【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及智慧城市，更具體地說，涉及一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)及其方法。
技術(shù)介紹
1、現(xiàn)有智慧城市建設(shè)中，各部門數(shù)據(jù)整合不充分，缺乏深度分析和數(shù)據(jù)建模能力，導(dǎo)致大量信息資源未被充分利用；同時(shí)，城市治理信息初步整合但碎片化嚴(yán)重，缺乏對(duì)城市綜合態(tài)勢(shì)的有效掌控。
2、參考公開號(hào)為cn118470991a的專利申請(qǐng)公開了一種基于5g的智慧城市智能化交通管控系統(tǒng)及方法，通過獲取目標(biāo)城市各類數(shù)據(jù)，構(gòu)建城市數(shù)字孿生模型，在目標(biāo)道路布置視頻與環(huán)境數(shù)據(jù)采集終端；這些終端將視頻與環(huán)境數(shù)據(jù)通過5g上傳至邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，后者利用物體檢測(cè)、語(yǔ)義分割等技術(shù)從視頻中識(shí)別交通與環(huán)境對(duì)象，并通過深度學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)各路段風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；如果風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)超限，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)將控制指令通過5g發(fā)送至信號(hào)燈，調(diào)整車流；同時(shí)，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)將擁堵預(yù)警結(jié)果上傳至加密的區(qū)塊鏈，并發(fā)送至車載設(shè)備；對(duì)緊急事件，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)將通過區(qū)塊鏈和聯(lián)邦學(xué)習(xí)尋找最優(yōu)排障方案并不斷優(yōu)化。本專利技術(shù)方案利用邊緣計(jì)算、區(qū)塊鏈及多學(xué)科技術(shù)整合，提高了交通管理工作的分析效率與服務(wù)安全性；
3、但是，上述參考專利通過利用5g、邊緣計(jì)算和區(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)時(shí)分析交通數(shù)據(jù)，智能預(yù)測(cè)交通狀況，自動(dòng)優(yōu)化信號(hào)控制，保證信息安全分發(fā)與高效處理緊急事件，提升智慧城市交通管理的智能化和安全性，但無法構(gòu)建水務(wù)管理預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)水務(wù)管理相關(guān)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，不能為水務(wù)管理提供科學(xué)依據(jù)，無法適應(yīng)不同水務(wù)系統(tǒng)的需求變化，不能通過預(yù)測(cè)模型提前識(shí)別潛在問題，增加資源浪費(fèi)和運(yùn)維成本，降低系統(tǒng)運(yùn)行效率，同時(shí)無法對(duì)水務(wù)設(shè)備
4、為此，我們針對(duì)上述問題提出一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)及其方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)及其方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法構(gòu)建水務(wù)管理預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)水務(wù)管理相關(guān)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，不能為水務(wù)管理提供科學(xué)依據(jù)，無法適應(yīng)不同水務(wù)系統(tǒng)的需求變化，不能通過預(yù)測(cè)模型提前識(shí)別潛在問題，增加資源浪費(fèi)和運(yùn)維成本，降低系統(tǒng)運(yùn)行效率，同時(shí)無法對(duì)水務(wù)設(shè)備的多參數(shù)進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)，不能對(duì)水務(wù)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，無法快速響應(yīng)潛在問題，不能減少水務(wù)設(shè)備的意外停機(jī)，不能保證水務(wù)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行的問題。
2、本專利技術(shù)的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，包括云管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字孿生預(yù)測(cè)模塊、水務(wù)調(diào)度優(yōu)化模塊以及異常預(yù)警模塊；
4、數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時(shí)采集水務(wù)系統(tǒng)中的水務(wù)數(shù)據(jù)，并對(duì)采集的水務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理操作，將預(yù)處理的水務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送給云管理平臺(tái)；
5、數(shù)字孿生預(yù)測(cè)模塊，用于構(gòu)建虛擬水務(wù)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)同步水務(wù)數(shù)據(jù)，通過動(dòng)態(tài)仿真模擬不同場(chǎng)景的運(yùn)行狀態(tài)，并基于歷史與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來用水需求、水質(zhì)變化及管網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)；
6、水務(wù)調(diào)度優(yōu)化模塊，用于根據(jù)用水需求、水質(zhì)變化以及管網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果，制定水務(wù)調(diào)度策略，優(yōu)化水資源分配和管網(wǎng)運(yùn)行；
7、異常預(yù)警模塊，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水務(wù)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，檢測(cè)到異常情況時(shí)，立即觸發(fā)預(yù)警并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。
8、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述數(shù)字孿生預(yù)測(cè)模塊模擬不同場(chǎng)景的運(yùn)行狀態(tài)并預(yù)測(cè)未來用水需求、水質(zhì)變化及管網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)的具體過程如下：
9、獲取經(jīng)預(yù)處理后的歷史水務(wù)數(shù)據(jù)，水務(wù)數(shù)據(jù)包括設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、用水參數(shù)以及管網(wǎng)參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)包括水泵壓力、水庫(kù)水位高度、運(yùn)行電壓、運(yùn)行電流以及關(guān)鍵設(shè)備異響值，水質(zhì)參數(shù)包括水體ph值、水體溶解氧以及水體電導(dǎo)率，環(huán)境參數(shù)包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度以及降雨量，用水參數(shù)包括用水量、用水時(shí)間和用水頻率，管網(wǎng)參數(shù)包括管網(wǎng)壓力和管網(wǎng)流量；
10、通過數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建虛擬水務(wù)系統(tǒng)的具體步驟如下：
11、基于水務(wù)系統(tǒng)中的管網(wǎng)拓?fù)浜驮O(shè)備運(yùn)行原理構(gòu)建物理模型，使用流體動(dòng)力學(xué)方程模擬水流動(dòng)態(tài)，使用管網(wǎng)水力模型模擬管網(wǎng)壓力分布和流量分布，使用地理信息系統(tǒng)和建筑信息模型技術(shù)構(gòu)建水務(wù)系統(tǒng)的3d可視化模型。
12、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選實(shí)施方式，獲取預(yù)處理后的實(shí)時(shí)水務(wù)數(shù)據(jù)，使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步技術(shù)將實(shí)時(shí)水務(wù)數(shù)據(jù)同步到水務(wù)系統(tǒng)的3d可視化模型中，通過水務(wù)系統(tǒng)的3d可視化模型實(shí)時(shí)展示水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；
13、通過動(dòng)態(tài)仿真模擬不同場(chǎng)景的運(yùn)行狀態(tài)的具體步驟如下：
14、定義模擬場(chǎng)景，將模擬場(chǎng)景分為正常供水場(chǎng)景、極端天氣場(chǎng)景、設(shè)備故障場(chǎng)景以及用水高峰期場(chǎng)景；
15、使用有限元分析和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)模擬水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整仿真模型的參數(shù)，模擬不同場(chǎng)景下的運(yùn)行狀態(tài)。
16、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選實(shí)施方式，生成采集周期，采集周期時(shí)長(zhǎng)為一年，將采集周期等分為m個(gè)連續(xù)的子周期，并標(biāo)記出每一個(gè)子周期的中點(diǎn)時(shí)刻，獲得m個(gè)中點(diǎn)時(shí)刻；
17、以m個(gè)中點(diǎn)時(shí)刻為基點(diǎn)，分別向前和向后等時(shí)長(zhǎng)擴(kuò)展，標(biāo)記出s-1個(gè)擴(kuò)展時(shí)刻，并將中點(diǎn)時(shí)刻和s-1個(gè)擴(kuò)展時(shí)刻匯總后，獲得s個(gè)檢測(cè)時(shí)刻；
18、通過傳感器分別測(cè)量在s個(gè)檢測(cè)時(shí)刻的環(huán)境溫度值，獲得s個(gè)檢測(cè)環(huán)境溫度值，并將s個(gè)檢測(cè)環(huán)境溫度值累加后求平均，獲得m個(gè)子環(huán)境溫度值；
19、子環(huán)境溫度值的表達(dá)式為：
20、式中，zhwzm為第m個(gè)子周期的子環(huán)境溫度值，zhwjcmn為第m個(gè)子周期的第n個(gè)檢測(cè)環(huán)境溫度值；
21、去掉子環(huán)境溫度值的最大值和最小值，將余下的m-2個(gè)子環(huán)境溫度值累加后求平均，獲得環(huán)境溫度均值；
22、環(huán)境溫度均值的表達(dá)式為：
23、式中，hwjz為環(huán)境溫度均值，zhwzp為第p個(gè)子周期的子環(huán)境溫度值。
24、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選實(shí)施方式，使用計(jì)算出環(huán)境溫度均值的方法同理可得到環(huán)境濕度均值hsjz、降雨量均值jyjz、水泵壓力均值syjz、水庫(kù)水位高度均值ssgjz、運(yùn)行電壓均值dyjz、運(yùn)行電流均值dljz、關(guān)鍵設(shè)備異響均值gsyjz、水體ph均值spjz、水體溶解氧均值srjz、水體電導(dǎo)率均值sdjz、用水量均值yljz、用水時(shí)長(zhǎng)均值ysjz、用水頻率均值ypjz、管網(wǎng)壓力均值gyjz以及管網(wǎng)流量均值gljz；
25、將環(huán)境溫度均值hwjz、環(huán)境濕度均值hsjz、降雨量均值jyjz、用水量均值yljz、用水時(shí)長(zhǎng)均值ysjz以及用水頻率均值ypjz組合構(gòu)建用水需求預(yù)測(cè)矩陣yxj，將用水需求預(yù)測(cè)矩陣yxj作為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入，并將每組用水需求預(yù)測(cè)矩陣yxj對(duì)應(yīng)的未來一天內(nèi)的用水需求量作為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸出，以未來一天內(nèi)的用水需求量為預(yù)測(cè)目標(biāo)，以最小化所有訓(xùn)練數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)誤差之和作為訓(xùn)練目標(biāo)，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，直至預(yù)測(cè)誤差之和達(dá)到收斂時(shí)停止訓(xùn)練，得到用水需求預(yù)測(cè)模型，用水需求預(yù)測(cè)模型的表達(dá)公式如下：
26、y本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，包括云管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字孿生預(yù)測(cè)模塊、水務(wù)調(diào)度優(yōu)化模塊以及異常預(yù)警模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生預(yù)測(cè)模塊模擬不同場(chǎng)景的運(yùn)行狀態(tài)并預(yù)測(cè)未來用水需求、水質(zhì)變化及管網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)的具體過程如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，獲取預(yù)處理后的實(shí)時(shí)水務(wù)數(shù)據(jù)，使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步技術(shù)將實(shí)時(shí)水務(wù)數(shù)據(jù)同步到水務(wù)系統(tǒng)的3D可視化模型中，通過水務(wù)系統(tǒng)的3D可視化模型實(shí)時(shí)展示水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，生成采集周期，采集周期時(shí)長(zhǎng)為一年，將采集周期等分為m個(gè)連續(xù)的子周期，并標(biāo)記出每一個(gè)子周期的中點(diǎn)時(shí)刻，獲得m個(gè)中點(diǎn)時(shí)刻；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，使用計(jì)算出環(huán)境溫度均值的方法同理可得到環(huán)境濕度均值HSjz、降雨量均值JYjz、水泵壓力均值SYjz、水庫(kù)水位高度均值SSGj
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，將水體PH均值SPjz、水體溶解氧均值SRjz、水體電導(dǎo)率均值SDjz、環(huán)境溫度均值HWjz、環(huán)境濕度均值HSjz以及降雨量均值JYjz組合構(gòu)建水質(zhì)變化預(yù)測(cè)矩陣SZJ，將水質(zhì)變化預(yù)測(cè)矩陣SZJ作為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入，并將每組水質(zhì)變化預(yù)測(cè)矩陣SZJ對(duì)應(yīng)的未來一天內(nèi)的水質(zhì)變化矩陣作為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸出，以未來一天內(nèi)的水質(zhì)變化矩陣為預(yù)測(cè)目標(biāo)，以最小化所有訓(xùn)練數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)誤差之和作為訓(xùn)練目標(biāo)，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，直至預(yù)測(cè)誤差之和達(dá)到收斂時(shí)停止訓(xùn)練，得到水質(zhì)變化預(yù)測(cè)模型，水質(zhì)變化預(yù)測(cè)模型的表達(dá)公式如下：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，所述水務(wù)調(diào)度優(yōu)化模塊根據(jù)用水需求、水質(zhì)變化以及管網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果制定水務(wù)調(diào)度策略的具體過程如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，所述異常預(yù)警模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水務(wù)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)的具體過程如下：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，獲取到運(yùn)行電流變化率差值DLC、運(yùn)行溫度變化率差值WDC以及運(yùn)行振動(dòng)強(qiáng)度變化率差值ZQC，通過以下公式計(jì)算運(yùn)行狀況評(píng)定系數(shù)YZP：
10.一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，包括云管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字孿生預(yù)測(cè)模塊、水務(wù)調(diào)度優(yōu)化模塊以及異常預(yù)警模塊；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字孿生預(yù)測(cè)模塊模擬不同場(chǎng)景的運(yùn)行狀態(tài)并預(yù)測(cè)未來用水需求、水質(zhì)變化及管網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)的具體過程如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，獲取預(yù)處理后的實(shí)時(shí)水務(wù)數(shù)據(jù)，使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步技術(shù)將實(shí)時(shí)水務(wù)數(shù)據(jù)同步到水務(wù)系統(tǒng)的3d可視化模型中，通過水務(wù)系統(tǒng)的3d可視化模型實(shí)時(shí)展示水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，生成采集周期，采集周期時(shí)長(zhǎng)為一年，將采集周期等分為m個(gè)連續(xù)的子周期，并標(biāo)記出每一個(gè)子周期的中點(diǎn)時(shí)刻，獲得m個(gè)中點(diǎn)時(shí)刻；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于數(shù)字孿生的智慧城市數(shù)據(jù)中臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，使用計(jì)算出環(huán)境溫度均值的方法同理可得到環(huán)境濕度均值hsjz、降雨量均值jyjz、水泵壓力均值syjz、水庫(kù)水位高度均值ssgjz、運(yùn)行電壓均值dyjz、運(yùn)行電流均值dljz、關(guān)鍵設(shè)備異響均值gsyjz、水體ph均值spjz、水體溶解氧均值srjz、水體電導(dǎo)率均值sdjz、用水量均值yljz、用水時(shí)長(zhǎng)均值ysjz、用水頻率均值ypjz、管網(wǎng)壓力均值gyjz以及管網(wǎng)流量均值g...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：凡冬梅，龐洪朋，范成運(yùn)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：連云港云橋信息技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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