數字孿生搭建基礎有哪些?

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2023-12-08

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摘要:數字孿生指的是基于虛擬模型和實時數據的數字化副本,能夠在實際運營過程中模擬與優化系統的性能和行為...


數字孿生指的是基于虛擬模型和實時數據的數字化副本,能夠在實際運營過程中模擬與優化系統的性能和行為。


水務項目全產業鏈中的數字孿生的應用能夠涵蓋設計與規劃階段、建設和施工階段、運用與管理階段,以及決策支持和可視化等方面。


建設數字孿生,首先要打好基礎,基礎就是為了建設好數據底板、模型平臺和知識平臺。


數字孿生搭建基礎有哪些?


數據底板


數字孿生平臺的數據底板指的是支撐數字孿生模型和系統運行的數據基礎。


數字孿生底板包括實時數據、歷史數據、地理空間數據、管理數據和外部數據等。


實時數據來自于水務系統的數據,包括傳感器數據、監測數據、實時運行狀態等。這一些實時數據用以更新數字孿生模型,以反映實際系統的當前狀態。


歷史數據包括過去的運行記錄、事件數據、故障數據等。歷史數據用以構建數字孿生模型的初始狀態,以及進行模型驗證和校準。


地理空間數據包含水務系統的空間數據,包括管網拓撲結構、設備位置、泵站布局等。水利地理空間數據的建設分級為L1\L2\L3底板。


【360°案例分析】南通水網數字孿生的L1、L2、L3三級底板


業務管理數據包括設備信息、維護記錄、運維計劃等。這一些管理數據用以支持數字孿生平臺的設備管理、運維計劃和工作流程優化等功能。


跨行業共享數據需要獲取和整合來自于外部的數據,如天氣數據、水質數據、用水需求數據等。這一些外部數據可用作數字孿生模型中的邊界條件、場景分析和決策支持。


數字孿生平臺的數據底板必須具備數據采集、存儲、處理與分析的能力。


與此同時,數字孿生平臺的數據底板還需要具備數據安全與隱私保護的措施,保證敏感數據的保密性和完整性。除此之外,數據底板需提供友好的用戶界面和數據可視化工具,以便于用戶可以直觀地理解與分析數據,支持決策與優化水務系統的運行。


模型平臺


在水利行業,數字孿生模型平臺一般包括專業水利模型、可視化模型與數字模擬仿真引擎。這一些組件共同構成水利領域數字孿生模型的開發和應用平臺。


專業水利模型是數字孿生模型平臺的核心組成部分。它是對水利系統進行建模和仿真的工具,用以模擬水文過程、水資源調度、供水和排水系統等方面的行為和性能。專業水利模型能夠基于物理原理、數學模型和統計分析等方法,對水利系統進行準確的數值模擬和預測。


可視化模型是數字孿生模型平臺中的重要組件,用于將水利模型的結果以直觀的方式呈現給用戶??梢暬P湍芡ㄟ^圖表、地圖、動畫等形式展示水利系統的運行狀態、數據變化和場景分析結果,幫助用戶理解與分析水利系統的復雜性。


數字模擬仿真引擎是數字孿生模型平臺的關鍵技術,用以模擬與計算水利系統的行為和響應。它能夠基于模型的輸入數據,進行數值計算和仿真,融合不同的物理、數學和統計模型,從而實現對水利系統行為的準確模擬。


在選擇數字孿生模型平臺時,應該考慮平臺的技術能力、可擴展性和用戶友好性,以及與水利系統實際需求的匹配程度。與此同時,平臺的數據安全性、可靠性和可視化效果等方面也需要進行評估和比較。


知識平臺


知識平臺在水利領域扮演著重要角色,主要涉及水利知識引擎和河湖、防汛等水務知識庫,包括綜合知識庫、預報調度庫、方案預案庫、歷史洪水場景庫、業務規則庫、專家經驗庫等信息。


水利知識引擎用以收集、組織和管理水利領域的知識。它可以基于專家經驗、領域知識和實際數據,建立知識模型和規則,以支持水務系統的優化決策和問題求解。


河湖知識庫用于存儲和管理河湖相關的數據、信息和知識。它包括河流、湖泊的地理信息、水文數據、水質數據、生態環境數據等。


防汛知識庫包括歷史洪水數據、防洪工程設計標準、防洪調度方案、防洪應急預案等。


綜合知識庫用于存儲和管理水利領域的綜合信息和知識。它可以包括水利規劃、水資源管理、供水和排水系統設計、水環境保護等方面的知識。預報調度庫包括氣象預報數據、降雨預報數據、水文模型參數、水位流量關系曲線等。


歷史洪水場景庫包括洪水歷史記錄、洪水過程數據、洪水災情評估等。


業務規則庫包括水資源管理規則、水庫調度規則、排水系統管理規范等。


專家經驗庫包括專家的意見、建議、案例等。專家經驗庫能夠支持水利系統的專家系統和智能決策支持。


知識平臺的建設和管理能通過知識圖譜、數據庫、模型算法等技術手段實現。知識平臺的建設必須通過專家的知識整理與規范化,以及數據的采集和清洗,確保知識庫的準確性和可靠性。


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