[發明專利]一種進化式數字孿生流域構建方法

在審

• 申請號: 202110603782.8
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113283095A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 王浩;楊明祥;蔣云鐘;張利敏;郝浩然;董寧澎
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 于國強

本發明公開了一種進化式數字孿生流域構建方法，包括如下步驟，S1、基于流域的相關參數以及氣象數據、水文數據、土壤數據、地形數據和水利工程數據，構建初始數字孿生流域；S2、對初始數字孿生流域中的模型進行優化及驗證，并在滿足迭代優化條件時，進行數字孿生體集成，獲取最終的數字孿生流域。優點是：將孿生技術運用在流域構建上，實現智能管理、感知分析、仿真模擬、自動優化、實時更新以及合理預測的目標，同時達到數字化與智能化相結合的要求。能夠為后續開展高精度的水文預報、防洪調度以及模擬預測提供技術支持。

技術領域

本發明涉及數字孿生技術領域，尤其涉及一種進化式數字孿生流域構建方法。

背景技術

三維GIS技術能夠有效地描述和模擬三維現實世界，進行三維空間分析計算，并融合虛擬現實等技術進一步提升地理信息的表達能力，因此得到了廣泛應用，然而現在大多數工程對于數據在獲取和處理方面的實時性都有一定的要求，而三維GIS技術在對于大量數據的存儲和實時處理方面存在著局限性。此外，大數據時代要求能夠處理實時數據和歷史數據，從而進行高效的三維空間分析，挖掘海量信息的隱藏價值，同時較好地預測未來情況，實現真正的自動化。數字孿生技術具有實時監測、智能判斷和精準預測的特點，因此在多個領域得到推廣。然而目前這一技術側重于數字孿生體的構建，而往往缺乏針對參數優化以及模型收斂性判斷的研究，同時，孿生系統中的仿真模型具有較低的自學習、自優化能力，缺乏可計算性及信息交互能力，這就使得難以進一步探究數字孿生體的適用性以及模擬的準確性。因此，需要探索發明一種新的數字孿生流域構建方法，基于可視化三維模型進行感知分析、仿真模擬、迭代優化、進化發展與信息交互，通過虛擬場景實現可視化管理與精準模擬，以此解決現有的技術難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種進化式數字孿生流域構建方法，從而解決現有技術中存在的前述問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種進化式數字孿生流域構建方法，包括如下步驟，

S1、基于流域的相關參數以及氣象數據、水文數據、土壤數據、地形數據和水利工程數據，構建初始數字孿生流域；

S2、對初始數字孿生流域中的模型進行優化及驗證，并在滿足迭代優化條件時，進行數字孿生體集成，獲取最終的數字孿生流域。

優選的，流域的相關參數包括流域的結構參數、幾何參數、狀態參數和邊界條件。

優選的，流域的氣象數據包括流域的實時降水數據、氣溫數據、風速數據、濕度數據和蒸發數據。

優選的，初始數字孿生流域的構建過程為，

S11、基于流域的氣象數據、水文數據、土壤數據、地形數據和水利工程數據建立三維的物理模型，同時定義流域的幾何屬性、功能屬性以及各數據要素間的相互關系；

S12、將物理模型中流域的氣象數據、水文數據、土壤數據、地形數據和水利工程數據映射到邏輯模型中，通過圖形化、形式化的方式描述邏輯模型的組成要素、組織結構和運行機制；并且通過邏輯模型將流域各數據要素的屬性關聯性質反饋到物理模型中，實現物理模型的優化；

S13、建立以水文水動力學模型為核心的仿真模型，基于流域的氣象數據、水文數據、土壤數據、地形數據、水利工程數據以及流域的相關參數，建立流域的水文水動力模型，計算流域的洪峰流量、洪量及水位；并以物理模型和邏輯模型為基礎，實現流域在孿生對象、孿生結構和孿生過程的可視化，從而將流域實體轉化為三維孿生體。

優選的，步驟S2具體包括如下內容，

S21、基于流域的相關參數，采用多目標優化算法對仿真模型進行迭代優化；