一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统以及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统以及方法，具体涉及数字孪生技术领域，具体包括以下步骤：101、通过对实时数据进行采集，将各监测点采集的实时船闸数据存入数据库中；102、将各监测点采集的实时数据对数字孪生船闸进行数据映射；103、记录过闸船舶的相关信息，对首次登入过闸的船舶进行基本信息登记；104、在船闸调度中心对所有的船闸制定统一调度计划；105、通过孪生船闸，实现船闸的数据交互以及安全监测；106、在船舶到达船舱后进行申报缴费自动生成过闸调度指令。本发明专利技术基于数字孪生技术，通过构建多业务协同和可拓展的数字孪生平台，实现船闸的智慧运营管控。实现船闸的智慧运营管控。实现船闸的智慧运营管控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统以及方法


[0001]本专利技术涉及数字孪生
，更具体地说，本专利技术涉及一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统以及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着5G、大数据、人工智能等新一代信息技术的飞速发展，国家对交通基础设施发展提出明确的现代化、高质量要求。对船闸基础设施而言，将5G、BIM、物联网、大数据等新兴技术与船闸监测、调度、指挥、运维等业务深度结合，实现船闸运行调度自动化、基础设施养护管理智能化、通航服务信息透明化，是船闸数字化转型、智能化升级的主要发展目标和方向，在交通运输领域新型基础设施建设的总体要求下，将数字孪生的理念、技术与船闸运营管理业务相结合，提出了智慧船闸的建设方案，实现基于数字孪生三维可视化平台的船闸运营管控，对探索智慧船闸建设思路、提升船闸数字化及智能化水平具有重要意义。
[0003]现在人们对于“智慧船闸”还没有一个标准的定义，暂时可以理解为把一些先进的技术应用在船闸通航管理服务中建立的过闸综合管理和控制系统。伴随水运经济的持续迅速发展，船闸的压力也越来越大，在土地资源和资金困难的情况下，新建船闸的困难程度就变得更加严峻，现在最重要的就是要考虑怎么在短时间内改变目前出现的这种情况。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统以及方法，通过智能排档模块，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：包括实时监测模块、可视化模块、过闸管理模块、智能排档模块，安全监测模块以及智能调度模块，所述实时监测模块通过对实时数据进行采集，将各监测点采集的实时船闸数据存入数据库中，所述可视化模块根据所述实时监测模块中采集的船闸数据对数字孪生船闸完成数据映射，所述过闸管理模块记录过闸船舶的相关信息，对首次登入过闸的船舶进行基本信息登记，所述智能排档模块在船闸调度中心对所有的船闸制定统一的过闸闸次以及调度计划，所述安全监测模块通过孪生船闸，实现船闸的数据交互以及船闸的安全监测，所述智能调度模块在船舶到达船舱后进行申报缴费自动生成过闸调度指令。
[0006]在一个优选地实施方式中，所述具体包括以下步骤：
[0007]101、通过对实时数据进行采集，将各监测点采集的实时船闸数据存入数据库中；
[0008]102、将各监测点采集的实时船闸数据对数字孪生船闸进行数据映射；
[0009]103、记录过闸船舶的相关信息，对首次登入过闸的船舶进行基本信息登记；
[0010]104、在船闸调度中心对所有的船闸制定统一的过闸闸次以及调度计划；
[0011]105、通过孪生船闸，实现船闸的数据交互以及船闸的安全监测；
[0012]106、在船舶到达船舱后进行申报缴费自动生成过闸调度指令。
[0013]在一个优选地实施方式中，所述实时监测模块通过对实时数据进行采集，将各监测点采集的实时船闸数据存入数据库中，同时将船闸的历史维护数据一并存入数据库中，将数据采集的时间间隔设置为1S，系统通过设置的定时器持续从数据库中提取各监测点的船闸数据，将当前船闸的运行状况显示在基于BIM和GIS生成的孪生模型中。
[0014]在一个优选地实施方式中，所述可视化模块根据获取的实时船闸数据对数字孪生船闸完成数据映射，根据船闸中各设备的几何数据，在三维建模中对船闸设备的形状、尺寸以及装配关系进行高精度的建模，将建立好的三维模型导入到智能虚拟仿真软件中，对船闸设备的几何模型进行设备属性、通信接口以及连接脚本进行二次建模，将船闸底层数据和孪生模型数据进行匹配，建立S/C数据传输结构，将船闸的各设备数据、信号以及状态变量与孪生模型所对应的数据变量进行绑定，完成船闸数据到孪生船闸的一一对应传输，将实时数据驱动的孪生船闸动态设备运行状态信息进行实时可视化展示。
[0015]在一个优选地实施方式中，所述过闸管理模块包括船舶过闸登记、闸室排档、过闸调度、违章船舶管理、船舶档案、基础数据维护、报表、水位信息查询等功能，支持对船舶档案、船闸数据、人员信息与权限、班值信息的管理，过闸登记，记录过闸船舶的相关信息，对首次登入过闸的单船或船队进行基本信息登记，数据输入要求过闸登记表、船籍数据库、违章船舶库以及调度管理，船舶到达要过闸的第一个船闸的指定区域范围内，船员通过手机APP对需要过闸的船舶进行船舶自主登记，将要过的多个船闸同时登记，船闸联合调度将船舶的登记信息统一下发到各个船闸，实现报闸信息的共享，保证信息的唯一性和准确性，使得各线船闸间的配合更加协调，船舶在到达下一个船闸时只需发送到达船闸的通知给船舶联合调度系统，船闸联合调度系统将进行排闸调度。
[0016]在一个优选地实施方式中，所述智能排档模块在船闸调度中心对所有的船闸制定统一的过闸闸次以及调度计划，通过孪生船闸能够全面监控流域所有船闸的待闸和过闸船舶情况，通过运用船闸闸室孪生船闸动画显示技术，实现了船舶调度的动画显示，为提高船舶调度效率提供辅助决策支持，闸室排布调度计划完成后，船闸联合调度系统将调度计划信息下发到各船闸，同时将信息统一发布到公众服务系统，通过APP将消息推送给船员的手机，船员根据统一发布的信息，将船舶开往闸区等候，根据指示过闸。
[0017]在一个优选地实施方式中，所述安全监测模块通过孪生船闸，实现船闸的数据交互以及船闸的安全监测，视频与控制联动系统将船闸运行控制过程的各动作点同步至孪生船闸中，为解决船闸危险响应的滞后性问题，将历史数据通过网络初始化后，将历史数据传输至数据输出层，通过计算输出的数据与期望值之间的误差与阈值进行比较，未达到允许值则根据该误差从后往前逐层、逐个传递修改各个神经元节点间的连接权值，这一修改过程称之为反向修正过程，通过对已知的历史数据反复进行着两个过程的迭代，直到输出的数据误差达到预期精度，每次选取随机数量的历史数据作为输入变量，其中误差函数的具体计算方式如下：
[0018][0019]式中，E为输出的误差值，i为数据的输出节点个数，j为具体的输出节点，y
wj
为输出的期望值，y
j
为实际输出值，使用激活函数，用来完成数据的非线性变换，具体计算方式如
下所述：
[0020][0021]式中，s为sigmoid函数，x为隐藏层与输出层间的中间变量，通过误差反向传播和权值的修正，使误差E达到预期，将实时监测模块获取的实时数据一次输入到神经网络中，对未来一段时间内的变形趋势进行预测，对当前船闸的安全进行判断以及预警，通过孪生船闸实现联动效果，确保操作人员在船闸每个运行环节，都能清晰地看到运行现场重点区域视频图像，降低了工作强度，提升了应急处理的准确度和时效性，船舶超闸室安全警戒线报警系统通过激光发射器照射在超警戒线位置，当有船舶在警戒线位置停靠时，阻挡激光，触发报警装置，系统自动报警，警示提醒值班员和船员重新停靠。
[0022]在一个优选地实施方式中，所述智能调度模块的具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统，其特征在于：包括实时监测模块、可视化模块、过闸管理模块、智能排档模块，安全监测模块以及智能调度模块，所述实时监测模块通过对实时数据进行采集，将各监测点采集的实时船闸数据存入数据库中，所述可视化模块根据所述实时监测模块中采集的船闸数据对数字孪生船闸完成数据映射，所述过闸管理模块记录过闸船舶的相关信息，对首次登入过闸的船舶进行基本信息登记，所述智能排档模块在船闸调度中心对所有的船闸制定统一的过闸闸次以及调度计划，所述安全监测模块通过孪生船闸，实现船闸的数据交互以及船闸的安全监测，所述智能调度模块在船舶到达船舱后进行申报缴费自动生成过闸调度指令。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统，其特征在于：实时监测模块通过对实时数据进行采集，将各监测点采集的实时船闸数据存入数据库中，同时将船闸的历史维护数据一并存入数据库中，将数据采集的时间间隔设置为1S，系统通过设置的定时器持续从数据库中提取各监测点的船闸数据，将当前船闸的运行状况显示在基于BIM和GIS生成的孪生模型中。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统，其特征在于：可视化模块根据获取的实时船闸数据对数字孪生船闸完成数据映射，根据船闸中各设备的几何数据，在三维建模中对船闸设备的形状、尺寸以及装配关系进行高精度的建模，将建立好的三维模型导入到智能虚拟仿真软件中，对船闸设备的几何模型进行设备属性、通信接口以及连接脚本进行二次建模，将船闸底层数据和孪生模型数据进行匹配，建立S/C数据传输结构，将船闸的各设备数据、信号以及状态变量与孪生模型所对应的数据变量进行绑定，完成船闸数据到孪生船闸的一一对应传输。4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统，其特征在于：过闸管理模块包括船舶过闸登记、闸室排档、过闸调度、违章船舶管理、船舶档案、基础数据维护、报表、水位信息查询等功能，支持对船舶档案、船闸数据、人员信息与权限、班值信息的管理，过闸登记。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统，其特征在于：智能排档模块在船闸调度中心对所有的船闸制定统一的过闸闸次以及调度计划，通过孪生船闸能够全面监控流域所有船闸的待闸和过闸船舶情况，通过运用船闸闸室孪生船闸动画显示技术，对船舶调度的动画进行显示，为提高船舶调度效率提供辅助决策支持，闸室排布调度计划完成后，船闸联合调度系统将调度计划信息下发到各船闸，同时将信息统一发布到公众服务系统，通过APP将消息推送给船员的手机，船员根据统一发布的信息，将船舶开往闸区等候，根据指示过闸。6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧船闸运营管控系统，其特征在于：安全监测模块通过孪生船闸，实现船闸的数...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴彬彬，朱文娟，夏凉，
申请(专利权)人：南京卓尚智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：