数字孪生水利工程应用大数据的相关探讨

数字孪生水利工程应用大数据的相关探讨

蔡仲华1，王义春2，陈新军1

1. 临沂市水利工程保障中心，山东 临沂 276000） （2.沂南县水利局，山东 沂南 276300）

【摘要】近些年在建设智慧水利体系的过程中，数字孪生技术发挥着重要的作用，本文主要分析了数字孪生水利工程中大数据技术的应用，对于实际工作发挥出参考作用，保障水利工程的质量和安全性。

关键词：数字孪生；水利工程；大数据技术

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，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，落实数字化转型，有利于推动经济升级转型，保障整体工作效率。当前我国不断加大速度建设数字经济和数字社会等，通过数字化转型可以对于人们的生产方式和生活方式等发挥出驱动作用，因此建设智慧水利体系也发挥着重要的作用。我国水利工程建设事业发展过程中，实现水利高质量发展的标志是实现智慧水利发展，这就需要发挥出数字孪生技术的优势。数字孪生水利以具体工程为节点，完善智慧网络平台，在最大程度上满足经济社会的发展需求。

一、智慧水利数字孪生工程

（一）数字孪生水利工程

数字孪生水利工程管理系统实现了工程施工和管理的数字化，可以构建数字化场景，智慧化模拟施工工程，保证最终决策的精准化，数字孪生水利工程主要包括数字底板和模型平台以及业务应用系统，可以同步仿真建设数字工程和物理工程。

数字孪生水利工程综合利用大数据和人工智能以及云计算等技术，可以构建全链路的管理模式，保证工程数据的标准化，保障工程管理质量，避免发生信息孤岛问题，实现数字孪生应用的多维度，利用数据增强工程管理效果，实现工程管理体系的闭环，使工程管理信息化水平得以提升，保障水利工程建设符合绿色发展目标。

（二）核心技术要点

智慧水利数字孪生工程河西技术为数字孪生技术，通过综合融合工程数据，建立工程数字底板和模型平台，提高工程建管的智慧化，发挥出施工预报和预警等作用，保障工程施工的精准性，维持工程运行的稳定性【1】。

建立数字底板的过程中，大数据技术发挥着重要的作用，首先可以利用大数据技术存储和处理数字底板建设需要利用的数据，在这一过程中需要实现数据采集和传输以及清洗等。保证构建的数字底板全面覆盖重要河流领域和施工区域等。其次利用大数据技术可以发挥出分析作用和建模作用，因此提取有价值的历史数据，利用机器学习和快速识别数据规律，掌握不同数据之间的关联，对于施工安全和施工进度等进行精准预测，保障工程建设和运行管理的智能化。最后利用大数据技术可以保障数字孪生工程应用效果，利用数字孪生模型可以实现工程监控和维护的实时性，及时发现工程施工中存在的问题，并且可以对施工风险发挥出预警作用，避免在施工过程中产生问题，影响到工程施工质量和安全性。

其他的技术如下：1.BIM+GIS技术：利用这项技术可以通过BIM模型和GIS模型融合工程进度管理和质量管理等工作，有利于可视化管理施工进度和施工质量以及施工安全等。2.电子签章技术：利用这项技术，可以数字化管理质量验评和施工数据等方面，有利于实现工程交付的数字化。3.北斗导航技术：可以综合利用北斗导航技术和电子围栏技术等全面监控土方开挖和运输以及卸料等过程【2】。4.视频识别技术：完善工程智能识别算法库，有利于及时发现施工中的安全问题。5.UE模型轻量化技术：通过构建UE可视化环境，利用像素流推送方式，辅助相关技术人员掌握工程时间情况，降低配件配置的负面干扰，有利于可视化地展示出工程实际情况。

二、数字孪生水利工程中大数据应用

（一）水利工程大数据特点

水利工程中包含较多的数据，在数据监测过程中，主要特点如下所示：1.数据量比较大：在公衡监测过程中，主要是涉及到工程水位和流量以及水质等方面，因此涉及海量数据，而且严格要求数据处理和数据分析的效率。2.数据类型复杂：水利监测数据具有不同的格式和来源，而且分散性地配置了数据采集设备，增加了数据格式和结构的差异性，数据处理的难度也因此增加。3.数据价值高：大数据可以支持智慧水利发展，利用大数据平台可以高效处理数据，并且建立水利模型进一步处理数据，高效性的提取海量数据中有价值的数据，有利于进一步提升工程运维水平。

（二）总体设计

1. 物理实体：全面包含水利工程施工区域和影响范围，因此必须要根据物理实体构建数据底板。

2. 基础设施：①一体化监测感知：利用传统的监测系统融合各种新型技术，进一步完善感知网，使工程监测水平得以提升。②通信网络：对现有的网络体系进行整合，有利于高效性地运输数据。③云服务：利用水利工程云环境可以结合工程实际情况建设工程云环境，构建水利工程孪生平台【3】。

3. 数字孪生平台：①数据底板：全面搜集工程数据，构建资源池，可以实现数据采集和共享以及服务等功能，并且可以同步孪生物理实体。②模型平台：建立不同的模型体系，实现数据模型和数据仿真的实施，有利于综合化展示出数字孪生应用情况。

4. 业务应用：根据工程施工过程和施工管理以及资产管理等，建立孪生平台使用体系。

5. 标准规范保障体系：结合建立数字孪生工程的要求，完善相关的标准，这样有利于充分利用各项技术的优势，有效连接孪生平台不同的因素。

6. 信息安全保障体系：根据安全保障制度和实际施工要求，完善安全防护体系，提高安全防护制度的合理性，高效性地防护网络安全风险，充分发挥出孪生工程的作用。

（三）解决行业发展的问题

通过建设数字孪生水利工程，有利于全面管控工程施工过程，提高工程管理的精细化，对于施工单位和监管部门等提供优质的服务，有利于智慧化管控工程建设过程，在各类水利工程中利用，解决行业发展过程中存在的问题。

原来在工程管理过程中涉及较多的数据，降低了查询和利用的便利性，通过融合孪生工程的物联网和业务数据等，一方面可以发挥出数据挖掘技术的作用，另一方面可以提高数据查询的智能化，保障系统应用的便利性【4】。

结束语：

在水利行业发展过程中需要积极实现数字化转型，其中数字孪生水利工程具有较大的价值，有利于全面管理工程施工过程，进一步创新水利科技，完善行业技术体系，推动我国水利行业可持续发展。

参考文献：

[1]郝芝建,梁宏意,陈卓.基于数字孪生大藤峡的安全生产管理系统建设与应用[J].人民珠江,2023,44(S2):125-130.

[2]周少良,胡万玲.数字孪生水利工程背景下的大坝安全监测系统建设研究[J].人民珠江,2023,44(S2):437-442+455.

[3]张玉华.基于数字孪生技术的水利工程安全管理系统构建[J].水上安全,2023(14):49-51.

[作者简介] 作者 蔡仲华（1967.03-），男，山东莒县人，高级工程师，从事水利工程管理、水环境治理等工作

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