殘留物的含量、水中鹽分、下游河水含鹽量、水中血吸蟲數(shù)量、微生物及細(xì)菌的數(shù)量、水生植物及藻類數(shù)量等。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重水質(zhì)問題時(shí)，及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

水力發(fā)電與航運(yùn)、養(yǎng)殖、灌溉、防洪和旅游組成水資源綜合利用體系，讓水力資源得到最大利用。未來，水電站的自動(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)化等也將進(jìn)一步完善推廣；發(fā)展遠(yuǎn)距離、 超高壓、 超導(dǎo)材料等輸電技術(shù)，將有利于加速中國西部豐富的水力資源開發(fā)。

審核編輯黃昊宇