数字孪生隧道工程智能监测实训教学平台的构建与应用——以云南交通职业技术学院为例

随着数字孪生技术在多领域的应用,其在隧道工程智能监测领域的潜力亦日益显现。本文以云南交通职业技术学院云岭隧道为案例,全面研究了数字孪生隧道工程智能监测实训教学平台的构建与应用,文中详细介绍了数字孪生技术在隧道监测中的具体应用,论述了数字孪生隧道监测系统的架构,案例研究证实了数字孪生技术应用于隧道监测的实际效果。

基于数字孪生的地铁隧道智能监测系统建设探讨

地铁隧道是城市轨道交通重要的组成部分,由于地质环境复杂,其挖掘与运营成本高、安全隐患大。为实现地铁隧道科学养护和智能化运营管理,迫切需要全息全生命周期的智能化监测系统做支撑。以数字孪生技术为基础,探讨了地铁隧道智能监测系统建设的关键技术、系统架构和主要建设内容,提出了将数字孪生、智能算法调度引擎、激光雷达与视频融合技术相结合的建设思路,对指导隧道智能监测系统建设具有一定的参考价值。

基于数字孪生模型的数字化电网能耗自动监测系统研究

当前使用的数字化电网中,存在感知终端种类较多,对于传统的能耗自动监测系统来说获取的数据传输实时性不足,导致监测结果出现偏差,为此设计一种基于数字孪生模型的数字化电网能耗自动监测系统。系统主要从硬件和软件两方面进行设计:在硬件设计中,根据不同的应用层次,设计系统的总体架构。主要对硬件中的无线通信网络进行搭建,选择基于LoRa无线通信技术的RTU设备作为通信主体。设计LoRa无线开关电路,实现ZigBee设备之间的无线数据传输和交换;软件设计中,设计能耗数据采集主线程,分析数字孪生模型映射交互关系,基于数字孪生模型与实际运行工况之间的映射关系实现能耗指标实时监测。实验结果表明,与传统系统相比,设计得到的检测结果与实际的能耗情况更加相符。

基于数字孪生技术的桩机姿态与工况监测系统

针对振动式打桩机操作人员视野受阻、桩体姿态监测困难、无法实时监控桩机运行工况等问题,提出一种基于数字孪生技术的桩机姿态与工况监测系统。建立反映当前状态的桩体姿态偏摆预警模型,通过分析预警模型实现对桩体偏摆预警并做出调整提示。同时监测系统还包括桩机工况监测模块、桩体姿态监测模块与虚拟模型驱动模块,实现对桩机运行数据的实时采集与传输,并建立三维动态界面,解决了传统沉桩视野受阻难题,提高了桩机的沉桩精度与工作效率。

基于DEMATEL与系统动力学的隧道施工数字孪生应用效益分析

为推演钻爆法隧道施工数字孪生的应用在成本、效率、质量、安全4方面的投入与效益,分析复杂因素及相互依赖关系,提出一种DEMATEL(决策试行与评价实验室)方法和系统动力学结合的方法,对各方面指标的依赖关系进行解构与建模。首先,确定17个系统动力学模型行为指标与绩效评价指标;其次,采用DEMATEL方法定量分析指标之间的依赖关系和传递作用,并基于综合关系矩阵构建系统动力学模型复因果循环图(causal loop diagram, CLD),以降低系统动力学模型构建的主观性;最后,基于CLD以及云南某隧道实际数据,构建考虑多因素的隧道施工数字孪生效益分析系统动力学模型。结果表明:当机械成本小于7%洞身工程总造价时,施工效率显著下降,传感器与机械投入近似线性提高各项绩效,而信息化投入超过0.9%总造价后存在边界效应。

基于数字孪生技术的电站输出电压智能监测系统设计

为了提升变电站的输出电压异常监测效率,有利于提早采取防护措施,对降低事故的发生具有重要意义。为此,研究设计基于数字孪生的变电站输出电压异常监测系统。通过数字孪生技术构建变电站输出电压监测系统框架;并对电压监控系统上位机、下位机的硬件结构进行设计;根据三维可视化技术对变电站输出电压异常状态进行跟踪,利用数字孪生技术与跟踪微分器完成异常输出电压的识别。实验结果表明,所提方法的变电站输出电压监测实时性高、监控效果好。

基于数字孪生技术的区域土地利用变化监测系统应用研究

数字孪生技术为加快数字乡村等产业的转型升级和乡村振兴的实施带来新的机遇。对乡村地区土地利用变化的监测是数字乡村产业的重要组成部分之一,如何在监测系统的建设中结合数字孪生技术体现其效用,是乡村产业从业者急需处理的技术难题。该文提出基于数字孪生技术的区域土地利用变化监测系统应用研究,列举出相关关键技术,用以说明数字孪生技术在其中的运用价值,并希望以此来帮助更多的乡村振兴相关产业从业者。

基于数字孪生技术的草场放牧系统

运用数字孪生技术,在对草场环境及牲畜状态进行感知的基础上建立草场放牧监测系统。该系统将虚拟仿真技术Unity3D应用于草场放牧场景的孪生三维模型,为后续监测呈现可视化效果;采用无线传输技术搭建采集网络,实现草场及牲畜信息交互的功能,并选用模糊综合评价方法对草场进行放牧强度划分。为了验证该系统的有效性,以内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市毛登牧场的真实场景为例进行综合试验。结果表明:与传统的放牧监测系统相比,该系统运用数字孪生技术实现了数据共享和物理草场与孪生草场信息的同步,有效解决了传统放牧监测中决策滞后的问题;通过孪生草场能对物理草场的放牧场景进行仿真模拟,不受客观条件限制,能有效预测各种放牧情况,实现草场环境及牲畜放牧状态精准监测,在实际放牧中能及时应对突发情况,提升草场放牧决策的自主性。

基于数字孪生技术的隧道坍塌监测预警系统应用探究

为减少隧道坍塌事故的发生,将新技术应用到隧道的安全生产预警系统就变成了各管理方的迫切需求,本文以隧道与数字孪生技术为研究对象,分析现场施工中的难点与痛点,运用BIM技术与信息化、数字化技术相结合,通过数字孪生技术的应用,为隧道施工坍塌监测预警提供以基于数字孪生技术的隧道坍塌监测预警的方法,来解决施工企业亟需解决的问题。

基于雷视拟合的数字孪生隧道研究及构建

隧道作为高速公路日常营运管理的瓶颈路段,极易发生交通事故并引发次生事故。截止到2021年末,全国公路隧道23 268处、2 469.89万延米,同比增加1 952处、269.96万延米,其中特长隧道1 599处、717.08万延米,长隧道6 211处、1 084.43万延米。高速公路隧道结构复杂,内部路基宽度相对狭窄、空间密闭性强、视野范围小、能见度低,行车环境较复杂,车辆行驶速度高,加之存在安全隐患、管理困难等问题,极易发生交通事故;隧道内的异常事件的不及时处置也极易引发更大的事故,造成严重的人员伤亡和重大财产损失。因此利用信息科技手段加强隧道的安全管控、减少隧道交通交通事故非常有必要。

基于数字孪生的隧道一体化智慧运营管控技术与平台研究

针对隧道运营安全问题,需要引入先进的物联网、边缘计算、数字孪生、大数据挖掘、云平台架构等技术,建立隧道结构、机电、交通“1+1+1”三位一体安全管控体系,建设新一代智慧安全隧道,点亮隧道智慧管理与安全保障,提升隧道系统运行效率和管理水平。对隧道运营管理中需解决的问题和隧道智慧运营管控技术的发展历程进行分析,结合实际案例总结出隧道一体化智慧运营管控平台的建设目标,同时提出平台建设基本原则和整体技术框架,从数字孪生、交通全息感知、土建结构监测、运行环境监测、机电设备智慧管控、应急辅助等方面阐述隧道智慧运营监控技术及平台功效,旨在为智慧隧道的建设推广与发展提供经验借鉴。

基于数字孪生的承压设备安全监测与预警技术研究

数字孪生作为一种新型可视化现实模拟技术,不仅能够对氨制冷承压设备通过仿真等手段实现在线监测,还能从繁杂的管道和设备中筛出历次检验周期中存在异常的设备及相应处理结果,制定有效的检验方案。笔者单位首次将数字孪生技术运用到检验工作中,搭配自主研发的脉冲涡流检测设备,与红外成像和声学检测设备结合使用,监测设备的参数及使用情况,提升了检验效率,对特种设备安全使用与监测有一定的实践意义。

基于数字孪生的智慧农业环境监测系统设计与实现

在建设数字乡村战略背景下,开展基于数字孪生技术的智慧农业环境监测系统对促进农业农村信息化高质量发展具有重要战略意义。针对当前国内智慧农业环境监控系统中存在的环境数据采集不完善、信息反馈迟滞、交互性差等缺点,本文以数字孪生技术为架构结合物联网技术设计实现了智慧农业环境监测系统,系统由孪生感知层、农业数据源层、数字孪生层、孪生应用层、孪生交互层等模块实现,该系统实现了农作物在生长过程中环境监测的智能化、数字化实时管理和可视化监控。以数字孪生技术对农作物生长过程的环境因素进行智能分析和虚拟映射,以虚实结合的方式对农作物生长过程中的环境进行可视化展示和智能化调节,达到合理利用农业资源、动态调节环境因素、提高农作物产品和质量的目的。

基于数字孪生的室内行人监测系统设计

对展馆内行人进行高效的位置监测,分析人群密集区域及感兴趣区域,提高监测系统的实时性与可视化程度,可以有效提升展馆管理效率、优化业务布局,以及避免踩踏事件等安全问题的发生。文中将数字孪生概念与行人监测过程相结合,设计一种基于数字孪生的室内行人监测系统。该系统架构分为业务应用层、数据通信层、数据管理层和设备支持层。数字孪生展馆可视化基于Three.js引擎构建孪生场景以及人机交互。使用Vue和Koa框架完成对综合管控系统数据通信模块、数据管理模块、数据展示模块和系统管理模块等四大功能模块的实现。系统使用毫米波雷达作为行人监测传感器,提出一种基于雷达数据的人群密度预警数字孪生模型,并对三维场景实时目标显示方法进行优化。实际运行测试结果表明,所提系统运行帧数稳定、实时性好、可视化程度高、用户交互性良好,管理人员能够实时有效地监控人群情况,掌握人群密集区域、感兴趣区域;并且该设计能降低管理成本,提高管理效率。

轨道行业无线监测的数字孪生系统应用

为了确保我国城市轨道交通行业运营安全,基于无线信号监测的数字孪生系统也获得了快速发展。为了更好地保轨道行业的安全发展,对数字孪生系统进行了介绍,分析了轨道行业无线系统应用场景及面临的挑战,并对轨道行业无线监测数字孪生系统架构及其具体应用进行了探讨。通过该系统的应用,可以及时掌握施工的进度,并对施工的质量进行有效监测,极大地提高了施工的质量、交付的效率和网络的质量。

基于数字孪生的马铃薯收获期损伤监测系统

马铃薯是我国重要的主粮之一,在收获期因机械损伤造成的损失是影响其高质量收获的重要原因。目前,相关损伤机理已存在较多研究,但直接应用于收获场景的监测研究却鲜有提及。为此,通过制作马铃薯块茎的高仿真模型,采用传感器与数字孪生技术构建一个收获期马铃薯块茎的数字孪生系统。通过实时采集、传输马铃薯块茎模型在真实收获过程中承受的外力数据,以三维数字孪生体与数据看板形式直观地呈现马铃薯承受的冲击与碰撞,并进行表皮破损预警。研究表明,所提方法可应用于调整协助收获机械,减少各类磕碰冲击对马铃薯造成的损失,为农产品在收获阶段的损伤监测与数据采集提供了解决思路,为数字孪生技术在农产品收获阶段的应用提供了一个可行方案。

深海采矿动态数字孪生系统开发

数字孪生技术是近年发展起来的工业数字化技术,本文针对深海采矿系统介绍了动态数字孪生系统的构建过程。深海采矿系统结构复杂、操作难度大、环境极端、过程可视化困难。建立深海采矿动态数字孪生系统,对采矿过程进行全生命周期进行可视化监测与数据管理,实现交互控制。本文针对深海采矿系统物理实体建立了高精度、多尺度数字模型,实现了采矿系统物理空间与数字空间状态信息映射,通过物理空间状态信息驱动数字模型实时更新状态,对物理实体动态行为进行精准映射。对该系统的应用框架、关键技术、开发流程以及运行流程进行了说明,阐述了基于状态诊断的深海采矿动态数字孪生系统开发过程。本研究在深海采矿作业中具有重要意义。

基于数字孪生的革命旧址监测与预警系统研究

目的助推数字化技术驱动文物保护和科技赋能,加速推进革命旧址保护工作从"抢救性保护"向"预防性保护"过渡,实现革命文物面向潜在风险的主动安全管理。方法结合现有革命旧址的保护工作,基于数字孪生五维模型,构建具有革命旧址物理模块、革命旧址虚拟模块、孪生数据模块和应用服务模块的监测预警融合机制与运行路径,实现革命旧址全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化监测预警。结果形成客观物理革命旧址本体与虚拟革命旧址数字孪生体,同生共存的监测预警新模式,实现革命旧址监测预警的智慧互动、智能管理,实现革命旧址变化可监测、风险可预报、险情可预控、保护可提前的保护目标。结论为数字化技术驱动文物保护的创新发展提供参考,为建立更加完善和系统的文物大数据云平台提供新路径。

数字孪生技术在新型电力系统中的应用

随着新能源的快速发展和电力系统的转型,数字孪生技术正逐渐成为新型电力系统中的重要应用工具。文章以数字孪生技术在新型电力系统中的应用为研究对象,通过对数字孪生技术的概念解析和新型电力系统的简介,详细分析数字孪生技术在新型电力系统运行与管理方面的应用,包括实时监测与故障诊断、智能优化与控制策略、风险评估与虚拟仿真实验等。同时,对数字孪生技术应用的优势与挑战进行总结,并展望数字孪生技术在新型电力系统中的发展趋势。

在线堆芯监测系统的研究现状与建议

在线堆芯监测系统(CMS)是核电站保障安全运行的重要系统,其主要功能是实时监测堆芯内部的关键参数变化,以便及时发现潜在的异常情况并提供后续操作建议。本文对在线CMS的主要功能进行了数学建模,明确了其核心的建模正问题以及监测、诊断和运行支持反问题。通过对国内外典型在线CMS的研究现状进行分析,明确了上述正反问题的求解思路,为后续在线CMS解决具体工程问题提供参考。其中,堆芯建模问题涉及高低保真度的机理模型、机器学习模型和降阶模型等。利用不同类型探测器和数据同化算法,解决探测器布置、物理场重构及不确定性量化问题是监测反问题的核心。诊断反问题则主要通过堆内外中子探测器信息,实现对棒失步、自给能中子探测器异常和振动异常等故障原因分析。运行支持反问题则主要利用堆芯跟随的理论模型,进行反应性或功率分布控制。最后,本文指出当前在线CMS技术研究中多源信息融合、不确定度量化和运行规程等方面存在的挑战。特别是在数字孪生及数值反应堆的框架下,考虑各种不确定性因素影响,实现机组运行能力提升,是在线CMS后续发展的重点方向之一。