Page 183 - 测绘科学技术理论及实践应用研究

第七章 水利工程中数字孪生技术的相关思考

度等特征。利用虚拟模型分析、处理现有数据，以此得到新数据信息，被称为衍
生数据，而孪生数据则在服务系统、虚拟模型、物理实体中获得。
（3）功能介绍

对水利工程运行管理时发生的所有行为进行模拟、评估、分析、预测，具体
来说就是在虚拟环境中模拟工程运行管理行为，实现对各要素状态、运行参数以
及任务成功率加以精准掌握，确保管理计划设计有据可依。运行管理时，对产生
的数据进行分析，利用规则模拟对现行管理模式先进性加以评估，在此期间，应

融合交互、迭代优化信息空间与物理空间，依据获取的数据控制物理实体，利用
数字孪生体动态化、可视化监管物理实体，以此诊断、定位、管理水利设施运行
故障。打造预测模型，依托知识库、经验库中的原始数据与实时监测数据，利用

数据挖掘、聚类分析技术对数据进行分析与处理，预测工程后期运行状态，并针
对可能发生的运行管理问题制定相应的措施，确保工程稳定、健康运作。此外，
在数据孪生技术的帮助下，可在数字孪生体中实时映射水利工程安全管理、调度
管理、工程维修养护等，全过程监测数据工程状态、行为与物理参数。而管理人
员可借助各类可视化数据着手于主体信息的规划工作，再借助统一资源管理服务

平台将可靠、便捷的服务提供给用户。
2. 技术架构
数字孪生技术可细分为两部分，即虚拟体、物理实体。其中，虚拟体是在物

理实体最初形态以及条件的基础上通过模拟仿真而得到，再将决策仿真验证后的
结果映射到针对物理实体构建的信息系统中，以此起到实时监管物理实体的作用。
常见的物理实体有水闸、水泵等设施。站在广义的角度对物理实体进行分析，同
时包含数据质量管理系统、信息化系统，后者设备的功能模块有水质监测、工程
安全监测、闸泵监控等。信息系统监控得到的数据便是物理实体状态数据，但水

利工程运作期间，极易遇到通讯异常、传感器故障等问题，无法保证系统内部数
据的真实性、可靠性，也不能准确将物理实体实际状态进行反馈，不利于虚拟体
决策。对此，需为物理实体打造数据质量管理系统，科学筛选数据信息，并删除

存有异常的数据，该系统还具备数据纠正功能。若基于广义视角对虚拟体加以解
读，涉及决策算法、数字模型两项内容。其中，数字模型有河网水动模型、产汇
流模型等，又包括时间序列、神经网络等黑箱模型。但水利工程的调度与决策无
法仅依靠数字模型执行，还应依托于决策算法，比如动态、线性规划算法、粒子

175