基于数字孪生的船闸安全智慧管理方法

船闸承担着防洪和通航等重大任务.传统的船闸安全管理方法实时性、直观性不足,且对于危险的响应速度存在明显的滞后现象,难以满足船闸现代化运维管理要求.基于数字孪生概念,提出利用大数据、人工智能等技术,构建船闸安全管理智慧解决方案.并在此基础上开发基于数字孪生的船闸安全智慧管理系统,旨在提高船闸安全管理的智慧化水平.     

基于多源异构模型和数字孪生的船舶运动仿真

随着科学的发展,船舶运动仿真系统也趋于复杂化,以往的建模与仿真手段难以满足智能船舶数字化的发展需要,利用多源异构建模协同仿真技术与数字孪生技术能够解决复杂系统仿真困难的问题。本文剖析当下国内外多源异构建模协同仿真技术和数字孪生技术,设计多源异构建模方法和协同仿真系统,提出基于数字孪生技术的船舶运动仿真设计框架和关键技术,为船舶运动的数字化研究提供借鉴和参考。     

航道数字孪生初探

为推动水运新型基础设施建设,提升航道信息化和智能化水平,笔者通过对“数字孪生”“数字孪生流域”的顶层概念分析,梳理论述了数字智能技术在航道信息化迭代进程中的概念产物,深入剖析了当前航道数字孪生的建设意义。对比数字孪生案例,综合性提出航道数字孪生的自身特点及建设步骤。     

基于数字孪生技术的船体结构设计研究

由于传统舰船设计方法中存在船体结构设计不合理、设计效率低、多任务协调性差、准确性验证不足、辅助决策功能不成熟等一系列问题,研究基于数字孪生技术的船体结构设计方案。根据船体设计物理信息,使用三维建模技术构建船体结构数字孪生体,采用第三代波浪数值模型求解海洋环境矢量场,模拟真实海洋环境,实现船舶虚拟呈现。通过刚体六自由度运动方程建立船体水动力模型,模拟船舶航行状态,根据模拟航行的测试结果不断迭代优化船体结构设计方案,最终实现船体结构设计优化。实验表明,该方法构建的船舶数字孪生体效果非常逼真,航行模拟状态很准确,相对误差很小,完全可以达到船体结构性能测试的要求。     

从数字孪生水利建设十大样板浅析水利数字孪生的应用

2024年水利部发布了以十大样板为代表的数字孪生水利建设若干典型案例,先行先试工作在构建数据底板、搭建水利模型平台、水利监测体系、知识平台几方面取得了技术突破,接下来发展方向建议继续从完善监测体系、加强信息化基础设施建设、推进数字孪生平台建设几方面开展,为全面建成有“四预”功能的数字孪生流域系统积累经验。     

客货滚装港口数字孪生智慧运作模式

鉴于智慧港口"人-机-物"高度密集、自动化信息化要求较高和信息物理融合需求强的特性,结合客货滚装智慧港口的规划、建设与运维,开展客货滚装港口数字孪生智慧运行模式研究。提出客货滚装港口数字孪生的系统组成及其运行机制;制定客货滚装数字孪生港口的系统架构。该架构融入BIM技术,能够利用BIM的信息模型、模型应用与业务流程信息管理的全寿命周期管控特点,实现港口数字化和智能化运作;给出客货滚装数字孪生港口智能决策的方案,实现安检计重、船舶配载和票务的三位一体智能管控,能够为客货滚装智慧港口建设及其系统开发提供参考。     

基于数字孪生技术的水资源高效利用研究

随着数字化、信息化技术的快速发展,数字孪生技术在水资源管理领域展现出巨大潜力。本文聚焦淠史杭灌区数字孪生技术一个应用案例,围绕数字孪生技术在提高水资源利用效率方面进行了探讨。首先简要介绍了数字孪生技术的基本概念,随后分析安徽省水资源现状及面临的挑战,以及现有水资源管理方法的局限性。重点研究了数字孪生技术在安徽省水资源管理中的应用,并评估了其在提高决策效率、降低管理成本、提高安全性能以及促进可持续发展等方面的影响。此外,还探讨了数字孪生技术在水资源管理领域面向未来的策略与建议。研究表明,数字孪生技术能够有效提升水资源管理的精准性和效率,为实现水资源的高效利用和可持续发展提供新的途径。     

煤炭港口数字孪生系统构建及应用

针对当前煤炭港口数字化转型相关研究及实践中存在的技术应用场景比较单一、对全链条全场景覆盖度不够、子系统存在信息孤岛等问题,进行煤炭港口数字孪生系统构建及应用研究。基于对煤炭港口场景的深入了解和运营实践,采用物联网、系统仿真等关键技术,在已有研究的基础上实现数据标准化和接口标准化,提出涵盖全要素、全流程、全场景的煤炭港口数字孪生架构和五维模型。依托某煤炭港口进行应用,系统实现了全面准确反映港口运营情况、规避煤炭自燃安全隐患、大幅提升运营效率的目标。     

基于数字孪生技术的内河集装箱港口信息协同系统设计

基于内河智慧港口建设目标和需求,以湖州安吉上港集装箱码头为试点,开展基于数字孪生技术的内河集装箱港口信息协同系统设计,并针对现阶段港-船信息协同和内河港口数字孪生驱动建设中存在的关键问题提出相应解决方案,供内河智慧港口建设参考。     

基于数字孪生的水面多无人智能体协同巡航策略优化方法

目的针对水面环境下多无人智能体协同自主性和协调性不足的问题,提出一种基于数字孪生的多无人智能体协同巡航策略优化方法。方法首先,根据多无人智能体的物理实体构建数字孪生模型,并分析其协同巡航过程的运动特点;然后,针对多智能体的相互影响和协作关系,采用多智能体近端策略优化算法,以提升协同巡航效率;最后,基于数字孪生模型对多智能体的训练效果进行验证。结果与多智能体深度确定性策略梯度（MADDPG）算法相比,所提出的多智能体近端策略优化（MAPPO）算法的收敛稳定平均奖励值提升了14.7%,无人智能体能够以巡航目标为中心而均匀分布,从而提供更全面的协同巡航信息。结论研究成果可为水面多无人智能体的协同巡航策略优化提供理论与实践参考。     

基于数字孪生的可视化船舶运维管控系统研究

为解决传统船舶运维工作的复杂化与高成本,本文采用数字孪生技术构建智慧船舶运维管控系统,通过对数据的处理与决策,提升管理效率、实现可视化管理。通过传感器采集船舶数据,先通过集成算法对数据进行预处理,后结合数字孪生模型进行深度分析,从而实现对船舶实时的监控和预测维护。该方案在数据预处理方面准确率高达约95%,故障通知时间约为0.06 s,有效提升了船舶运维效率和安全性,同时降低了成本并增强了风险响应能力。可视化界面使管理人员操作和决策更直观,提升用户体验。提供智能船舶运维管控解决方案,集数据采集、处理、分析和反馈为一体,推动智能船舶技术发展,为数字孪生应用提供借鉴。智能化运维有望支持全球航运业数字化转型,提升航运安全、效率。     

基于数字孪生的舰船上层建筑运维系统

以降低舰船运行故障为目的,设计基于数字孪生的舰船上层建筑运维系统。该系统利用数据采集层内传感器数据采集模块采集舰船上层建筑设备基本数据和运行数据,得到舰船上层建筑设备中控数据,通过报文解析后,将其存储到MySQL数据库内;数字孪生层通过调取MySQL数据库舰船上层建筑设备中控数据,构建数字孪生体后,利用其模拟舰船上层建筑设备生产和同步虚拟运行后,得到舰船上层建筑设备实时虚拟运行数据,并将其传输到业务逻辑层内;业务逻辑层对实时虚拟运行数据进行预处理后,通过映射驱动将其传输到故障诊断模块内,该模块使用基于规则变量分析的舰船上层建筑故障诊断方法得到舰船上层建筑设备实时运行故障状态,并将故障状态信息传输到展示层内;展示层利用基础管理、数据统计和检测维保等功能实现舰船上层建筑运维。实验表明,该系统运行较为稳定,可精准诊断舰船上层建筑设备故障诊断,并为用户提供设备运维视情优先级。     

水下释放装置数字孪生系统设计与实现

水下释放装置是一种用于水下航行器失事人员自救的新型救生保障装备,但由于缺少可视化手段航行器内部操作人员难以掌握水下释放装置的实时状态。针对水下释放装置存在实时监测性差、可视化程度低的问题,设计了一种基于虚实仿真的水下释放装置数字孪生系统。该系统利用STM32单片机作为数据终端进行数据收发,通过Simulink实现释放过程仿真,并基于Unity3D开发人机交互界面,有效实现了水下释放装置状态的实时监测,并显著提升了现有装置的可视化程度和自动化水平,为水下设备的状态感知提供了新的解决方案。     

数字孪生航道技术及成熟度等级评价模型研究*

数字孪生航道是新一代信息技术与传统航道专业融合发展形成的一种新型航道基础设施。从数字孪生航道工程实际应用出发,阐述数字孪生航道的概念,构建包含物理实体航道、航道时空数据、孪生驱动引擎、数字虚体航道和场景应用服务在内的五维架构。根据数字空间到物理世界的逻辑关系提出以“仿真（L1）、映射（L2）、控制（L3）、预测（L4）和优化（L5）”为特点的五级数字孪生航道成熟度等级。基于五维架构和五级成熟度设计一套数字孪生航道成熟度评价模型,并在某段数字孪生航道开展定级评价,清晰展现其在数字孪生航道建设方面的长处和短板。结果表明,提出的数字孪生航道成熟度等级评价模型能有效指导数字孪生航道建设。     

干散货码头数字孪生系统研发及应用

随着新一代信息技术的发展,干散货码头正朝着信息化、数字化、自动化的方向转型升级。为实现干散货码头建设智能化发展,提高干散货码头的运营效率和安全性,将数字孪生技术、物联网技术、大数据等技术应用于干散货码头,构建码头三维展现。通过多视角模式、巡航方式等手段,集成视频监控,多角度展示码头运作状态以及作业运行数据,有效提升码头智能化管理水平与决策水平,实现干散货码头运营过程中的全面监测和智能化调度。数字孪生系统的研发及应用能有效地提高干散货码头的装卸效率,降低物流成本,提高安全性和可靠性,进一步推动码头发展动能由资源要素驱动向智慧创新驱动的转变。     

基于数字孪生的过盈配合组件装配质量监测方法

   针对过盈配合组件装配质量难以控制的问题,提出一种基于数字孪生的过盈配合组件装配质量监测方法。   结合数字孪生技术,构建过盈配合组件装配质量监测系统框架;综合分析实际装配过程,设计基于压装力的装配过程实时监测流程;结合压装过程中压装力历史数据,建立了基于Markov的压装力状态预测模型。综合比较理论压装力、实际压装力以及压装力预测状态,实现过盈配合组件装配质量的综合判断。   以典型船用行星减速器输出轴与太阳轮过盈配合为例进行验证,验证结果表明,该方法可实现在装配过程中关键点压装力的实时采集和监测,预测未来质量特征点的压装力状态,同时,实验结果与模型预测结果具有一致性。   以数字孪生为基础监测过盈配合组件装配质量的方法是有效可行的,研究结果对机械产品智能化装配过程中质量监测的实现具有重要参考意义。     

利用数字孪生技术助力石河水库运行管理

水是人类生活不可或缺的重要资源之一,水库的管理对保障水资源的有效利用和防止灾害的发生具有重要意义。然而,传统的水库管理方式面临着一系列的挑战和困难,例如信息不对称、决策依靠经验等,这不利于高效的水库运行管理。为了提升水库管理效能,数字孪生技术应运而生,并且在智能决策中起着重要作用。     

舰艇作战系统数字孪生的内涵与特征研究

数字孪生作为一种在信息世界刻画物理世界、仿真物理世界、优化物理世界、增强物理世界的重要技术,有望给舰艇作战系统等武器装备的发展带来重大变革。本文分析舰艇作战系统在全生命周期存在的主要问题,提出舰艇作战系统数字孪生的基本内涵以及对应数字孪生体的总体架构,总结舰艇作战系统数字孪生在系统顶层架构、虚实互动机制、综合运用流程等三大能力特征,对指导舰艇作战系统数字孪生的应用具有重要意义。     

基于数字孪生的船舶预测性维护系统

针对造船技术和需求的发展,使得船舶维护面临着成本不断上升的问题,提出面对高端复杂船舶采用数字孪生技术进行预测性维护。在研究了数字孪生预测性维护模型模型基础上,将其分为创建数字孪生体、数据获取、数据预处理、模型训练、故障预测与诊断和设备维护六个阶段,并分别介绍了各阶段的主要任务和技术。最后分析总结了进行数字孪生船舶预测性维护难点及发展路径。