Page 185 - 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

提升，确保资源配置合理性。利用多元网络技术，如以太网、现场总线等，建立
起各单元及系统之间的联系，达到互联互通的效果，还可实现相互操控，使水利

工程所有功能模块中产生的数据自动流动，极大程度地提高水利工程资源配置深
度与广度。系统通过分析、整理单元级系统运行信息，统一调度各模块，确保单
元级系统协作效率，增强水利工程运作安全性。

5. 应用场景
梯级泵站恒水位控制参数率定。某调水工程为梯级泵站，并建设有明渠实现
水资源的输送，但未安装调蓄设备，为保持前池水位的恒定，下级泵站变频机组

需自动调频。借用 PID 对调频行为进行控制，在此之前，需科学、合理选取调节
步长以及其他参数，包括比例、积分、微分，规避系统振荡、超调。但由于泵站
运行时无法高频率执行启停机试验，因此，率定参数仅可进行有限次数试验，严

重影响调控效果。对此，决定使用数字孪生技术，依据渠道设计图纸和泵组特性
曲线，打造渠段、泵组数字模型，实现渠段、上下级泵站的有机整合，再分析原
始数据，着手于渠系水动模型、泵组模型的优化，确保模型可准确反映渠系与泵

站的性能。还需利用数字模型优选调节步长与各参数，并在物理系统中对所选取
数据进行验证。系统同样利用 Python 语言开发，使用 PySwmm 打造渠道出水口、
进水口、水源模型，依据特性曲线搭建变频泵组模型，将泵组模型与 PID 控制器

嵌入 PySwmm 的单步时间步长 St 中，对各项参数进行设定，将 St 作为时间步长
模拟仿真恒水位调节过程，实现对前池水位变化情况的实时掌握。应用成果：模

拟仿真下级泵站前池恒水位控制参数率定，在此期间，各项参数的设定值如下：
比例 0.003、积分 0.002、微分 0.00001、调节步长 60，前池水深 6.61m。启动上
级泵站后，下级泵站的前池水位会上升，当运行时长达 3h 时，恒水位控制器会
发挥其自动调节功能，确保前池水深始终保持在设定水深范围内。

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