一种基于数字孪生的水库模型构建方法与流程

1.本发明涉及水利技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的水库模型构建方法。


背景技术：

2.水库是能够拦洪蓄水和调节水流的水利枢纽工程，承担防洪、灌溉、发电和航运等重要功能。数字孪生技术是指充分利用物理模型、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，在虚拟空间中完成数字映射，从而真实反映物理实体水库的全生命周期仿真运行过程。
3.在水库的运行和调度中，各参数之间关联复杂，涉及的指标数量多，且参数和决策均处于不断变化状态，难以进行模拟和预测。本发明通过引入数字孪生这一技术，对水库的运行和调度这一动态过程提供了仿真模拟方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于数字孪生的水库模型构建方法，具体通过以下技术方案来实现：
5.本发明提供了一种基于数字孪生的水库模型构建方法，包括以下步骤：
6.s1、收集水库的实际尺寸数据、历史水文数据和历史调度决策数据；
7.s2、根据水库的实际尺寸建立三维实体物理模型；对入库流量和出库流量建立条件化模型；对库容、水位、调度、发电流量、泥沙淤积发电功率建立数字模型；
8.s3、在各个物理模型、条件化模型和数字模型之间设置数据交互接口，使各个物理模型、条件化模型和数字模型之间均能进行数据交互；
9.s4、根据历史水文数据和调度决策对水库进行分析，设置初始条件，进行仿真模拟；
10.s5、根据仿真模拟情况对各个物理模型、条件化模型和数字模型之间的数据交互作出优化处理；
11.s6、重复步骤s4-s5，获得水库数字孪生模型；
12.s7、实时采集水库的各项数据和调度决策数据，通过水库数字孪生模型模拟水库运行状态。
13.可选或优选地，根据水库的实际尺寸建立的三维实体模型能在各数字模型中任一数据的映射下进行空间运动和展示运行状态。
14.可选或优选地，在步骤s4中，对多个水文数据和调度决策进行相关性分析，建立联合模型。
15.可选或优选地，在步骤s4中，还包括对历史水文数据进行划分，分为枯水期、平水期和丰水期；分别设置对应枯水期、平水期和丰水期的不同初始条件，并分别进行仿真模拟。
16.可选或优选地，在步骤s5中，所述仿真模拟情况包括仿真模拟耗时、仿真结果误
差、次关联性数据运算占比例。
17.基于上述技术方案，可产生如下技术效果：
18.本发明提供的一种基于数字孪生的水库模型构建方法，能够全面考虑库容、水位、发电流量、调度、泥沙淤积等情况，模拟水库运行和决策结果，获得了能直观显示的水库模型，有助于监控水库的运行，并能为决策优化提供技术支持。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
20.图1为本发明的方法示意图。
具体实施方式
21.应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。显然，所描述的实施方式仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
22.如图1所示：
23.本发明提供了一种基于数字孪生的水库模型构建方法，包括以下步骤：
24.s1、收集水库的实际尺寸数据、历史水文数据和历史调度决策数据；
25.s2、根据水库的实际尺寸建立三维实体物理模型；对入库流量和出库流量建立条件化模型；对库容、水位、调度、发电流量、泥沙淤积发电功率建立数字模型；
26.s3、在各个物理模型、条件化模型和数字模型之间设置数据交互接口，使各个物理模型、条件化模型和数字模型之间均能进行数据交互，其中的水库物理模型能在各数字模型中任一数据的映射下进行空间运动和展示运行状态；
27.s4、根据历史水文数据和调度决策数据对水库进行分析，设置初始条件，进行仿真模拟；
28.s5、根据仿真模拟情况对各个物理模型、条件化模型和数字模型之间的数据交互作出优化处理；
29.s6、重复步骤s4-s5，获得水库数字孪生模型；
30.s7、实时采集水库的各项数据和调度决策数据，通过水库数字孪生模型模拟水库运行状态。
31.在本实施例中，步骤s4中对多个水文数据和调度决策数据进行相关性分析，可以先将水文数据和调度决策数据建立为联合模型后进行分析，也可以对水文数据和调度决策数据进行分别分析。
32.本实施例中，在步骤s4中，当历史水文数据在时间上的差异化较大时，可以对历史水文数据按照时段特征进行划分，分为枯水期、平水期和丰水期；每个时段分别设置对应枯水期、平水期和丰水期的不同初始条件，并分别进行仿真模拟。在实际应用该模型时可以根
据实际情况选用。
33.本实施例中，在步骤s5中，所述仿真模拟情况包括仿真模拟耗时、仿真结果误差、次关联性数据运算占比例。


技术特征：
1.一种基于数字孪生的水库模型构建方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、收集水库的实际尺寸数据、历史水文数据和历史调度决策数据；s2、根据水库的实际尺寸建立三维实体物理模型；对入库流量和出库流量建立条件化模型；对库容、水位、调度、发电流量、泥沙淤积发电功率建立数字模型；s3、在各个物理模型、条件化模型和数字模型之间设置数据交互接口，使各个物理模型、条件化模型和数字模型之间均能进行数据交互；s4、根据历史水文数据和调度决策对水库进行分析，设置初始条件，进行仿真模拟；s5、根据仿真模拟情况对各个物理模型、条件化模型和数字模型之间的数据交互作出优化处理；s6、重复步骤s4-s5，获得水库数字孪生模型；s7、实时采集水库的各项数据和调度决策数据，通过水库数字孪生模型模拟水库运行状态。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水库模型构建方法，其特征在于：根据水库的实际尺寸建立的三维实体模型能在各数字模型中任一数据的映射下进行空间运动和展示运行状态。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水库模型构建方法，其特征在于：在步骤s4中，对多个水文数据和调度决策数据进行相关性分析，建立联合模型。4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水库模型构建方法，其特征在于：在步骤s4中，还包括对历史水文数据进行划分，分为枯水期、平水期和丰水期；分别设置对应枯水期、平水期和丰水期的不同初始条件，并分别进行仿真模拟。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水库模型构建方法，其特征在于：在步骤s5中，所述仿真模拟情况包括仿真模拟耗时、仿真结果误差、次关联性数据运算占比例。

技术总结
本发明提供一种基于数字孪生的水库模型构建方法，具体包括：S1、收集水库的各项数据；S2、建立物理模型、条件化模型和数字模型；S3、在各个物理模型、条件化模型和数字模型之间设置数据交互接口，使各个物理模型、条件化模型和数字模型之间均能进行数据交互；S4、根据历史数据和调度决策对水库进行分析和仿真模拟；S5、对各个模型的数据交互作出优化处理；S6、重复步骤S4-S5，获得水库数字孪生模型；S7、实时采集数据和调度决策，模拟水库运行状态。本发明能够全面考虑库容、水位、调度、泥沙淤积等情况，模拟水库运行和决策结果，获得了能直观显示的水库模型，有助于监控水库的运行，并能为决策优化提供技术支持。决策优化提供技术支持。决策优化提供技术支持。


技术研发人员：毛勇 夏志欣 廖韵 游智理 易龙翔
受保护的技术使用者：成都市水利电力勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2022.11.04
技术公布日：2023/2/3