数字孪生体如何帮助水务公司优化网络性能

不断增长的城市人口、高资源消耗、老化的基础设施、气候变化、复杂的配水系统——这些只是迫使城市管理人员重新思考其可持续性和效率努力的几个问题。每个问题的基础都是清洁水管理问题，以及如何授权水务公司在面对这些问题时做出明智的决策。答案是这样的：水务公司需要通过采用先进的工具来改善配水系统的管理，这些工具结合了实时传感器数据收集、高级分析和基于模型的功能来模拟“假设”场景。而且，通过实现所有这些功能，这正是水务公司的数字孪生体适合的地方。

什么是数字孪生？

2003 年，Michael Grieves 博士引入了数字孪生作为物理产品的数字表示，以帮助优化产品的生命周期，特别是其设计和制造过程，以及其生命周期内的后续维护。根据 Grieves 的说法，任何数字孪生模型都必须包含三个核心部分：

实物资产。
物理资产的虚拟模型。
数据和信息的连接将虚拟和真实空间联系在一起。

从那时起，许多其他研究人员扩展了构建数字孪生体所涉及的定义，基础和关键技术，包括：

建模： 物理模型和虚拟模型必须描述系统的主要功能。
连接： 物理和虚拟系统应始终保持连接。这个概念包括数据传输、转换、存储、保护等。
高级数据分析： 要从数据集中获取信息，必须通过数据分析和人工智能（AI）算法对其进行预处理（清理和过滤）和挖掘。
互动与服务： 为了根据外部变化优化或调整系统流程，数字孪生应该能够在通过仿真验证后提出最佳操作设置建议。

数字孪生 — 物理资产的虚拟模型

水务公司的数字化双胞胎：如何解决行业面临的挑战？

在城市管理环境中，特别是在饮用水供应系统方面，随着时间的推移，水力模型变得越来越相关，并且通常被水务公司用来做出更准确的决策。数字孪生模型不仅可帮助水务公司更好地了解其供水系统过去和当前的性能，还可以预测和优化未来的性能。它们还可以在虚拟世界中发生任何潜在的变化及其影响之前模拟它们。这种虚拟化水平将风险限制在实际运营中，帮助公用事业公司快速做出数据驱动的决策，并帮助他们以最佳方式应对危机和其他假设场景。鉴于挑战的规模——即人口呈指数级增长、资源稀缺和基础设施老化——传统的配水系统变得越来越复杂和难以管理。因此，数字孪生体在配水系统中的使用频率越来越高，以改善以下问题：

资产管理
泄漏定位
优化系统操作
能效
水质
维护操作规划
及早应对紧急情况

简而言之，据预测，数字孪生模型将很快成为行业内几乎所有类型决策的基本支持系统。我们在视频播客Qtalks中与行业专家讨论了水务公司数字孪生体的旅程。这一集的重点是他们的演变以及加速的方式。

数字孪生在行动中是什么样子的？

设置数字孪生体可能是一个漫长的过程，成本很高。以下是数字孪生体如何应用于实际配水系统的运营和管理的几个例子。

EPANET-RTX 扩展

美国环境保护署（EPA）和辛辛那提大学创建了 EPANET-RTX 扩展，这是一个基于 EPANET 引擎的实时水力建模框架。该应用程序将水力模型与实时现场数据连接起来，旨在帮助了解配水系统的水力和水质行为，并探索水力模型在表示真实系统方面的潜力。它的能力在肯塔基州北部水区的案例研究中成功进行了现场测试。

水箱：小型测试平台

WaterBox 是一个小型测试平台，允许在故障安全环境中模拟高级监控以及多种故障和异常场景，例如管道爆裂或通信问题。这种方法实现了控制算法（从传感器数据馈送）的实时运行，旨在实现能量优化、自动控制和事件驱动通信。

Qatium：具有成本效益的数字孪生体

Qatium 为水务公司提供经济高效的数字孪生解决方案，可最大限度地利用现有技术解决方案和数据源。该解决方案包括使用城市拥有的数据记录器，通过现有的基于Web的仪表板和SCADA历史学家的链接提供实时数据流。仅基于开放的 GIS 数据即可生成水力模型，并且已通过 API 层启用了消火栓监测系统与模型之间的链接。 Qatium还允许用户在人工智能助手的帮助下导入他们的网络，该助手指导他们完成整个过程，在模型自动构建时为可能的改进提供见解和建议。