数字孪生技术在引调水工程管理中应用

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了数字孪生技术在引调水工程管理中应用范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要:分析引调水工程运行管理业务现状，结合数字孪生技术，初步探索并形成了数字孪生技术在引调水工程运行全景监视、水量统一调度管理等方面应用的理论体系，并对上述理论体系在某引调水工程运行管理中的应用作了介绍。图2幅。

关键词:引调水工程;数字孪生技术;运行管理;应用

0引言

随着物联网、大数据、5G、数字孪生等技术的发展和无人机等硬件的成熟应用，如何充分利用新技术，推进引调水工程运行管理的数字化、智能化水平，已经成为当前引调水工程信息化研究的热点。数字孪生作为实现物理世界和虚拟世界数据实时交互、融合的一种有效方法，得到了广泛的关注和重视。借助数字孪生技术，对数字孪生和引调水工程运行管理进行理论融合分析，构建引调水工程运行管理数字孪生系统，能够增强引调水工程的信息全面感知能力、深度分析能力、科学决策能力和精准执行能力，大幅提高引调水工程的智能化运行管理水平。

1引调水工程运行管理现状

引调水工程运行管理涉及业务领域较多，工作内容比较复杂，包括工程运行监视、工程巡检、工程安全监测、水量调度管理、设施设备运维等，各项工作都有很强的系统性和综合性。“十三五”期间，重大引调水工程的建设全面提速，扩大了水利信息化范围，完善了相关业务的应用，显著提升了引调水工程信息化、智能化水平。但是和国家信息化发展战略的总体要求及水利改革发展需求相比，当前引调水工程运行管理信息化、智能化水平仍存在一些差距和不足，主要表现在以下方面。一是由于环境、交通、网络、资金等问题，引调水工程基础数据自动化采集设施不够完善，一些基础数据的采集还需要依赖人工作业。二是引调水工程各业务相关部门存在严重的数据资源不对等现象，各业务领域数据存在大量的信息孤岛，无法充分利用大数据、人工智能等技术进行数据整合、分析和优化、辅助决策。

2数字孪生与引调水工程运行管理融合理论分析

2.1数字孪生

数字孪生概念最早源于2003年密歇根大学的迈克尔·格里夫教授在产品生命周期管理课程上提出的“等同于物理产品的虚拟数字化表达”思想［1_2］。在2012年美国国家航空航天局(NASA)正式给出了数字孪生的明确定义:数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟信息空间完成对物理实体的映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程［3］。具体讲就是将各种传感器部署到物理实体上，通过感知物理世界的运行状态，在信息空间构建和物理实体相互映射、实时交互、高效协同的虚拟模型。这个模型能够反应这个物理实体的几何参数、物理属性、运行规律等，模型具有评估、优化、预测等功能，基于物理实体和虚拟模型能够提供智能运行、精准管控和可靠运维服务［4_5］。

2.2数字孪生与引调水工程运行管理融合分析

针对引调水工程运行监视业务，利用数字孪生理论，基于GIS+BIM技术，融合倾斜摄影模型、BIM模型、矢量、地形等多源数据，在信息空间中对引调水工程物理实体进行刻画，构建相应的引调水工程虚拟模型，虚拟模型与物理实体在空间位置、几何、物理、行为、规划等方面有准确的映射关系;并且虚拟模型和物理实体通过服务可以实现数据的实时交互，从而实现引调水工程运行管理过程的可视化全景监视。针对引调水工程水量统一调度管理，通过建立二三维一体模拟仿真平台，实现水量调度方案及实时调度过程相关要素的仿真模拟，有效提高水量调度决策的科学化、精细化水平。通过以上分析可知，数字孪生及时为物理实体和虚拟模型的交互融合搭建了桥梁，借助数字孪生技术构建引调水工程数字孪生系统，促成了多源异构数据的集成、交换和共享，能够实现引调水工程物理空间和信息空间的实时交互、迭代优化，在全局范围内增强引调水工程信息全面感知能力、深度分析能力、科学决策能力和精准执行能力。

3数字孪生技术在引调水工程运行管理中的应用

3.1基于GIS+BIM构建数字孪生底座

在某引调水工程中基于GIS+BIM技术，融合倾斜摄影模型、BIM模型、矢量、地形等多源数据，构建了引调水工程数字孪生底座，实现了直观展示引调水工程全景及工程重要区域建筑物工程信息模型，同时为其他系统数据集成提供虚拟模型支持(见图1)。基于数字孪生底座和物联网融合集成技术，集成了引调水工程概况信息、水雨情监测信息、流量监测信息、水质检测信息、各类报警信息、视频监控信息、工程运行信息等。同时，深度整合大数据、AI等技术，为引调水工程的数据可视化、仿真分析、交互、智能决策提供了平台支撑。

3.2水调统一调度管理系统

南水北调东线一期工程山东段水量调度系统利用“数字孪生”技术建立了二三维一体模拟仿真平台，在计算机中建立一个与现实引调水工程相对应的数字模拟体。同时，结合工程特点，利用渠池蓄量平衡原理自主研发了“同步控制自适应平衡”调度控制模型，实现水量调度方案及实时调度过程相关要素的仿真模拟，有效提高了水量调度决策的科学化、精细化水平(见图2)。

4结语

数字孪生技术当前正处于飞速的发展过程中，越来越多的行业领域也正在利用数字孪生技术给行业发展提质增效。引调水工程是国民经济发展的重要基础设施，本文针对当前引调水工程运行管理存在的问题，结合数字孪生技术，进行了两者在运行监视、水量统一调度管理等业务领域融合的理论研究。研究成果在某引调水工程运行管理中进行了应用，增强了引调水工程运行管理的科学性和前瞻性，提高了引调水工程运行管理的信息化、可视化与智能化水平。

作者:霍建伟 李永胜 张军珲 陈见长 郭冬冬 单位:云河(河南)信息科技有限公司