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基于Modelica-LSTM双驱动的数字孪生机床热误差补偿模型构建
1
作者 孙丽 王诗灏 +3 位作者 姜锋 关咏臻 徐家淳 刘荣玺 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第10期205-213,共9页
针对数控机床在高速、高负载运行中因热变形导致的热误差问题,提出一种基于Modelica多领域建模与长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)联合驱动的热误差补偿方法。通过Modelica构建机床机械、电气、热力学多物理场耦合的高保真... 针对数控机床在高速、高负载运行中因热变形导致的热误差问题,提出一种基于Modelica多领域建模与长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)联合驱动的热误差补偿方法。通过Modelica构建机床机械、电气、热力学多物理场耦合的高保真数字孪生模型,结合LSTM对机理模型未覆盖的非线性动态误差进行数据驱动补偿。实验以五轴数控加工中心DMG MORI DMU 50为对象,在预热、阶梯加载及扰动工况下采集温度、振动和热误差数据,验证模型性能。结果表明,Modelica-LSTM双驱动模型相较于单一Modelica机理模型,均方根误差降低51.2%,补偿后误差波动幅度减少72%,在高温及动态工况下显著提升预测精度。该方法为高精密机床热误差补偿提供了物理与数据协同驱动的有效解决方案。 展开更多
关键词 数控机床 热误差补偿 modelICA 长短期记忆网络 多领域建模 数字孪生
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基于Twin Builder的110kV油浸式变压器3维磁场降阶模型及损耗分析 被引量：15
2
作者 张重远 刘迪程 +2 位作者 高成龙 刘云鹏 刘刚 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期941-951,共11页
为解决3维变压器磁场有限元仿真计算效率低的问题,提出基于本征正交分解法的磁场降阶模型与基于二次多项式的损耗响应面模型。以1台110 kV变压器为算例,首先建立了考虑绕组涡流损耗的变压器磁场仿真模型,通过仿真分析了其在额定工况下... 为解决3维变压器磁场有限元仿真计算效率低的问题,提出基于本征正交分解法的磁场降阶模型与基于二次多项式的损耗响应面模型。以1台110 kV变压器为算例,首先建立了考虑绕组涡流损耗的变压器磁场仿真模型,通过仿真分析了其在额定工况下的磁场及损耗分布;其次,通过仿真试验设计获取了多组工况下的磁场与损耗数据,在Twin Builder中训练得到变压器磁场的各降阶模块;最后,搭建面向数字孪生应用的变压器3维磁场降阶模型,实现了变压器磁场损耗的快速计算与云图分布的可视化。与计算单数据相比,仿真结果考虑了涡流效应的绕组损耗在靠近端部时有明显升高,最大值分别出现在高、低压绕组两端,约为绕组中部损耗的1.3~1.65倍。基于该磁场结果建立的降阶模型在计算效率方面较全阶模型有显著提升,将实际仿真时间缩短至0.76s,可满足数字孪生应用场景下的磁场快速计算需求。 展开更多
关键词 油浸式变压器 数字孪生 twin Builder 本征正交分解 响应面法 降阶模型
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油气装备数字孪生技术体系构建与应用示范 被引量：2
3
作者 冯定 梁金力 +3 位作者 王健刚 张红 施雷 苗恩铭 《石油钻探技术》 北大核心 2025年第2期1-10,共10页
油气装备与数字孪生技术的结合,是实现无人化、智能化、经济化油气钻探开发工程的关键环节。为实现工况复杂和作业环境恶劣条件下装备行为状态监测、性能评估等系列功能,开展了油气装备数字孪生技术研究。根据数字孪生技术理论,考虑油... 油气装备与数字孪生技术的结合,是实现无人化、智能化、经济化油气钻探开发工程的关键环节。为实现工况复杂和作业环境恶劣条件下装备行为状态监测、性能评估等系列功能,开展了油气装备数字孪生技术研究。根据数字孪生技术理论,考虑油气装备各系统间的关系,结合多学科、多层次、多物理场耦合的描述方法,构建了一套基于结构性能响应和数据实时映射的油气装备数字孪生技术应用的流程体系。以齿轮齿条钻机为研究对象,建立了基于多系统、多尺度、多要素建模准则的齿轮齿条钻机起升系统的数字孪生体,通过应用示范,验证了理论研究的可靠性。研究结果为油气及相关领域装备的性能评估与寿命预测提供了基于数字孪生技术的应用理论依据。 展开更多
关键词 油气装备 数字孪生 机理模型 齿轮齿条钻机
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融合数字孪生与长短期记忆神经网络方法的混凝土水化热温度预测 被引量：2
4
作者 殷新锋 李旭辉 +2 位作者 黄胄 陈勉 虞永杰 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期167-173,316,共8页
针对大体积混凝土水化过程的多变性和非线性,为预测混凝土水化热温度的趋势与峰值,提出基于数字孪生(Digital Twin,DT)和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的承台大体积混凝土水化热温度预测方法.该方法通过构建“物理... 针对大体积混凝土水化过程的多变性和非线性,为预测混凝土水化热温度的趋势与峰值,提出基于数字孪生(Digital Twin,DT)和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)的承台大体积混凝土水化热温度预测方法.该方法通过构建“物理实体、虚拟实体、孪生数据、服务、链接”五个维度的承台大体积混凝土数字孪生模型,对混凝土水化过程中的关键参数进行实时监测和数据交互,确保有限元模型的准确性,并结合LSTM网络进行数据分析和预测.结果表明:数字孪生技术能通过数据交互更新出最优参数值,随着交互次数的增加,模型模拟值不断趋近实测结果;LSTM神经网络对混凝土温度变化情况预测较为准确,实测对比发现输出值与实测值最大差值为1.32℃,相差2.8%,训练结果的平均绝对误差均值为0.7624,决定系数最低达到0.9742. 展开更多
关键词 大体积混凝土 水化反应 LSTM 数字孪生五维模型 数据交互 温度预测
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基于数字孪生的燃气轮机多维度多领域建模方法的发展 被引量：4
5
作者 王志涛 郑子倞 张靖凯 《航空发动机》 北大核心 2025年第2期1-9,共9页
燃气轮机结构复杂且具有多学科交叉的特点,传统的设计-试验反复迭代的研制方式无法高效满足研制需求,数字孪生技术利用物理实体与虚拟模型间的数据交换及精确反映,为传统的燃气轮机研制方法转型提供可靠支撑。为了实现数字孪生技术在燃... 燃气轮机结构复杂且具有多学科交叉的特点,传统的设计-试验反复迭代的研制方式无法高效满足研制需求,数字孪生技术利用物理实体与虚拟模型间的数据交换及精确反映,为传统的燃气轮机研制方法转型提供可靠支撑。为了实现数字孪生技术在燃气轮机建模的应用,介绍了目前国内外数字孪生技术的研究现状、总结了多维度多领域建模技术的方法,包括构建多维度仿真模型耦合方法以及多领域模型统一建模技术。借助于虚实映射技术,提出了基于多维度、多领域建模的数字孪生框架,可以为燃气轮机系统数字化应用发展提供一定借鉴作用。在此基础上,借助燃气轮机建模仿真对该技术应用在数字孪生领域的研究前景进行了展望,提出了未来燃气轮机多维度多领域建模技术的发展方向。 展开更多
关键词 数字孪生 燃气轮机 多维度多领域建模 孪生模型 仿真技术
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基于降阶模型的配网电缆温度场数字孪生建模方法 被引量：1
6
作者 牛海清 黄世杰 +4 位作者 王东 马海涛 范华 翁利国 刘刚 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期10-20,共11页
电力设备的物理状态感知是建设智能电网的关键点之一。数字孪生技术可实时映射并快速预测设备的物理状态,但现有建模方法难以满足电缆温度场数字孪生模型的实时计算要求。鉴于此,该文提出了一种基于降阶模型的配网电缆温度场数字孪生建... 电力设备的物理状态感知是建设智能电网的关键点之一。数字孪生技术可实时映射并快速预测设备的物理状态,但现有建模方法难以满足电缆温度场数字孪生模型的实时计算要求。鉴于此,该文提出了一种基于降阶模型的配网电缆温度场数字孪生建模方法。首先,建立电缆多物理场全阶模型,基于奇异值分解和响应面插值方法建立其稳态温度场降阶模型;然后,结合稳态温度场降阶模型及电缆表面温度数据,通过实时求解多回路电缆传热反问题重构当前的电缆内部瞬态温度场,并基于排管敷设电缆温升试验验证了方法的正确性。进一步地,将该方法应用于实际运行的10kV电缆的内部瞬态温度场重构,将重构结果作为已知初始状态,基于稳态温度场降阶模型和改进叠加法快速预测应急状态下的电缆导体温度。与全阶模型相比,电缆导体温度重构值的最大相对误差为1.76%,应急状态运行的导体温度预测误差为1.01%,单次重构和预测计算时间分别为8.1s和3.6s,计算效率分别提高约35555倍和6000倍。该方法兼顾了计算速度、计算精度和建模成本,对其他类型电力设备温度场数字孪生建模具有参考意义。 展开更多
关键词 配网电缆 数字孪生 降阶模型 温度场重构
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基于融合孪生模型的数控机床轮廓误差预测方法 被引量：1
7
作者 田颖 湛杨 +4 位作者 岳辰 葛璐 王太勇 崔桐成 赵志丹 《计算机集成制造系统》 北大核心 2025年第7期2392-2401,共10页
为了提升数控机床轮廓误差的实时预测精度,提出一种机理数据融合驱动的数字孪生模型。首先构建包含伺服系统和机械系统的机理模型,用于描述进给系统在数控系统插补指令下的动态响应;其次,建立结合多任务学习的时序数据驱动模型,构建融... 为了提升数控机床轮廓误差的实时预测精度,提出一种机理数据融合驱动的数字孪生模型。首先构建包含伺服系统和机械系统的机理模型,用于描述进给系统在数控系统插补指令下的动态响应;其次,建立结合多任务学习的时序数据驱动模型,构建融合机理模型孪生数据和实时采集数据的特征数据集进行模型训练,通过多时间步残差补偿修正机理模型的位置预测值,从而提高孪生模型的预测精度。最后,设计了多组空间运动轨迹进行了模型验证实验,并对不同模型的预测能力进行了对比。结果表明,所提融合孪生模型能够在轮廓误差多个时间步的预测任务中均保持较高预测精度。 展开更多
关键词 轮廓误差预测 数字孪生模型 多任务学习 多时间步预测
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面向数字孪生应用的大容量GIS整间隔稳态温升及降阶模型研究 被引量：1
8
作者 侯世英 罗澳 +3 位作者 杨帆 权帅峰 霍小晶 孙帅 《高电压技术》 北大核心 2025年第5期2300-2310,共11页
超高压、大容量、数字化电网目标架构对高压开关领域提出了新的挑战。为研究550 kV/8 000 A气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)的稳态温升,解决获取温度场时存在模型自由度大、计算时间长等问题,该文研究了GIS整间隔模型... 超高压、大容量、数字化电网目标架构对高压开关领域提出了新的挑战。为研究550 kV/8 000 A气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)的稳态温升,解决获取温度场时存在模型自由度大、计算时间长等问题,该文研究了GIS整间隔模型热特性并构建了基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法的温度场降阶模型以面向数字孪生应用。首先,建立了基于物联网的电力设备数字孪生实现架构,提出了数字孪生驱动的GIS状态感知方法框架。基于该框架,搭建了以珠东北站示范工程中的GIS为原型的虚拟实体模型,分析了模型在8 800 A时的磁密、损耗、温度以及气流流速分布,进而搭建了大电流温升试验平台进行验证,试验测量结果与仿真结果吻合度高。其次,采用拉丁超立方采样方法构建该模型在不同工况下的快照矩阵输入参数样本集,进一步对温度快照采用POD方法生成温度场降阶模型。最后,对比了降阶前后模型的计算时长与误差:降阶模型相较全阶模型的计算时长由小时级降至秒级,阶数为6时均方根误差为0.053%满足POD误差规范要求。该文研究结果可为大容量开关的设计和运维提供支撑,为数字孪生技术在开关设备领域的应用提供参考。 展开更多
关键词 气体绝缘开关设备 数字孪生 多物理场仿真 降阶模型 本征正交分解
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面间煤柱掘支机器人集群数字孪生系统高效虚实同步方法 被引量：1
9
作者 毛清华 司马俊雷 +5 位作者 马宏伟 王川伟 陈彦璋 郭文瑾 崔闻达 成佳帅 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期228-238,共11页
【目的】针对面间煤柱掘支机器人集群虚拟模型数据量大、数据传输异常等导致虚实同步效果不佳问题,提出了一种基于三维模型轻量化与轨迹预测-修正模型的数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步方法。【方法】定义了配合依赖顶点的概念,通... 【目的】针对面间煤柱掘支机器人集群虚拟模型数据量大、数据传输异常等导致虚实同步效果不佳问题,提出了一种基于三维模型轻量化与轨迹预测-修正模型的数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步方法。【方法】定义了配合依赖顶点的概念,通过引入配合依赖顶点坍缩影响因子来改进二次误差度量算法,约束装配体三维模型轻量化过程使其保持各构件之间的配合关系,减小三维模型数据规模;建立了掘支机器人集群轨迹预测-修正模型,基于Self-Attention-LSTM轨迹预测算法预测孪生机器人集群的运动轨迹,结合二次插值法实时修正预测轨迹,保证虚拟模型与物理装备虚实同步的时空一致性。并构建了数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步模拟验证平台。【结果和结论】引入配合依赖顶点坍缩影响因子约束轻量化过程,可有效抑制三维模型几何误差的增长,保持装配体配合面基本不变,可达到90%数据压缩率;1.5 s运动轨迹预测任务中,Self-Attention-LSTM轨迹预测算法误差最小,轨迹预测-修正方法可使驱动轨迹的MAD缩小74.28%,有效保障虚实同步一致性与平稳性;虚实同步延迟最大为55.28 ms,最大虚实同步位置绝对误差为1.93 mm、相对误差为1.07%,实现了掘支机器人集群高精度、低延迟虚实同步。提出的高效虚实同步方法为提升煤矿装备数字孪生系统运行效率提供了新思路。 展开更多
关键词 面间煤柱 数字孪生 掘支机器人集群 模型轻量化 二次误差度量 轨迹预测-修正
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基于形状分布-平均绝对误差法的历史建筑数字孪生模型更新方法 被引量：1
10
作者 张爱琳 王凯 +2 位作者 丁超 闫泽文 郎秀颖 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第12期5058-5065,共8页
针对如何实现历史建筑数字孪生模型动态更新这一问题,提出一种“构建-对比-更新”的更新思路。首先,在完成历史建筑数字孪生模型构建的基础上,借助形状分布法,绘制不同时点下构建的历史建筑数字孪生模型的形状分布曲线;其次,利用平均绝... 针对如何实现历史建筑数字孪生模型动态更新这一问题,提出一种“构建-对比-更新”的更新思路。首先,在完成历史建筑数字孪生模型构建的基础上,借助形状分布法,绘制不同时点下构建的历史建筑数字孪生模型的形状分布曲线;其次,利用平均绝对误差法的变形实现两种模型的相似度评估;此外,根据不同的相似度评估结果,设定历史建筑构件模型的更新策略,并借助相关软件完成数字孪生模型更新;最后,以弘慈寺玉佛殿斗拱柱构件为对象进行实例验证。结果表明:所提出的历史建筑模型更新思路及其实现方法不仅为实现历史建筑数字孪生模型动态更新奠定了基础,还为历史建筑的智能化保护提供参考价值。 展开更多
关键词 数字孪生模型 形状分布 平均绝对误差(MAE) 模型相似度 模型更新
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无线信道数字孪生关键技术现状及展望
11
作者 官科 张美文 +9 位作者 何丹萍 艾渤 刘婷 王熙平 魏垚 赵旭 卢斌 窦建武 王欣晖 钟章队 《电波科学学报》 北大核心 2025年第5期789-799,共11页
随着6G的逐步推进,无线信道数字孪生技术作为未来网络演进的关键技术之一,受到了广泛的关注。本文综述了无线信道数字孪生技术的背景、系统架构及关键技术,并展望了未来的发展方向。首先,介绍了无线信道数字孪生技术的发展背景与需求、... 随着6G的逐步推进,无线信道数字孪生技术作为未来网络演进的关键技术之一,受到了广泛的关注。本文综述了无线信道数字孪生技术的背景、系统架构及关键技术,并展望了未来的发展方向。首先,介绍了无线信道数字孪生技术的发展背景与需求、系统特点以及研究进展;然后,详细讨论了复杂环境多介质电磁参数获取、高性能射线追踪仿真技术和模型-数据双驱动的混合信道建模等关键技术;最后,对无线信道数字孪生技术在6G时代的发展做出展望,并总结了潜在的标准化工作。无线信道数字孪生技术通过构建无线信道的虚拟孪生体,提供了无线信道特性建模及其效应预测能力,对6G及未来通信系统的发展具有重要意义。 展开更多
关键词 6G 无线信道 数字孪生 射线追踪 混合信道建模 介质电磁参数
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面向数字孪生滚磨光整加工的高保真模型构建方法
12
作者 辛宇鹏 李文辉 陈艺文 《计算机集成制造系统》 北大核心 2025年第9期3141-3158,共18页
零件表面微观几何形貌表达以及机械作用力的仿真计算,是影响精密加工仿真结果预测准确度的关键。传统仿真中常采用理想光滑表面模型替代零件真实的几何形貌,往往导致仿真结果与实际加工效果产生巨大偏差。以滚磨光整加工为背景,借鉴数... 零件表面微观几何形貌表达以及机械作用力的仿真计算,是影响精密加工仿真结果预测准确度的关键。传统仿真中常采用理想光滑表面模型替代零件真实的几何形貌,往往导致仿真结果与实际加工效果产生巨大偏差。以滚磨光整加工为背景,借鉴数字孪生理念,提出采用高保真模型模拟预测机械加工作用效果。该模型是一个多维度、多尺度的数据集合,在保留零件表面微观几何尺寸信息的同时,还兼容加工要求、材料和表面质量等信息。研究了面向数字孪生滚磨光整加工的高保真模型几何建模方法,提出了数字孪生滚磨光整加工系统框架,分析了该框架下的高保真模型迭代运行机制。最后,通过对比一尺寸为20 mm×20 mm×3 mm铝合金试件的滚磨光整加工实验和仿真实验结果,验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 数字孪生 滚磨光整加工 表面模型 加工仿真 高保真模型
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航海智能仿真技术及应用研究综述
13
作者 刘涛 李瀚熙 +1 位作者 尹勇 刘佳仑 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第7期1684-1709,共26页
航海仿真通过构建船舶航行环境和行为模型,模拟不同场景下的船舶响应,用于预判复杂干扰条件下的行为特征。随着计算机图形学、虚拟现实和人工智能技术的发展,尤其是无人船技术的发展,航海仿真技术出现了新的研究内容和应用。介绍了航海... 航海仿真通过构建船舶航行环境和行为模型,模拟不同场景下的船舶响应,用于预判复杂干扰条件下的行为特征。随着计算机图形学、虚拟现实和人工智能技术的发展,尤其是无人船技术的发展,航海仿真技术出现了新的研究内容和应用。介绍了航海仿真技术的研究现状和发展趋势,从典型场景、关键技术和发展趋势三方面对航海仿真技术进行研究综述;剖析了多维电子海图、智能电子海图、船舶运动数学模型、航海模拟器等技术的发展趋势和重点;明确了以“数字孪生”和“虚实融合测试验证”技术为重要发展方向的未来航海智能仿真新趋势。关键技术攻关与产品研发是持续推进航海智能仿真技术发展的基础。该研究为航海智能仿真技术的研究与应用提供了系统参考。 展开更多
关键词 航海仿真 电子海图 船舶运动数学模型 数字孪生 虚实融合测试 航海模拟器
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油浸式电力变压器温升计算场路耦合和降阶模型研究
14
作者 杨帆 胡星宇 王鹏博 《电工技术学报》 北大核心 2025年第13期4071-4084,共14页
数字孪生是推动电力设备领域数字化和智能化发展的关键技术之一。构建电力变压器的数字孪生模型有助于保证其运行可靠性、维护效率和故障预测能力。然而,基于模型驱动的数字孪生模型常因计算速度较慢而在应用中受到限制。对此,该文基于M... 数字孪生是推动电力设备领域数字化和智能化发展的关键技术之一。构建电力变压器的数字孪生模型有助于保证其运行可靠性、维护效率和故障预测能力。然而,基于模型驱动的数字孪生模型常因计算速度较慢而在应用中受到限制。对此,该文基于Modelica语言,构建了变压器的等效热流计算场路耦合简化模型以降低计算复杂度。模型结合本征正交分解(POD)对场计算部分进行降阶以提高计算效率。为验证所构建模型的有效性,该文对35kV油浸式自冷(ONAN)换流变压器开展温升实验。结果表明:计算时是否考虑散热器对绕组温升的大小和热点位置均有显著影响。在达到稳态时,所提模型与实验结果的最大绝对误差为1.37 K;所提模型在温升工况下的计算与三维全阶模型相比效率提升258.65倍,与全阶场路耦合模型相比速度提升5.1倍,证明所提模型在保证数字孪生模型计算精度的同时显著提高了计算效率。 展开更多
关键词 数字孪生 modelICA语言 场路耦合 绕组温升 降阶模型
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基于数字孪生的水泵水轮机实时监测系统
15
作者 李琪飞 李润涛 +1 位作者 辛路 陈祥玉 《流体机械》 北大核心 2025年第5期102-109,共8页
针对抽水蓄能机组运行过程中数字化、智能化水平不足,以及现有仿真软件计算耗时较长、无法满足数字孪生系统实时性需求等问题,提出了一种基于数字孪生技术的解决方案,旨在提升对水泵水轮机的监控预测能力。采用本征正交分解降阶方法建... 针对抽水蓄能机组运行过程中数字化、智能化水平不足,以及现有仿真软件计算耗时较长、无法满足数字孪生系统实时性需求等问题,提出了一种基于数字孪生技术的解决方案,旨在提升对水泵水轮机的监控预测能力。采用本征正交分解降阶方法建立降阶模型,并通过FMI协议将其集成至系统中,结合Open3D点云实现了可视化交互,整个过程仅耗时728.6 ms;同时,基于长短期记忆网络算法开发了压力脉动预测模型,用于运行状况的提前预测,且预测的准确性大于96%;此外,通过Unity3D平台开发完整的数字孪生系统,并验证了其有效性和可行性。研究可为抽水蓄能机组的数字化、智能化提供一种全新的解决方案,对水力发电行业的智能化升级和现代化转型具有重要意义。 展开更多
关键词 水泵水轮机 数字孪生 降阶模型 长短期记忆网络 监控预测
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数字孪生水利专业模型平台构建思路与实践
16
作者 贺挺 夏润亮 +2 位作者 宋利祥 杜颖恩 胡豫英 《人民黄河》 北大核心 2025年第11期144-148,162,共6页
为促进数字孪生水利专业模型的集约建设,提升模型复用率与方案构建效率,探讨数字孪生水利专业模型平台的构建思路并进行实践应用。基于云原生模式进行平台架构设计,提出基于组件的水利专业模型组件化抽象模型来实现水利专业模型的统一... 为促进数字孪生水利专业模型的集约建设,提升模型复用率与方案构建效率,探讨数字孪生水利专业模型平台的构建思路并进行实践应用。基于云原生模式进行平台架构设计,提出基于组件的水利专业模型组件化抽象模型来实现水利专业模型的统一集成和管理,提出基于云工作流的模拟仿真引擎来实现模型的灵活编排和并行计算。将水利专业模型平台构建思路应用于水利部数字孪生模型平台建设,利用水利部数字孪生模型平台开展2024年北江2号典型洪水推演和海河“23·7”流域性特大洪水复盘实践,应用结果验证了提出的模型平台建设思路可以实现数字孪生水利专业模型的标准化集中管理,简化模型的构建流程,提高模型的复用性。 展开更多
关键词 数字孪生水利 水利专业模型平台 组件 云工作流 任务调度
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基于UeDiff-GAN的综采工作面目标检测与孪生体同步映射
17
作者 张帆 于洋 +7 位作者 戚振明 李海军 王春丽 杜潇 王柄印 张光磊 宋惠 席宸荣 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期9-15,21,共8页
矿井综采工作面数字孪生模型的构建过程需要手动构建实体的数字孪生3D模型,然后对实体进行目标检测,并根据实时检测结果控制3D模型,以确保孪生体与实体之间的同步映射关系。因此,对井下目标的实时、准确检测是实现虚实同步映射控制的关... 矿井综采工作面数字孪生模型的构建过程需要手动构建实体的数字孪生3D模型,然后对实体进行目标检测,并根据实时检测结果控制3D模型,以确保孪生体与实体之间的同步映射关系。因此,对井下目标的实时、准确检测是实现虚实同步映射控制的关键。目前主流的目标检测方法需要在传统模型中引入或改进模块,使得模型网络结构复杂、训练周期较长,降低了目标检测的实时性;同时,对于一些含高强度噪声的图像难以精确检测。针对上述问题,提出了一种基于UeDiff-GAN的综采工作面目标检测与孪生体同步映射方法。通过扩散模型对高质量样本进行加噪扩散,得到不同程度的加噪样本,然后使用生成对抗网络(GAN)模型进行训练;设计了平滑扩散算法,以控制扩散步长,加入不均衡扩散模块,以得到与预识别样本匹配的检测算法模型。使用Unity3D构建综采工作面3D模型并进行渲染,实现井下物理实体的对象孪生,据此构建综采工作面实体与其孪生模型的映射关系,根据井下不同位置的检测结果控制对应机器运动状态及姿态,实现孪生模型协同控制,从而实现过程孪生。在自制数据集上的实验结果表明:UeDiff-GAN模型对井下移动目标的平均检测精度较SSD,R-CNN,YOLOv7和Diff-GAN模型分别提升了19.4%,14.3%,9.1%,24.3%;检测速度较SSD,R-CNN分别提升了13.86,42.73帧/s;孪生模型与实体的实时性延迟至多为0.873 s。 展开更多
关键词 综采工作面 数字孪生 目标检测 虚实同步映射 扩散模型 生成对抗网络
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应急指挥S3DA2框架与应急数字孪生战场关键技术
18
作者 陈涛 张辉 +2 位作者 黄丽达 田冉冉 闫小丽 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第10期205-212,共8页
为解决我国应急指挥救援体系中存在的层级割裂、数据与决策脱节及动态适应性不足等问题,聚焦一体化框架构建与数字孪生技术应用,提出4层级(应急指挥中心、现场指挥部、救援队伍、救援单兵)-5步骤(感知、模拟、谋划、决策、行动)通用模型... 为解决我国应急指挥救援体系中存在的层级割裂、数据与决策脱节及动态适应性不足等问题,聚焦一体化框架构建与数字孪生技术应用,提出4层级(应急指挥中心、现场指挥部、救援队伍、救援单兵)-5步骤(感知、模拟、谋划、决策、行动)通用模型,并进一步将其拓展为感知-模拟-谋划-决策-行动(S3DA2)框架,同时,推导得出最小化成本的最优决策公式;基于该框架,构建“应急数字孪生战场”技术体系,涵盖多源数据融合、孪生建模、流固耦合/人工智能混合仿真和多目标决策优化等;以2024年洞庭湖团洲垸堤防决口事件为验证场景,开发流固耦合-多智能体救援模拟器,实现物理场景与虚拟仿真的实时映射闭环。结果表明:该模型将决口扩张误差控制在10%以内,将封堵时长由82 h缩短至52 h,石料需求预测为5.9×10^(4)m^(3),与实测结果一致。 展开更多
关键词 应急指挥 感知-模拟-谋划-决策-行动(S3DA2)框架 数字孪生战场 关键技术 4层级模型 5步骤模型
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深基坑工程人员区域入侵行为预警数字孪生系统
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作者 宫培松 沈欣云 +3 位作者 韩博雯 郭聖煜 彭冠卿 钟骏豪 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第8期33-39,共7页
为解决当前深基坑工程危险区域动态风险高、人员入侵行为预警不及时等问题,开发集成建筑信息模型(BIM)和超宽带(UWB)的数字孪生系统。首先,通过OurBIM三维图形引擎构建深基坑工程虚拟场景;其次,提出危险区域标定方法,利用UWB实时定位施... 为解决当前深基坑工程危险区域动态风险高、人员入侵行为预警不及时等问题,开发集成建筑信息模型(BIM)和超宽带(UWB)的数字孪生系统。首先,通过OurBIM三维图形引擎构建深基坑工程虚拟场景;其次,提出危险区域标定方法,利用UWB实时定位施工人员与危险源;然后,建立人员入侵行为实时预警机制,设计深基坑工程人员区域入侵行为预警数字孪生系统,包括场景可视化、危险区域设置、预警数据记录等功能;最后,将系统应用于武汉市某深基坑工程项目。结果表明:该系统能够监控深基坑工程2类危险区域的人员入侵行为,综合预警成功率达97.4%。该系统验证了数字孪生技术在施工安全领域的可行性和有效性。 展开更多
关键词 深基坑工程 入侵行为 数字孪生 危险区域 建筑信息模型(BIM) 超宽带(UWB)
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数字孪生驱动森林精准经营决策:理论模型、关键技术与应用示范
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作者 张怀清 邱汉清 +3 位作者 雷可欣 王建森 廉官俊 杨廷栋 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第11期1-16,共16页
森林经营是实现森林质量精准提升的关键路径。由于森林类型复杂且生长周期长,森林经营长期面临管理粗放、方案实施困难,智能化水平低,试错成本高等突出问题,严重制约了森林质量精准提升。针对上述挑战,本文首先剖析了森林经营决策的转... 森林经营是实现森林质量精准提升的关键路径。由于森林类型复杂且生长周期长,森林经营长期面临管理粗放、方案实施困难,智能化水平低,试错成本高等突出问题,严重制约了森林质量精准提升。针对上述挑战,本文首先剖析了森林经营决策的转型需求——从粗放经验向数字智能转变,并阐释了森林数字孪生体的构建机理——将“林地”转变为“决策实验室”。在此基础上,围绕数据智能感知与更新、林分结构智能解析、森林生长建模与智能模拟、森林经营方案智能编制与优选、经营措施精准实施、经营成效智能评估与决策反馈等关键环节,提出了数字孪生驱动的精准经营决策理论模型和关键技术。以塞罕坝机械林场尚海纪念林数字孪生系统为例,系统阐释了从森林数字孪生构建、林分生长模拟、林分结构分析到森林经营决策优化的实现路径。最后,探讨了面临的机遇与挑战:“数字中国”战略引领、生物多样性保护与碳中和目标驱动、森林质量精准提升需求以及人工智能赋能形成多重战略契机;但亟需攻克多源异构数据融合更新、大规模孪生体高效建模、多目标优化决策的可解释性、虚实精准联动交互等关键技术瓶颈。为此,本文提出与多模态大模型、具身智能、生成式人工智能、元宇宙等前沿技术深度融合的演进方向,旨在推动森林经营向精准化、高效化和智能化发展,赋能林草行业高质量发展。 展开更多
关键词 数字孪生 森林精准经营 林分结构分析 森林生长模拟 智能决策 多模态大模型 具身智能 塞罕坝
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