数字孪生在供水运行调度中的发展及应用.pdf
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1、2 0 2 4年3期2 8 9 2 0 2 4年第4 6卷第3期数字孪生在供水运行调度中的发展及应用朱程伟 张 义作者简介:朱程伟(1 9 8 5-),本科,高级工程师,研究方向为给水排水信息化管理。(镇江市自来水有限责任公司 江苏 镇江2 1 2 0 0 0)摘 要 供水管网的有序运行对保障城市居民的基本生活质量至关重要。对于供水企业而言,加强对供水管理的认识,实现可持续发展,既可以为人们带来实实在在的好处,也可以为企业带来可观的收入。当前,城镇供水调度系统基于供水管道的基础信息,以供水生产数据采集为主要方式,通过监测水厂、管网的运行状况,可以实现数据采集、数据展示、数据存储、报警等功能,为
2、供水管网的优化运行和调度管理提供了技术支持。文中论述了数字孪生在智慧供水建设中的重要作用,探讨了数字孪生在供水运行调度中的关键问题,指出了数字孪生在供水运行调度中的重要性。关键词:数字孪生;智慧水务;运行调度中图分类号 T P 3 9 9D e v e l o p m e n t a n dA p p l i c a t i o no fD i g i t a lT w i n s i nW a t e rO p e r a t i o na n dD i s p a t c h i n gZ HUC h e n g w e i a n dZ HAN GY i(Z h e n j i a n
3、gT a pW a t e rC o.,L t d.,Z h e n j i a n g,J i a n g s u2 1 2 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t T h eo r d e r l yo p e r a t i o no f t h ew a t e r s u p p l yp i p en e t w o r k i s c r u c i a l t oe n s u r e t h eb a s i c q u a l i t yo f l i f eo f c i t yd w e l-l e r s.F o rw a t e rs u p
4、 p l ye n t e r p r i s e s,s t r e n g t h e n i n gt h eu n d e r s t a n d i n go fw a t e rs u p p l ym a n a g e m e n ta n d i m p l e m e n t i n gs u s-t a i n a b l ed e v e l o p m e n tc a n n o to n l y b r i n gt a n g i b l e b e n e f i t st ot h e p u b l i c,b u ta l s o b r i n g c
5、 o n s i d e r a b l ei n c o m et oe n t e r p r i s e s.A tp r e s e n t,t h eu r b a nw a t e rs u p p l yd i s p a t c h i n gs y s t e mi sb a s e do nt h eb a s i ci n f o r m a t i o no fw a t e rs u p p l yp i p e s,w i t hw a t e rs u p p l yp r o d u c t i o nd a t a c o l l e c t i o na s
6、 t h em a i nm e t h o d,t h r o u g hm o n i t o r i n g t h eo p e r a t i o ns t a t u so fw a t e rp l a n t sa n dp i p en e t w o r k s,a n d t h e i m p l e m e n t a t i o no f d a t a c o l l e c t i o n,d a t ad i s p l a y,d a t a s t o r a g e,a l e r t a n do t h e r f u n c t i o n s,p
7、 r o v i d i n gT e c h n i c a lS u p p o r t f o r t h eo p t i m a lo p e r a t i o na n dd i s p a t c h i n gm a n a g e m e n to fw a t e rs u p p l yp i p en e t w o r k s.T h i sp a p e rd i s c u s s e s t h e i m p o r t a n t r o l eo fd i g i t a l t w i n s i ns m a r tw a t e rs u p p
8、l yc o n s t r u c t i o n,d i s c u s s e s t h ek e y i s s u e so fd i g i t a lt w i n s i nw a t e rs u p p l yo p e r a t i o nd i s p a t c h i n g,a n dp o i n t so u t t h e i m p o r t a n c eo fd i g i t a l t w i n s i nw a t e r s u p p l yo p e r a t i o nd i s-p a t c h i n g.K e y w
9、o r d s D i g i t a l t w i n,S m a r tw a t e r,O p e r a t i o ns c h e d u l i n g0 引言自然资源的有效利用是实现城市建设可持续发展的关键,保障供水系统运行的安全性、高效性,是城市高质量发展的必经之路,也是实现“碳达峰”的必然选择。随着“云数物智生”(云计算、大数据、物联网、人工智能、数字孪生)等技术的发展和广泛应用,推进城市供水业务的数字化转型已成为一种必然趋势。利用数字孪生技术构建城市供水数字孪生体,可以辅助相关部门从宏观层面掌控供水系统的运行状态,精准定位供水系统存在的问题,并通过智能模型分析获得最佳
10、解决方案,达到科学决策的目标,提高城市供水管理效率,促进城市建设的高品质健康发展。1 数字孪生的发展历程“数字孪生”是一种革命性的概念,旨在让人们能更好地了解周围的环境。这种概念利用了一种新的技术,可以更好地模仿真实的环境。虚拟世界不仅具有实时性,还具有准确性,它可以将物质世界的全部过程反演出来,从而帮助人们进行模拟、监控、预测、优化等操作。一个完善的数字孪生系统通常会经历4个发展阶段1-3。(1)数化仿真阶段随着数字孪生技术的发展,物联网技术成为一种有效的工具,它可以将物理空间转换为数字空间,从而使物理世界和数字世界之间的交互更加便捷。此外,数据的传输也不再受实时性的限制,可以在较短的时间内
11、实现局部汇聚和周期性传播,且这种变革主要取决于物联网硬件设备。(2)分析诊断阶段为更好地满足当前的应急处置需求,应结合数据驱动模型与模拟的物理环境,以便实现实时的信息交流。此外,还应定期检测环境变化,以便更好地满足用户需求,从而形2 9 0 2 0 2 4年3期成一套完善的业务知识体系,更好地掌握当前的情况;更有效地处理突发事件;更全面地完成对物理环境的追溯、分析及问题诊断工作4。(3)学习预测阶段利用先进的技术,数字孪生系统不仅可以具备良好的学习和预测性,还能具备自主学习的能力,它能从感官获取的信息和动态的行业词汇中提取有用的信息,以便利用这些信息来预测、模仿和优化未来可能会遇到的事件。随着
12、信息数据的不断演变,数字孪生技术能更好地洞察未来,并用一种更加易懂、直观的形式来表达这些信息。(4)决策自治阶段随着技术的进步,数字孪生已经实现了跨越式的发展,具备了多样化的功能,能按照一致的标准和要求组合起来,满足各行业的需求,形成一个完整、高效的数据处理网络。作为“中枢神经”的处理模块可以汇总、组织和分析多种智能推论的结论,从而准确地识别出客观的物质环境的变化,同时可以自动地给予相应的决定性建议,有效适应当前的环境。2 当下供水运行调度存在的问题水资源的有效调度可以满足人类生产、生活等多种需求,保障供水安全则是其正常进行的重要基础。但是,当前供水调度体系还存在许多挑战,如基础设施薄弱、数据
13、共享不足、管理方式落后、技术更新延缓,严重制约了水资源的有效配置与利用,影响了社会的稳定性。(1)供水运行调度涉及管网管理、运行监测、设备运维、应急抢险等多项业务。但由于信息化技术在供水调度中的应用缺乏整合性,因此难以提升供水调度的效率。(2)大多数供水企业的S C A D A系统仍然使用较为单一的C/S模型,并通过电话进行供水管网的信息传递。这种方法限制了企业的整体运行效率,不利于企业的集中管理、优化调度及信息共享5。(3)城市供水系统的实时运行状态涉及水厂监测、管网监测、泵站监测、二供泵房监测等多个环节,且往往分散在不同监控系统中,缺乏统一监测及调度的能力,调度人员难以及时发现和处理问题。
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