博能新聞
發(fā)布時(shí)間：2023-04-13
數(shù)字孿生技術(shù)作為多種優(yōu)勢技術(shù)集成突破的代表，逐漸成為產(chǎn)業(yè)各界關(guān)注的熱點(diǎn)。《“十四五”國家信息化規(guī)劃》《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》等規(guī)劃文件均提出要強(qiáng)化數(shù)字孿生技術(shù)戰(zhàn)略研究布局和技術(shù)融通創(chuàng)新。
近日，為促進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)能力創(chuàng)新、應(yīng)用推廣、產(chǎn)業(yè)培育，深入總結(jié)優(yōu)秀成果與典型實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，助力企業(yè)、城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展，中國信息通信研究院（簡稱“中國信通院”）聯(lián)合中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用工作委員會(huì)發(fā)布了《數(shù)字孿生城市技術(shù)應(yīng)用典型實(shí)踐案例匯編（2022年）》。這是中國信通院聯(lián)合數(shù)字孿生生態(tài)圈合作伙伴連續(xù)第3年發(fā)布《數(shù)字孿生城市技術(shù)應(yīng)用典型實(shí)踐案例匯編》。
《案例匯編》通過對(duì)國內(nèi)外已實(shí)施的數(shù)字孿生城市實(shí)踐案例分析，結(jié)合政策要求、行業(yè)熱點(diǎn)、市場規(guī)模等態(tài)勢，根據(jù)項(xiàng)目覆蓋范圍和行業(yè)應(yīng)用，將遴選出的案例劃分為園區(qū)（新區(qū)）綜合治理、一網(wǎng)統(tǒng)管、能源電力、水利水務(wù)、智能制造、交通物流等領(lǐng)域，并擇優(yōu)選擇16個(gè)典型案例，以期為國家及地方政府推動(dòng)數(shù)字孿生應(yīng)用建設(shè)提供有力借鑒。北京博能科技股份有限公司（簡稱“博能股份”）憑借“岷江犍為航電樞紐工程船閘安全監(jiān)控與運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)”案例入選《案例匯編》。該項(xiàng)目基于博能股份自主研發(fā)的數(shù)字孿生操作系統(tǒng)BLinkOS進(jìn)行開發(fā)，該操作系統(tǒng)提供從數(shù)據(jù)、平臺(tái)，到專業(yè)數(shù)字化管理系統(tǒng)，再到基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和云存儲(chǔ)架構(gòu)的完整的行業(yè)數(shù)字孿生應(yīng)用解決方案。該產(chǎn)品支持快速搭建面向不同業(yè)務(wù)需求的數(shù)字化應(yīng)用，以數(shù)字底座、服務(wù)中臺(tái)、物聯(lián)平臺(tái)、賦能平臺(tái)的多重方式為用戶的數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型賦能。
岷江犍為航電樞紐工程船閘安全監(jiān)控與運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)
岷江犍為航電樞紐工程船閘安全監(jiān)控與運(yùn)行調(diào)度管理系統(tǒng)將船閘的運(yùn)行調(diào)度與可視化相結(jié)合，通過與港航中心信息系統(tǒng)與船舶進(jìn)行信息傳遞，獲得申報(bào)信息和船舶位置信息，通過數(shù)字孿生技術(shù)，建設(shè)三維可視化模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)船閘運(yùn)行調(diào)度的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及可視化呈現(xiàn)，更直觀的查看船舶調(diào)度過程中發(fā)生的報(bào)警及問題。通過安全監(jiān)測和圖像分析自動(dòng)檢查船舶在過閘過程中的違規(guī)操作。根據(jù)過閘船舶、船閘運(yùn)行和通航調(diào)度的特點(diǎn)，在確保通航安全的前提下，優(yōu)化船舶調(diào)度排序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全性、靈活性。
應(yīng)用場景
基于數(shù)字孿生的航電樞紐工程全景展示
系統(tǒng)通過 BIM、GIS、傾斜攝影、遙感數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)航電樞紐工程高精度數(shù)字化全景仿真，實(shí)現(xiàn)整個(gè)樞紐工程內(nèi)容的建筑、草木、河流、船舶、設(shè)備設(shè)施等全場景要素的數(shù)字化建模，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)真實(shí)天氣情況進(jìn)行數(shù)字化展示。岷江犍為航電樞紐工程將岷江公司犍為分公司廠房區(qū)域、大壩區(qū)域、船閘區(qū)域、辦公樓全面覆蓋，對(duì)人字形閘門、弧形輸水閘門、液壓啟閉機(jī)、浮式系船柱、交通信號(hào)燈、地面標(biāo)識(shí)等靜態(tài)場景實(shí)現(xiàn) 1:1 真實(shí)還原，實(shí)時(shí)在數(shù)字孿生平臺(tái)展示實(shí)體工程的運(yùn)行狀態(tài)，通過數(shù)字孿生平臺(tái)監(jiān)測實(shí)體設(shè)備的健康度，減少設(shè)備宕機(jī)、停止運(yùn)轉(zhuǎn)的幾率。
航電樞紐工程數(shù)據(jù)底板建設(shè)
地圖數(shù)據(jù)：對(duì)犍為電站的工程圖紙進(jìn)行轉(zhuǎn)換獲得基礎(chǔ)矢量地圖數(shù)據(jù)，包括航道、閘室、閘門、船位；對(duì)系統(tǒng)重點(diǎn)設(shè)備位置設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行轉(zhuǎn)換獲得設(shè)備矢量地圖數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控?cái)z像機(jī)、浮式系船柱設(shè)備、無線 Wi-Fi 設(shè)備等。
感知數(shù)據(jù)：感知數(shù)據(jù)包括船舶北斗定位數(shù)據(jù)、船舶現(xiàn)地定位數(shù)據(jù)、視頻分析預(yù)警結(jié)果數(shù)據(jù)、閘門控制數(shù)據(jù)、過閘流速監(jiān)控、浮式系船柱位置數(shù)據(jù)等。
業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括船舶基本信息、船舶過閘信息（包括時(shí)間、方向、貨物種類、貨物重量、過閘安全信息；網(wǎng)上過閘申報(bào)船舶的信息；記錄船舶違章信息；船閘停運(yùn)信息，包括時(shí)間、原因；犍為電站運(yùn)行和船舶安全監(jiān)控指標(biāo)等。
視頻數(shù)據(jù)：對(duì)船舶異常行為場景視頻流片段進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)，為后續(xù)船舶監(jiān)控問題發(fā)現(xiàn)和追蹤提供基礎(chǔ)。
空間數(shù)據(jù)庫管理：按照犍為電站空間數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗轉(zhuǎn)換；按照空間數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)，例如環(huán)境、電站設(shè)施、電站設(shè)備等主題，對(duì)空間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理；按照空間數(shù)據(jù)分層標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)設(shè)施、設(shè)備等相近類型進(jìn)行圖層合并；地圖按照年時(shí)間范圍進(jìn)行版本管理。將空間地圖進(jìn)行歷史歸檔，形成歷史地圖集。
船舶定位航運(yùn)全展示
項(xiàng)目通過北斗為主定位，UWB 為輔助定位，獲取船舶北斗位置信息，以及UWB 實(shí)時(shí)現(xiàn)地定位，雙管齊下實(shí)現(xiàn)船舶的準(zhǔn)確定位，水平與垂直定位精度控制在 0.2 米內(nèi)。定位引擎軟件對(duì)基站發(fā)送的信標(biāo)基本信息進(jìn)行計(jì)算獲得信標(biāo)的三維坐標(biāo)，三維坐標(biāo) UWB 定位數(shù)據(jù)和高度測量數(shù)據(jù)綜合計(jì)算獲得，高度數(shù)據(jù)確定參考平面，UWB數(shù)據(jù)計(jì)算得到信標(biāo)在參考面的位置，最終共同確定三維位置。定位引擎軟件計(jì)算得到的信標(biāo)位置數(shù)據(jù)發(fā)送至地理信息平臺(tái)，地理信息平臺(tái)整合信標(biāo)位置數(shù)據(jù)、船舶信息數(shù)據(jù)和船閘地圖，獲得船舶在船閘的具體位置。通過獲取到的船舶坐標(biāo)、船舶的基本信息在場景中還原船舶的大小，船舶的位置，以及船舶的運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)船舶行駛的精確展現(xiàn)。
閘室利用算法優(yōu)化
系統(tǒng)可根據(jù)船舶基本信息和過閘申請(qǐng)自動(dòng)安排閘室內(nèi)船舶停靠位置，根據(jù)船舶大小、船舶安全間距、閘室空間大小，以利用率和安全系數(shù)為目標(biāo)采用“矩陣排樣”進(jìn)行算法優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)單次船舶過閘最優(yōu)排序，具體方式如下：
（1）排序管理分預(yù)排序和運(yùn)行排序兩個(gè)過程。預(yù)排序是運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)收到船舶過閘預(yù)申報(bào)后自動(dòng)對(duì)船舶排序以便提前確定上下行順序。運(yùn)行排序是在對(duì)實(shí)際過閘船舶進(jìn)行排序。
（2）具備自動(dòng)排序功能，自動(dòng)排序包括最優(yōu)利用船閘空間利用和船舶優(yōu)先等級(jí)兩種位置排序。最優(yōu)船閘空間利用是一個(gè)優(yōu)化排序問題，也是計(jì)算理論上非常困難的課題，為了簡化計(jì)算量，先對(duì)船舶尺寸分類以減少種類，將船舶排序按一維優(yōu)化排樣中的少種類少數(shù)量問題處理，建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。
（3）具備邏輯排序功能，邏輯排序由運(yùn)行人員按船舶種類、船號(hào)、滯留時(shí)間等條件設(shè)定優(yōu)先過閘條件。
（4）整個(gè)排序過程由邏輯排序和自動(dòng)排序組成，系統(tǒng)首先進(jìn)行邏輯排序，對(duì)邏輯排序后剩余的閘室空間，系統(tǒng)按設(shè)定進(jìn)行自動(dòng)排序。
通過“矩陣排樣”算法將閘室的利用率提高了 10%，減少了閘室的開關(guān)次數(shù)，降低了運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)了安全、高效的船舶調(diào)度過程，有效的解決了船閘有限通過能力與船舶過閘需求的之間日益突出的矛盾。
基于數(shù)字孿生的全流程智慧化運(yùn)行調(diào)度
項(xiàng)目根據(jù)船舶過閘流程控制，系統(tǒng)將通過港航中信息系統(tǒng)對(duì)船舶發(fā)送船閘信息和進(jìn)出閘令，實(shí)現(xiàn)過閘船舶在本工程區(qū)域的調(diào)度，根據(jù)船舶排序結(jié)果發(fā)出進(jìn)出閘令，可在人工干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)調(diào)度，系統(tǒng)可隨時(shí)切換至手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。通過數(shù)據(jù)處理裝置 PLC 的 I/O 點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與啟閉機(jī)控制系統(tǒng)的連接，實(shí)時(shí)接收人字門、輸水門、啟閉機(jī)、浮式系船柱、交通信號(hào)燈數(shù)據(jù)，在三維場景中真實(shí)的還原人字門開閉、輸水門水流方向、浮式系船柱的起落、交通信號(hào)燈指示，水位的變化，全方位、多角度的展示船閘調(diào)度流程。
通過船舶船閘報(bào)警功能可以發(fā)現(xiàn)未申報(bào)船舶強(qiáng)行闖入閘室，避免造成次序混亂，給船舶和船閘設(shè)備安全造成危害，通過分析判斷和接受安全檢測、視頻分析獲得異常情況的信息，系統(tǒng)根據(jù)具體的異常情況與相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安全防控管理。對(duì)船舶闖閘、浮式系船柱的卡阻、船舶沖撞、船舶傾斜、船舶超速在場景中即時(shí)報(bào)警以便現(xiàn)場人員快速發(fā)現(xiàn)問題避免安全事故的發(fā)生。
案例總結(jié)
本項(xiàng)目將數(shù)字孿生技術(shù)、智能物聯(lián)感知、三維仿真技術(shù)、大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、5G 傳輸?shù)燃夹g(shù)相結(jié)合，其數(shù)字孿生場景的還原度達(dá)到 90%以上，實(shí)時(shí)支持上千個(gè)物聯(lián)感知設(shè)備接入，實(shí)時(shí)掌握船舶、閘門、泵房等設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。將船閘的運(yùn)行調(diào)度與可視化相結(jié)合，通過與港航中心信息系統(tǒng)與船舶進(jìn)行信息傳遞，獲得申報(bào)信息和船舶位置信息，通過 BIM+GIS 的融合，建設(shè)三維可視化模型實(shí)現(xiàn)對(duì)船閘運(yùn)行調(diào)度的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及可視化呈現(xiàn)，更直觀查看船舶調(diào)度過程中發(fā)生的報(bào)警及問題。通過安全監(jiān)測和圖像分析自動(dòng)檢查船舶在過閘過程中的違規(guī)操作。根據(jù)過閘船舶、船閘運(yùn)行和通航調(diào)度的特點(diǎn)，在確保通航安全的前提下，優(yōu)化船舶調(diào)度排序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全性、靈活性。以 BIM+實(shí)景數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)開放閘過程的三維虛擬、實(shí)時(shí)仿真和船舶進(jìn)閘可視化引導(dǎo)；研發(fā)船閘輔助自動(dòng)控制指揮系統(tǒng)，與船閘水上 ETC 調(diào)度、收費(fèi)信息服務(wù)及視頻等系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，通過多種技術(shù)集成、多源數(shù)據(jù)連通、多運(yùn)行模式適配，滿足各環(huán)節(jié)“感知、評(píng)估、決策、控制”閉環(huán)自洽需求，形成智慧船閘數(shù)字基石與智能中樞。
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