(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210623805.6 (22)申请日 2022.06.02 (71)申请人 浙江工业大 学 地址 310014 浙江省杭州市拱 墅区潮王路 18号 (72)发明人 欧林林　沈友铭　禹鑫燚　魏岩　 周利波　冯远静　 (74)专利代理 机构 杭州天正专利事务所有限公 司 33201 专利代理师 孙家丰 (51)Int.Cl. G06F 16/2458(2019.01) G06F 16/2455(2019.01) G06F 16/28(2019.01) G06Q 50/26(2012.01) (54)发明名称 基于数字孪生的水利监测及灾害推演方法 (57)摘要 一种基于数字孪生的水利监测及灾害推演 方法， 包括： 1)根据实际需求利用三维模型工具 对水利站点地形建模， 对水利监测设备精细化建 模， 导入虚幻引擎中， 从而构建逼真的水库站点 模型； 2)使用数据库获取水利站点水利监测设备 采集到的传感数据； 3)构建水利监测设备的孪生 模型和推演 模型， 通过数据的映射将真实的水利 监测设备的传感器数据映射到水利监测设备模 型中； 4)根据水利站点的实际情况， 快速地构建 出水利站点仿真场景， 完成相应的水利站点水利 监测与灾害推演工作。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114996329 A 2022.09.02 CN 114996329 A 1.一种基于数字 孪生的水利监测及灾害推演方法， 包括如下步骤： 步骤1， 根据实际需求利用三维模型工具对水利站点地形建模， 对水利监测设备精细化 建模， 导入虚幻引擎中， 从而构建逼真的水库站点模型； 步骤2， 使用数据库获取 水利站点水利监测设备采集到的传感数据； 步骤3， 构建水利监测设备的孪生模型和推演模型， 通过数据的映射将真实的水利监测 设备的传感器数据映射到水利监测设备模型中； 步骤4， 基于上述步骤， 根据水利站点的实际情况， 快速地构建出水利站点仿真场景， 完 成相应的水利站点水利监测与灾害推演工作。 2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水利监测及灾害推演方法， 其特征在于， 所述步骤2具体包括： 2.1安装关系型数据库MySQL和缓存数据库Redis。 采用MySQL数据库作为水利监测设备 信息存储中心， 主要存储设备信息表、 设备数据表等数据； 采用Redis数据库作为物理信号 和虚拟信号的交互中心， 数据采集软件中的控制设备I/ O信号、 水利监测设备传感值等数据 都会以key ‑value的形式存 储在Redis中， 并且数据值 根据控制程序运行情况实时刷新。 2.2水利监测及灾害推演系统会实时读取数据库中保存的数据值， 通过实际信号值驱 动将仿真运行状态以key ‑value形式保存至数据库中。 同时创建推演数据库作为特定数据 存储中心， 存 储水库面积、 拦水坝开闸放水速度极值 等数据， 满足推演系统数据的需求。 3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水利监测及灾害推演方法， 其特征在于， 所述步骤3具体包括： 3.1孪生和推演模型构建需要使用步骤1中构建的水利监测设备模型和步骤2获取到的 水利站点水利监测设备采集到的传感数据。 将步骤1中构建的水利监测设备模型导入到虚 幻引擎中。 3.2孪生模型的构建： 首先在虚幻引擎中创建控件蓝图作为孪生模型的交互界面， 每一 个交互界面对应一个水利监测设备模型， 孪生模型的交互界面用来显示水利监测设备的运 行状态和 运行数据， 因此每个交互界面需要接入对应水利监测设备 的实时数据， 此处用到 步骤2获取到的水利站点水利监测设备采集到的传感数据， 水利监测设备模型与数据的对 应关系由数据库MySQL提供的水利检测设备信息来确定， 对应关系确定后可将缓存数据库 Redis中的水利监测实时数据接入交互界面的数据接口， 并对数据设置显示阈值， 在数据异 常时提示数据异常， 并将异常信号通过出错控制信号传输至现场， 水利监测实时数据在运 行时可以做到动态刷新显示。 3.3推演模型的构建： 首先也是在虚幻引擎中创建控件蓝图作为推演模型的交互界面， 每一个交互界面对应一个水利监测设备模型， 推演系统用到的推演模型比孪生系统用到的 孪生模型少， 有注水阀门和拦水坝闸 门等。 然后在推演模型的交互界面设置输入选项， 输入 选项用来由用户输入数值， 例如注水阀门的注水量和 拦水坝闸门开闸放水速度等， 输入选 项输入的数值可以驱动场景中的对应模型做出相应动作。 接下来， 在推演模型 的交互界面 输入选项位置添加参考数据提示条， 该参考数据提示条的数据来源于步骤2的推演数据库， 参考数据提示条有注水阀门注水量的上限提示条和拦水坝闸 门开闸放水速度上限提示条， 注水阀门注水量的上限数据如公式(1)所示， 其中S为水库的面积， hmax为测得的最高水位， hnow为最新时刻的水位。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114996329 A 2Wmax＝S(hmax‑hnow)                   (1) 。 4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水利监测及灾害推演方法， 其特征在于， 所述步骤4具体包括： 4.1将地形数据FBX文件导入场景中， 根据水利站点的实际水利监测设备的类型和位 置， 将孪生模型和推演模型选择地拖入 水利监测及灾害推演系统中。 点击运行， 系统开始 运 行， 可选择进入孪生系统或者推演系统。 4.2首先进入孪生系统， 可以观测到水利站点各个水利监测设备的及运行状态和运行 数据。 在大多 数条件下， 设备是工作在正常状态下， 孪生系统可以正常显示设备运行状态和 运行数据； 如遇到突发状况或者设备异常， 数据就会提示异常， 此时启动预警， 孪生系统出 现异常信号， 同时异常设备位置也会出现异常信号， 提醒管 理员出现异常， 并提示异常设备 的具体位置， 让管 理员用最快的速度定位到异常设备， 找到问题恢复异常设备。 在孪生系统 报警的同时， 孪生系统发送出错控制信号， 经数据传输至现场设备， 现场报警装置启动， 提 醒现场的管理员出现异常， 尽快检查设备， 等待异常设备问题被解决， 孪生系统接收的数据 恢复正常， 仿真场景恢复正常监测环境。 4.3进入推演系统， 可设置注水阀门的注水量和拦水坝闸门的开闸放水速度， 设置注水 阀门的注水量和拦水坝闸 门的开闸放水速度时会出现参考数据提示条， 参考数据提示条给 出参数设置参考数据， 例如设置注水阀门的注水量时会提示注水量最大值， 设置拦水坝闸 门的开闸放水速度时提示该拦水坝近期最大放水速度。 接下来可以设置注水量启动注水， 此时会有水源注入水库， 源源不断的水源注入可以观测水库的承载能力， 待注水阀门注水 完毕可以选择拦水坝闸门开闸放水， 开闸放水 的速率调整也可以观测下游的承载能力， 实 现对可能发生的强降雨 灾害的推演。 5.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的水利监测及灾害推演方法， 其特征在于， 所述步骤2.2具体包括： 创建推演数据库作为特定数据存储中心， 该数据库不用作实时通信， 只用作存储特定 数据， 像水库面积等， 该 数据库存 储规则是只记录来自Redis数据库中的特定数据的极值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114996329 A 3