数字孪生技术在泵站工程中的应用

研究数字孪生工程网络构架下的用户交互模式以及可视化引擎渲染技术,在泵站数据中心化管理体系下,研究GIS+BIM+监测数据的数据融合,形成泵站工程数据底板。基于数据底板以及水利专业模型建设可视化业务管理平台,实现信息综合管理、智能巡检功能,并基于降水预报模型以及体积反演逼近法实现泵站联合调度下的积淹模拟,完成四预应用功能。平台的部署应用提高泵站综合决策管理水平,为智慧水利建设提供支撑。     

数字孪生与大型泵站智能化管理

大型泵站工程是水资源调配与管理的重要工具,目前我国大型泵站大多已建设自动化控制系统,实现部分数据采集和设备控制,但智能化的水平普遍不高。无法实现大型泵站工程的动态可视化管理。基于数字孪生技术,使用三维实时图形渲染,并借助传感器、摄像头、PLC等装备和技术,构建泵站管理全过程虚与实之间的映射,建立一种面向泵站工程管理的数字孪生可视化智能管理方法。     

数字孪生技术在水利枢纽工程管理中的应用

剖析数字孪生技术,讨论水利枢纽工程的现状,结合现有多源异构业务数据,深度融合水利枢纽工程虚拟世界与现实世界,可实现与物理水利的动态实时信息交互,进一步打造多维度、全要素的态势监测、预警、远程控制、安全监测等数字孪生应用场景,对提高水利枢纽工程的精准管控和辅助决策具有重要的指导意义,进一步推动传统的“信息水利”向新型的“孪生水利”转化。     

数字孪生技术在某水利枢纽工程的应用

2022年3月,水利部陆续颁发了《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》《水利业务“四预”基本技术要求（试行）》等多项针对数字孪生水利工程的标准规范及管理办法。同年12月,水利部办公厅再次下发了《水利部办公厅关于加强重大水利工程数字孪生项目设计的通知》,要求大型及重要的中型水库应按照数字孪生技术路线建设工程信息化系统。以某大型水利枢纽工程为例,通过数字孪生系统建设,为工程的运行、调度和决策提供支撑,为同类型水利工程数字孪生系统设计提供参考。     

数字孪生水利实践案例分析与创新思考

数字孪生水利建设是新阶段水利高质量发展的重要实施路径。概述了数字孪生水网、数字孪生流域、数字孪生工程发展建设基本情况,以数字孪生尼尔基和数字孪生嫩江为例,介绍了数字孪生工程和数字孪生流域建设的成果及技术创新。分析了当前数字孪生水利建设中存在的问题并提出发展建议,以期为加快构建数字孪生水利体系提供参考。     

长江行蓄洪空间数字孪生实景三维模型构建研究

数字孪生是流域数字化转型的重要技术手段,为有力支撑数字流域孪生中数据底板的构建,以长江中下游三洲联垸行蓄洪空间为研究对象,利用飞马无人机D200获取测区五视角影像,基于Context Capture软件全自动构建实景三维模型,并利用野外量测的检查点对模型精度进行评定。研究表明：基于倾斜摄影构建的实景三维模型平面误差和高程误差分别为0.104 m和0.121 m,均在3个像素以内,满足1∶500比例尺测图要求。基于高精度实景三维模型构建的三维数字场景,可为行蓄洪空间在实时调度模拟分析中的运用提供参考。     

数字孪生技术与智慧水利枢纽建设思考

结合泗阳水利枢纽的实际状况,就数字孪生技术和智慧水利枢纽融合,提升工程管理信息化、标准化、精细化水平进行了分析和思考,为后续技术应用和系统建设提供参考依据。     

数字孪生闸泵工程规划设计

闸泵工程作为流域的控制性工程,对流域的防洪调度、水资源管理与调配具有重要作用。本文按照《十四五智慧水利建设规划》,结合《数字孪生工程建设技术导则》要求,针对性从数据底板、模型平台、知识平台、基础支撑平台及智能业务应用等模块进行规划,以实现闸泵站各类信息及时汇聚处理、工程三维可视、模型优化计算、业务智能应用为目标,为闸泵站的信息化、数字化、智慧化建设发展提供支撑保障,对闸泵工程健康状态进行评价,对工程调度运行进行优化管理,并对闸泵类水利工程数字孪生建设提供样例。     

面向数字孪生工程的水利知识图谱构建及应用

构建水利领域的知识图谱可为数字孪生水利工程建设提供结构化的知识支持。基于黄河小浪底、万家寨水利枢纽预报调度、工程安全、业务规则数据,使用实体识别和关系抽取模型构建面向数字孪生工程的水利知识图谱(KG4DT),并对图谱进行可视化展示。以水利枢纽为核心确定实体分类体系及关系分类体系,构建KG4DT的模式层。使用二次开发的标注平台对非结构化文本进行半自动标注和人工校对,构建KG4DT的数据层。以黄河小浪底和万家寨水利枢纽防洪、减淤、供水、发电业务为主线,结合AC自动机等技术设计知识检索、预案自动生成应用,可为工程运行提供智能决策支撑。     

数字孪生技术在隧洞工程地质模型中的应用

为更好地发现隧洞工程中的风险,生成更安全、高效的设计以及更有效的成果,明确隧洞工程中的风险所在和其结构性能至关重要,介绍了数字孪生技术的工程应用历程、工程地质模型开发的基础性作用、建模流程和数字孪生成熟度模型。提出了数字孪生在隧洞工程地质应用总体框架和应用的不同阶段任务,探讨了应用阶段和工程地质模型的不确定问题。对数字孪生技术在岩体工程中的应用局限进行了初步阐述,展望新技术在隧洞工程的应用前景。结果表明：复杂地质条件的隧洞工程数字孪生应用还存在一些技术瓶颈,但随着新技术的快速发展,可为未来大型引调水工程隧洞数字化提供较强的技术支撑。     

数字孪生技术在水利水电工程地质的应用

详细论述了水利水电工程地质中对数字孪生技术的有效应用,旨在可以为行业人士提供有价值的参考和借鉴,进而为水利事业的稳健发展贡献一份应有之力。     

数字孪生水利水电工程中BIM自适应流转技术研究

为解决BIM模型在数字孪生水利水电工程各阶段应用中因业务需求不同导致其几何、材质、属性、结构等精度适配度不高的问题,设计了一套BIM模型按需自适应流转的技术方法,以实现BIM在水利水电工程数字孪生中的高效应用。该方法定义BIM模型属性、结构、几何、材质的数据导出规范,通过建立上述多维信息的映射关系,结合改进的3DTiles几何轻量化算法,实现BIM模型属性、结构、几何、材质按需自适应流转。基于该方法,依托Revit软件开展项目应用实践。研究结果表明：使用该方法流转的BIM模型结构齐备、属性完整,并能按需满足几何与材质的精度要求,同时支持高效应用与高性能渲染。研究成果可为BIM模型在水利水电工程全生命周期数字孪生应用提供基础技术支撑。     

基于数字孪生技术的水利水电工程地质勘察

为提升水利水电工程地质勘测效果,高效、精准分析地质结构状态,提出基于数字孪生技术的水利水电工程地质勘察方法。该方法依据数字孪生技术为核心,结合数据采集、数据处理、三维建模等技术,构建水利水电工程地质的数字孪生模型,并通过三维虚拟引擎技术,实现地质模型的可视化交互;在构建模型的基础上,采用Op-tumG2有限元极限分析法分析地质的地层分布、岩土属性以及连续情况,计算地质坡体的最小稳定安全系数,完成水利水电工程地质勘察。测试结果显示：该方法能够完成水利水电工程地质数字孪生模型构建,能够清晰呈现土层的连续情况,并可完成滑动面位置分析和地质坡体的最小稳定安全系数计算。     

数字孪生技术在疏勒河流域的应用和探讨

以疏勒河流域为研究对象,探索具有“四预”功能的智慧水利体系建设。通过信息化基础设施建设,搭建具有疏勒河流域特征的数字孪生平台,开发与流域水利业务相匹配的“2+N”智慧水务应用,在疏勒河流域形成从源头到地头的全过程水资源调配管理模式。通过疏勒河数字孪生系统建设,为流域智慧水利建设奠定基础,提升疏勒河流域现代化灌区建设水平。     

数字孪生技术在山洪预演中的应用研究

研究以山洪灾害防御“四预”体系中的预演为目标,旨在研究在三维场景下表达山洪淹没过程,提升山洪沟道人口转移等决策的精细化、智能化水平。研究选取了北京市典型山洪沟道,建设山洪淹没数字孪生场景,提出关键技术手段。研究实现了在三维场景下山洪淹没过程的演进与实景三维模型受灾情况的展示。证明数字孪生技术在山洪灾害防御中有较好应用场景,在小范围精细化场景中,能更直观地反映专业水动力模型的演算结果,可以辅助进行山洪灾害防御决策。     

数字孪生基础数据高程基准统一技术研究

为满足孪生流域等数字孪生建设对基础地理信息数据的强烈需求,确保工程建设高程基准的统一,基于GNSS观测技术和重力场模型,开展了数字孪生基础数据高程基准统一研究。构建了顾及地形特征的高精度区域似大地水准面模型,形成了数字孪生基础数据高程基准统一模型库,并利用模型精度和检测精度两种评价方法对高程模型和多场景采集的多源基础数据的高程改正成果开展精度评价。结果表明：(1)似大地水准面模型的内符合精度为±2.6 cm,外符合精度为±3.1 cm,优于EGM2008模型结合二次曲面拟合法等其他拟合算法,成果精度满足规范要求;(2)多源基础数据的高程改正成果中误差在±10 cm以内,满足数字孪生建设对基础数据的精度要求。该模型方法构建简单且精度高,具有广阔的应用前景,不仅可应用于数字孪生建设等领域,也可为大范围的工程测量、陆海高程基准统一等提供技术支撑。     

数字孪生基础数据底板DEM修正方法研究

DEM是最重要的数字孪生基础数据之一,在水利规划设计以及工程建设等领域发挥了巨大的作用。然而各类DEM误差的存在不同程度地降低了分析与应用结果的可信度,特别是地形转DEM后的缺失值大大限制了后续基于DEM的分析使用。从栅格计算原理出发,通过Python调用ArcGIS相应的工具,对某区域的地形转DEM后接幅处出现的缺失值,采用该像元周边8个有值像元的均值来修正。结果表明：计算方法适用性强,结果可靠,计算速度快。研究区域内306个NoData像元的修正值和比较值的数据紧靠1∶1线,修正值和比较值的最大差值仅为3.55 m,中误差值0.75,远低于规范的误差限。通过Python调用Numpy,极大提高计算速度(本次计算用时10 s),而ArcGIS暂时没有该方法的直接修正工具。因此,提出的DEM修正方法可批量处理,不存在内存限制处理失败的情形,极大提高工作效率,对数字孪生基础数据处理有较强的应用价值。     

典型工程数字孪生建设经验对数字孪生南水北调工程建设的启示

大型调水工程是实现水资源优化配置的关键,也是构建国家水网的基础,具有跨流域覆盖区域广、水工建筑物种类多、运行工况复杂等特点。采用调查研究的方法分别对浙东引水工程、千岛湖配水工程、南水北调东线工程等大型调水工程数字孪生关键内容如数据底板、模型库和知识引擎等建设现状进行调研,根据各自工程特点分析其数字孪生建设的特色,总结上述大型调水工程数字孪生建设的经验。在此基础上分析南水北调后续工程数字孪生建设要求,提出数字孪生南水北调工程建设的若干建议,为南水北调后续数字孪生工程建设提供参考。     

数字孪生水利水电工程扩展数据结构建立方法

针对水利水电工程专业众多,建模工具的差异会导致专业协同或阶段性成果移交时出现数据移交难度大甚至数据丢失的问题,创新性地提出通过按需扩展IFC(工业基础类)原数据结构,建立数字孪生水利水电工程扩展数据结构方法,形成面向语义表达、几何表达和属性集表达的水利水电工程IFC扩展表达方式,为水利水电工程易丢失的数据提供标准化存储空间。以此为基础,基于Autodesk Revit软件并借助Revit IFC Exporter开源工具包,研发包含几何信息、属性信息等的扩展IFC导出功能,对坝体结构进行扩展和导出,验证扩展数据结构建立方法的可操作性。最终通过数据移交案例,证明了该方法能够有效保证工程信息在移交过程中不丢失。     

数字孪生流域知识图谱构建及其应用

为通过数字孪生构建物理流域与数字流域关联,实现对流域资源、环境、生态等多方面的监测、分析与优化配置,探讨了数字孪生流域建设过程中知识图谱的应用前景、构建方法、应用和面临的挑战。在知识工程相关技术基础上,以甘肃省白龙江干流舟曲县河段流域为例,对其中水利对象、防洪保护对象及其之间的关联关系进行了知识表示、抽取、融合和推理,构建了可视化、交互式的流域知识拓扑图,使其为数字孪生流域管理提供需求分析、知识检索、决策分析等应用价值,并对可能面临的挑战进行了分析,如需提升数据质量与标准化问题、或将面临的技术瓶颈等。研究成果可为水利工程知识图谱建设与推广应用提供参考。