Qatium
Рост городского населения, высокое потребление ресурсов, старение инфраструктуры, изменение климата, сложные системы распределения воды — это лишь некоторые из проблем, заставляющих тех, кто работает в городском управлении, переосмыслить свои усилия по обеспечению устойчивости и эффективности. В основе каждого из них лежит вопрос об управлении чистой водой и о том, как водоканалы могут быть наделены полномочиями для принятия обоснованных решений перед лицом совокупности проблем. Ответ таков: водоканалам необходимо улучшить управление системами распределения воды, используя передовые инструменты, которые сочетают в себе сбор данных датчиков в режиме реального времени, расширенную аналитику и возможности на основе моделей для моделирования сценариев «что, если». И, выполняя все эти функции, именно здесь цифровые двойники для водоканалов вписываются в картину.
Что такое цифровой двойник?
В 2003 году д-р Майкл Гривз представил цифровые двойники как цифровые представления физических продуктов, чтобы помочь оптимизировать жизненный цикл продукта, в частности, его проектирование и производственный процесс, а также последующее техническое обслуживание в течение всего срока службы. По словам Гривза, любая модель цифрового двойника должна состоять из трех основных частей:
- Физические активы.
- Виртуальная модель физических активов.
- Связи данных и информации, которые связывают виртуальное и реальное пространства вместе.
С тех пор многие другие исследователи расширили определение, основы и ключевые технологии, участвующие в создании цифрового двойника, в том числе:
- Моделирование: Физическая и виртуальная модели должны описывать основные характеристики системы.
- Связь: Физическая и виртуальная системы должны быть постоянно связаны. Это понятие включает в себя передачу, преобразование, хранение, защиту и т.д.
- Расширенная аналитика данных: Чтобы получить информацию из набора данных, она должна быть предварительно обработана (очищена и отфильтрована) и добыта как с помощью анализа данных, так и с помощью алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ).
- Взаимодействие и сервис: Чтобы оптимизировать или адаптировать системные процессы в соответствии с внешними изменениями, цифровой двойник должен быть в состоянии предложить оптимальные рабочие настройки после того, как они были проверены моделированием.
Цифровой двойник — виртуальная модель физического актива
Цифровые двойники для водоканалов: как они могут решить задачи, стоящие перед отраслью?
В контексте управления городом, особенно в отношении системы питьевого водоснабжения, гидравлические модели со временем стали более актуальными и обычно используются водоканалами для принятия более точных решений. Цифровые двойники помогают водоканалам не только лучше понимать прошлые и текущие показатели своих систем водоснабжения, но и прогнозировать и оптимизировать будущую производительность. Они также могут моделировать любые потенциальные изменения и их влияние в виртуальном мире до того, как они произойдут в физическом мире. Такой уровень виртуализации ограничивает риски для реальных операций, помогает коммунальным предприятиям быстро принимать решения на основе данных и помогает им наилучшим образом реагировать на кризисы и другие сценарии «что, если». Учитывая масштаб проблемы, а именно экспоненциальный рост населения, нехватку ресурсов и стареющую инфраструктуру, традиционные системы распределения воды становятся все более сложными и трудными в управлении. Поэтому цифровые двойники используются с большей частотой в системах распределения воды для улучшения таких вопросов, как:
- Управление активами
- Локализация утечки
- Оптимизация работы системы
- Энергоэффективности
- Качество воды
- Планирование операций по техническому обслуживанию
- Раннее реагирование на чрезвычайные ситуации
Короче говоря, прогнозируется, что модель цифрового двойника скоро станет важной системой поддержки почти для всех типов принятия решений в отрасли. Мы обсудили путешествие цифровых двойников для водоканалов с отраслевыми экспертами в нашем видеоподкасте Qtalks. В центре внимания эпизода была их эволюция и способы, которыми это может быть ускорено.
Как выглядят цифровые двойники в действии?
Настройка цифрового двойника может быть длительным процессом с высокими затратами. Ниже приведены лишь несколько примеров того, как цифровые двойники уже применяются в эксплуатации и управлении реальными системами распределения воды.
Расширение EPANET-RTX
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) и Университет Цинциннати создали расширение EPANET-RTX, платформу для гидравлического моделирования в реальном времени, основанную на движке EPANET. Приложение, которое связывает гидравлическую модель с полевыми данными в режиме реального времени, было создано, чтобы помочь понять гидравлическое поведение и поведение качества воды в системах распределения воды и изучить потенциал гидравлических моделей в представлении реальных систем. Его возможности были успешно протестированы в полевых условиях на примере Водного округа Северного Кентукки.
WaterBox: небольшой испытательный стенд
WaterBox, небольшой испытательный стенд, позволил смоделировать расширенный мониторинг и многочисленные сценарии отказов и аномалий, таких как прорывы труб или проблемы со связью, в отказоустойчивой среде. Этот подход позволял в режиме реального времени запускать алгоритмы управления (питаемые из данных датчиков) и был направлен на оптимизацию энергопотребления, автоматическое управление и связь, управляемую событиями.
Qatium: экономичный цифровой двойник
Qatium предлагает экономичное решение Digital Twin для водоканалов, которое позволяет максимально эффективно использовать существующие технологические решения и источники данных. Решение включает в себя использование принадлежащих городу регистраторов данных, которые обеспечивают живой поток данных через существующую веб-панель мониторинга и ссылку на историка SCADA. Гидравлическая модель может быть сгенерирована только на основе открытых данных ГИС, и связи между системой мониторинга гидрантов и моделью были обеспечены через слой API. Qatium также позволяет пользователям импортировать свои сети с помощью помощника на основе ИИ, который проводит их через процесс, предоставляя идеи и предложения по возможным улучшениям по мере автоматического построения модели.
Если вы заинтересованы в внедрении цифрового двойника на практике, попробуйте Qatium. Вы можете бесплатно создать учетную запись и приступить к решению задач, описанных выше.
Цифровые двойники позволяют принимать решения на основе данных
Цифровые двойники представляют собой новый метод улучшения управления системами распределения воды, позволяя водоканалам моделировать и прогнозировать сценарии, анализировать производительность и состояние активов, а также виртуально тестировать сценарии для эффективного решения их в реальном мире. В будущем цифровые двойники будут иметь решающее значение для принятия решений и станут неотъемлемой частью водной отрасли, улучшая работу систем водоснабжения, снижая эксплуатационные расходы, снижая их воздействие на окружающую среду и обеспечивая водную безопасность.
