一种数字孪生水文站系统技术方案

本发明专利技术提出了一种数字孪生水文站系统，其特征在于，包括分层架构体系和多维度安全防护机制，所述分层架构体系自下而上由感知层、传输层、数据层、模型层、应用层及展示层构成，感知层包含异构水文监测设备集群，设备集群配置有水位传感器阵列、多普勒流量计、光谱水质分析仪及环境监测终端，实现水文要素数据、设备运行状态数据和环境数据的全要素采集；传输层采用混合通信协议栈，集成超短波通信模块、NB‑IoT窄带通信模块及光纤通信模块，构建多路径冗余传输通道，其中关键数据传输通道配置有动态链路选择算法；数据层包含分布式存储架构，采用关系型数据库集群与非结构化数据库的混合存储模式，内置数据清洗引擎和时空数据融合模块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水文站领域，特别涉及一种数字孪生水文站系统。

技术介绍

1、目前，随着智慧水利建设的推进，水文监测系统逐步向数字化、智能化方向发展。传统水文站系统主要依赖单一传感器采集水位、流量等基础数据，通过有线或无线通信回传至数据中心，采用经验模型进行水文分析。然而，现有技术存在显著缺陷：(1)数据采集维度不足：异构设备兼容性差，缺乏多要素协同感知能力，环境干扰下的测量精度受限(如水位传感器易受温度漂移影响，多普勒流量计在湍流工况下误差显著)；(2)数据传输可靠性低：通信链路单一，缺乏动态优化机制，高并发场景下易出现数据丢包或延迟；(3)数据融合效率低下：结构化与非结构化数据存储分离，时空关联分析能力弱，难以支撑实时决策；(4)模型仿真精度不足：传统水动力模型依赖简化假设，未实现多尺度耦合建模，设备故障预测缺乏动态数据驱动；(5)决策支持科学性欠缺：评估指标单一，未考虑生态影响等多维度因素，方案推演缺乏风险量化机制；(6)可视化交互性差：二维gis展示难以还原三维水文场景，缺乏虚实联动的动态推演能力。

2、在此背景下，本方案提出数字孪生水文站本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种数字孪生水文站系统，其特征在于，包括分层架构体系和多维度安全防护机制，所述分层架构体系自下而上由感知层、传输层、数据层、模型层、应用层及展示层构成，

2.如权利要求1所述的一种数字孪生水文站系统，其特征在于：所述感知层的异构水文监测设备集群采用基于边缘计算架构的设备协同机制，具体包含：水位传感器阵列部署为星型拓扑结构，主节点搭载FPGA信号处理器，实现0.1mm级分辨率的水位波动特征提取，并采用温度补偿算法消除环境热膨胀误差；多普勒流量计集成自适应声波束形成技术，通过16阵元相控阵换能器组实现0.15m/s的流速测量精度，配置多普勒频谱校正模块消除湍流干扰；光谱水质分...

【技术特征摘要】

1.一种数字孪生水文站系统，其特征在于，包括分层架构体系和多维度安全防护机制，所述分层架构体系自下而上由感知层、传输层、数据层、模型层、应用层及展示层构成，

2.如权利要求1所述的一种数字孪生水文站系统，其特征在于：所述感知层的异构水文监测设备集群采用基于边缘计算架构的设备协同机制，具体包含：水位传感器阵列部署为星型拓扑结构，主节点搭载fpga信号处理器，实现0.1mm级分辨率的水位波动特征提取，并采用温度补偿算法消除环境热膨胀误差；多普勒流量计集成自适应声波束形成技术，通过16阵元相控阵换能器组实现0.15m/s的流速测量精度，配置多普勒频谱校正模块消除湍流干扰；光谱水质分析仪采用双光路差分检测系统，设置紫外-可见-近红外三波段融合检测通道，内置lstm神经网络建立光谱特征与cod/bod指标的映射模型；环境监测终端搭载多物理场耦合传感器组，同步采集风速风向、大气压、温湿度及太阳辐射强度参数。

3.如权利要求1所述的一种数字孪生水文站系统，其特征在于：所述传输层的动态链路选择算法采用基于强化学习的q-routing优化策略，通过建立包含链路质量指数、时延抖动系数和误码率的三维评价指标体系，其中链路质量指数通过卡尔曼滤波器实时估计信道状态；设计双深度q网络(ddq...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘璐，沈羿杉，李杨，王齐锋，陈伟娜，
申请(专利权)人：山脉科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：