Page 184 - 测绘科学技术理论及实践应用研究

Application and Theoretical Research of Engineering Machinery Technology
测绘科学技术理论及实践应用研究

群算法、遗传算法等，为数据的大规模计算提供可靠技术支撑。
3. 关键技术
通过对数字孪生系统技术框架以及不同层的基本功能进行研究，能够发现水

利工程运行管理时，应用的数字孪生关键技术主要针对物理实体层与虚拟层不同
功能。其中，物理实体层的数据采集与共享需在多种技术的支撑下实现，应用的
关键技术有分布式传感技术、数据特征提取技术、分布式云服务存储技术、现场
总线技术等；虚拟层主要执行的工作为数据建模与计算，为保证建模仿真能够真

实、准确映射物理实体，则需应用数据处理技术、信息接口技术、嵌入式计算技
术、模拟融合与集成技术、虚拟混合现实技术、多物理多尺度建模技术、模拟仿
真验证与优化技术等。

4. 运行机制
单元级水利工程孪生系统：各单元级系统都可感知、计算分析相对应的监测
对象与环境，以此融合、交互水利工程的虚拟空间与物理空间，是水利工程孪生
系统的最小单元，拥有多元功能，如延展、计算、感知、自动决策等。借助信息
技术，全过程采集、整合系统运行数据，还可对运行状态进行实时监测，以此为

依据，分别从状态、行为、集合等方面对信息空间中的各类物理实体如水轮发电
机组、闸门启闭机、河渠等进行重建，以此得到水利工程数字孪生体，实现对水
利工程物理实体实际情况以及变化趋势的实时、全方位监测，如配电设备运行状

态、水位变化等。与此同时，利用大数据技术打造对应的数据模型，系统化分析、
处理所掌握的数据信息，为外部复杂环境变化的应对决策制定提供数据支持，并
采取“以虚控实”的手段实现对物理实体的管控。比如，针对闸门启闭机设计的
孪生系统，先打造相应的感知模块，实现对闸门启闭机运行期间产生的各类信息
进行采集，如闸门震动、空间尺度、闸门开启与下降牵引力等，科学、细致分析

与处理采集数据，为设备打造多种数据模型，包括行为模型、物理模型、几何模
型等，操控闸门时，可全过程、跟踪监测、管控闸门启闭机整体情况。当闸门状
态变化时，通过观察、分析闸门运作模型，了解闸门高度，如果有非正常变化状

况，系统会自动切断电源。若闸门出现振动，系统可在第一时间向闸门下达指令，
以此调控闸门高度，再借助感知模块将处理后的闸门状态呈现到虚拟模型上，通
过反复迭代，避开振动位置。系统级水利工程孪生系统：系统级孪生系统针对所
有单元级系统，对其进行分析、交互与感知，促使水利工程决策、组织能力得以

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