本發(fā)明涉及基于數(shù)字孿生技術(shù)的供水調(diào)度自動化控制，特別涉及一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的scada軟件技術(shù)在管道供水系統(tǒng)中存在如下缺陷：

2、1.軟件管理功能局限性：該技術(shù)應(yīng)用于黃河長距離管道輸水項目，黃河水泥沙大，管道輸水存在堵塞風(fēng)險，揚水泵站水泵機組管理也需要人工成本，傳統(tǒng)scada軟件在管理范圍上存在定位功能有限，降本增效范圍有限。

3、2.監(jiān)控局限性：傳統(tǒng)的scada系統(tǒng)只能提供有限的數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，如壓力、流量等基本參數(shù)，無法提供全方位的管道狀態(tài)監(jiān)控，特別是在水利長距離傳輸線路上難以及時發(fā)現(xiàn)泄漏點。

4、3.可視化不足：傳統(tǒng)的scada系統(tǒng)大多僅能提供二維平面圖，無法直觀顯示供水泵站設(shè)施及周邊環(huán)境的實際情況，這對于復(fù)雜的供水網(wǎng)絡(luò)來說，操作不便。

5、4.數(shù)據(jù)融合能力弱：現(xiàn)有的scada系統(tǒng)通常無法有效融合來自不同來源的數(shù)據(jù)，例如地理信息系統(tǒng)(gis)數(shù)據(jù)、建筑信息模型(bim)數(shù)據(jù)以及視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)等，這限制了系統(tǒng)的綜合分析能力。

6、5.響應(yīng)速度慢：當出現(xiàn)緊急情況如管道破裂時或者泵站水泵機組故障，傳統(tǒng)scada系統(tǒng)可能無法迅速響應(yīng)并采取措施，從而導(dǎo)致延誤甚至更大的損失。

7、6.維護與升級困難：由于傳統(tǒng)的scada系統(tǒng)較為封閉，一旦需要升級或者維護時，往往需要停機作業(yè)，增加了維護難度和成本。

8、7.安全性欠佳：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的scada系統(tǒng)可能存在被黑客攻擊的風(fēng)險，而這些系統(tǒng)的設(shè)計往往未能充分考慮網(wǎng)絡(luò)安全。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提出一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，旨在通過3d可視化展示技術(shù)與scada系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)管道供水網(wǎng)絡(luò)的實時監(jiān)控，快速識別并精確定位管道輸水故障、水泵設(shè)施故障、電氣故障等問題，從而便于迅速采取應(yīng)對措施，整合灌區(qū)泵站，達到泵站“無人巡檢，少人值守”的目的，解決灌區(qū)供水取用水管理難題，改善取水條件，提升灌溉效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，包括：信息采集監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)和3d可視化水利管道供水自動控制系統(tǒng)；

3、所述信息采集監(jiān)控系統(tǒng)，用于基于scada實時采集供水系統(tǒng)工況信息；

4、所述應(yīng)用系統(tǒng)，用于根據(jù)所述供水系統(tǒng)工況信息結(jié)合預(yù)先建立的數(shù)字孿生bim模型對供水系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)施進行實時監(jiān)控與故障定位；

5、所述3d可視化水利管道供水自動控制系統(tǒng)，用于可視化呈現(xiàn)所述供水系統(tǒng)工況信息以及故障定位信息。

6、本發(fā)明進一步地技術(shù)方案是，所述3d可視化水利管道供水自動控制系統(tǒng)基于unity引擎開發(fā)，采用c/s架構(gòu)。

7、本發(fā)明進一步地技術(shù)方案是，所述供水系統(tǒng)工況信息包括泵站實時運行工況、調(diào)壓塔水位、分水閥狀態(tài)信息。

8、本發(fā)明進一步地技術(shù)方案是，所述3d可視化水利管道供水自動控制系統(tǒng)可視化呈現(xiàn)所述供水系統(tǒng)工況信息以及故障定位信息時，采用bim+gis作為底圖，灌區(qū)gis為底，疊加建構(gòu)筑物bim模型，實現(xiàn)泵站、泵站變電所、水泵機組設(shè)施、加壓供水管道、重力流輸水管道、配水管線及建筑物的可視化管理，所述建筑物至少包括蓄水池。

9、本發(fā)明進一步地技術(shù)方案是，還包括應(yīng)用支撐平臺，所述應(yīng)用支撐平臺用于實現(xiàn)資源的有效共享和應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，為應(yīng)用系統(tǒng)的功能實現(xiàn)提供技術(shù)支持、多種服務(wù)及運行環(huán)境，是實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間、應(yīng)用系統(tǒng)與其他平臺之間進行信息交換、傳輸、共享的核心。

10、本發(fā)明進一步地技術(shù)方案是，所述應(yīng)用支撐平臺包括應(yīng)用服務(wù)平臺、應(yīng)用集成平臺和水調(diào)業(yè)務(wù)中間件。

11、本發(fā)明進一步地技術(shù)方案是，所述信息采集監(jiān)控系統(tǒng)包括信息感知與采集系統(tǒng)，所述信息感知與采集系統(tǒng)是水量調(diào)度運行管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括各類信息從采集、傳輸、分析、處理和管理，包括自動采集、人工上報及與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換獲得的各類信息。

12、本發(fā)明進一步地技術(shù)方案是，所述與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換獲得的各類信息包括氣象信息、省級流域水文信息、省或流域防汛抗旱信息、省水資源信息和省調(diào)水信息。

13、本發(fā)明進一步地技術(shù)方案是，還包括數(shù)據(jù)資源管理平臺，所述數(shù)據(jù)資源管理平臺用于存儲實時采集到的供水系統(tǒng)工況信息以及故障定位信息。

14、本發(fā)明進一步地技術(shù)方案是，還包括計算機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所述計算機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是信息采集監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源管理平臺、應(yīng)用系統(tǒng)和3d可視化管水利道供水自動控制系統(tǒng)的信息承載平臺。

15、本發(fā)明基于數(shù)字孿生技術(shù)的供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)的有益效果如下：

16、1、本發(fā)明能對供水系統(tǒng)實施監(jiān)控與故障定位；

17、2、提升水資源利用效率：本發(fā)明通過精細化管理，減少不必要的水資源浪費，優(yōu)化調(diào)度方案，提高水資源的整體利用效率；

18、3、智能決策支持：本發(fā)明借助數(shù)字孿生技術(shù)，本系統(tǒng)能夠模擬實際工況，為決策者提供依據(jù)，幫助其做出更加科學(xué)合理的水泵機組調(diào)節(jié)和優(yōu)先選擇管道蓄水池的決策；

19、4、開放性和集成性：本發(fā)明采用了開放式的架構(gòu)設(shè)計，可以輕松集成其他子系統(tǒng)，如gis和bim，實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，增強系統(tǒng)的靈活性和擴展性；

20、5、安全性保障：本發(fā)明在設(shè)計階段即考慮到了網(wǎng)絡(luò)安全的重要性，通過權(quán)限管理和加密等手段，保證系統(tǒng)的安全運行；

21、6、經(jīng)濟性考量：本系統(tǒng)不僅考慮了初期建設(shè)成本，還兼顧了長期運營維護的成本效益，力求在兼顧可視化與自動化管理功能需求的同時，實現(xiàn)最優(yōu)的性價比。

技術(shù)特征：

1.一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：信息采集監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)和3d可視化水利管道供水自動控制系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述3d可視化水利管道供水自動控制系統(tǒng)基于unity引擎開發(fā)，采用c/s架構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述供水系統(tǒng)工況信息包括泵站實時運行工況、調(diào)壓塔水位、分水閥狀態(tài)信息。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述3d可視化水利管道供水自動控制系統(tǒng)可視化呈現(xiàn)所述供水系統(tǒng)工況信息以及故障定位信息時，采用bim+gis作為底圖，灌區(qū)gis為底，疊加建構(gòu)筑物bim模型，實現(xiàn)泵站、泵站變電所、水泵機組設(shè)施、加壓供水管道、重力流輸水管道、配水管線及建筑物的可視化管理，所述建筑物至少包括蓄水池。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括應(yīng)用支撐平臺，所述應(yīng)用支撐平臺用于實現(xiàn)資源的有效共享和應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，為應(yīng)用系統(tǒng)的功能實現(xiàn)提供技術(shù)支持、多種服務(wù)及運行環(huán)境，是實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間、應(yīng)用系統(tǒng)與其他平臺之間進行信息交換、傳輸、共享的核心。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)用支撐平臺包括應(yīng)用服務(wù)平臺、應(yīng)用集成平臺和水調(diào)業(yè)務(wù)中間件。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集監(jiān)控系統(tǒng)包括信息感知與采集系統(tǒng)，所述信息感知與采集系統(tǒng)是水量調(diào)度運行管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括各類信息從采集、傳輸、分析、處理和管理，包括自動采集、人工上報及與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換獲得的各類信息。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換獲得的各類信息包括氣象信息、省級流域水文信息、省或流域防汛抗旱信息、省水資源信息和省調(diào)水信息。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)資源管理平臺，所述數(shù)據(jù)資源管理平臺用于存儲實時采集到的供水系統(tǒng)工況信息以及故障定位信息。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于數(shù)字孿生技術(shù)的水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括計算機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，所述計算機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是信息采集監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源管理平臺、應(yīng)用系統(tǒng)和3d可視化水利管道供水自動控制系統(tǒng)的信息承載平臺。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種水利管道供水調(diào)度自動化控制系統(tǒng)，包括：信息采集監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)和3D可視化水利管道供水自動控制系統(tǒng)；信息采集監(jiān)控系統(tǒng)基于Scada實時采集供水系統(tǒng)工況信息；應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)供水系統(tǒng)工況信息結(jié)合預(yù)先建立的數(shù)字孿生BIM模型對供水系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)施進行實時監(jiān)控與故障定位；3D可視化管道供水自動控制系統(tǒng)可視化呈現(xiàn)供水系統(tǒng)工況信息以及故障定位信息。本發(fā)明通過3D可視化展示技術(shù)與SCADA系統(tǒng)的集成，能實現(xiàn)水利管道供水與泵站水泵機組網(wǎng)絡(luò)的實時監(jiān)控，快速識別并精確定位管道泄漏或爆裂等問題，整合灌區(qū)泵站，達到泵站“無人巡檢，少人值守”的目的，解決灌區(qū)供水取用水管理難題，改善取水條件，提升灌溉效率。

技術(shù)研發(fā)人員：齊敦哲,王小利,杜立普,周燕,鄒璇,劉東東,蔡文斌,陳卓,王明月
受保護的技術(shù)使用者：深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19