数字孪生技术作为多种优势技术集成突破的代表，逐渐成为产业各界关注的热点。《“十四五”国家信息化规划》《“十四五”数字经济发展规划》等规划文件均提出要强化数字孪生技术战略研究布局和技术融通创新。

近日，为促进数字孪生技术能力创新、应用推广、产业培育，深入总结优秀成果与典型实践经验，助力企业、城市数字化转型，带动经济社会高质量发展，中国信息通信研究院（简称“中国信通院”）联合中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会发布了《数字孪生城市技术应用典型实践案例汇编（2022年）》。这是中国信通院联合数字孪生生态圈合作伙伴连续第3年发布《数字孪生城市技术应用典型实践案例汇编》。

《案例汇编》通过对国内外已实施的数字孪生城市实践案例分析，结合政策要求、行业热点、市场规模等态势，根据项目覆盖范围和行业应用，将遴选出的案例划分为园区（新区）综合治理、一网统管、能源电力、水利水务、智能制造、交通物流等领域，并择优选择16个典型案例，以期为国家及地方政府推动数字孪生应用建设提供有力借鉴。北京博能科技股份有限公司（简称“博能股份”）凭借“岷江犍为航电枢纽工程船闸安全监控与运行调度管理系统”案例入选《案例汇编》。该项目基于博能股份自主研发的数字孪生操作系统BLinkOS进行开发，该操作系统提供从数据、平台，到专业数字化管理系统，再到基于大数据、云计算和云存储架构的完整的行业数字孪生应用解决方案。该产品支持快速搭建面向不同业务需求的数字化应用，以数字底座、服务中台、物联平台、赋能平台的多重方式为用户的数字化和智能化转型赋能。

岷江犍为航电枢纽工程船闸安全监控与运行调度管理系统

岷江犍为航电枢纽工程船闸安全监控与运行调度管理系统将船闸的运行调度与可视化相结合，通过与港航中心信息系统与船舶进行信息传递，获得申报信息和船舶位置信息，通过数字孪生技术，建设三维可视化模型，实现对船闸运行调度的实时监控以及可视化呈现，更直观的查看船舶调度过程中发生的报警及问题。通过安全监测和图像分析自动检查船舶在过闸过程中的违规操作。根据过闸船舶、船闸运行和通航调度的特点，在确保通航安全的前提下，优化船舶调度排序，实现系统的安全性、灵活性。

应用场景

基于数字孪生的航电枢纽工程全景展示

系统通过 BIM、GIS、倾斜摄影、遥感数据等技术，实现对航电枢纽工程高精度数字化全景仿真，实现整个枢纽工程内容的建筑、草木、河流、船舶、设备设施等全场景要素的数字化建模，结合当地实时天气数据，可实现根据真实天气情况进行数字化展示。岷江犍为航电枢纽工程将岷江公司犍为分公司厂房区域、大坝区域、船闸区域、办公楼全面覆盖，对人字形闸门、弧形输水闸门、液压启闭机、浮式系船柱、交通信号灯、地面标识等静态场景实现 1:1 真实还原，实时在数字孪生平台展示实体工程的运行状态，通过数字孪生平台监测实体设备的健康度，减少设备宕机、停止运转的几率。

航电枢纽工程数据底板建设

地图数据：对犍为电站的工程图纸进行转换获得基础矢量地图数据，包括航道、闸室、闸门、船位；对系统重点设备位置设计图纸进行转换获得设备矢量地图数据，包括监控摄像机、浮式系船柱设备、无线 Wi-Fi 设备等。

感知数据：感知数据包括船舶北斗定位数据、船舶现地定位数据、视频分析预警结果数据、闸门控制数据、过闸流速监控、浮式系船柱位置数据等。

业务数据：业务数据包括船舶基本信息、船舶过闸信息（包括时间、方向、货物种类、货物重量、过闸安全信息；网上过闸申报船舶的信息；记录船舶违章信息；船闸停运信息，包括时间、原因；犍为电站运行和船舶安全监控指标等。

视频数据：对船舶异常行为场景视频流片段进行统一存储，为后续船舶监控问题发现和追踪提供基础。

空间数据库管理：按照犍为电站空间数据标准对基础设施和设备矢量地图数据进行清洗转换；按照空间数据分类标准，例如环境、电站设施、电站设备等主题，对空间数据库数据进行分类处理；按照空间数据分层标准，对设施、设备等相近类型进行图层合并；地图按照年时间范围进行版本管理。将空间地图进行历史归档，形成历史地图集。

船舶定位航运全展示

项目通过北斗为主定位，UWB 为辅助定位，获取船舶北斗位置信息，以及UWB 实时现地定位，双管齐下实现船舶的准确定位，水平与垂直定位精度控制在 0.2 米内。定位引擎软件对基站发送的信标基本信息进行计算获得信标的三维坐标，三维坐标 UWB 定位数据和高度测量数据综合计算获得，高度数据确定参考平面，UWB数据计算得到信标在参考面的位置，最终共同确定三维位置。定位引擎软件计算得到的信标位置数据发送至地理信息平台，地理信息平台整合信标位置数据、船舶信息数据和船闸地图，获得船舶在船闸的具体位置。通过获取到的船舶坐标、船舶的基本信息在场景中还原船舶的大小，船舶的位置，以及船舶的运行轨迹，实现船舶行驶的精确展现。

闸室利用算法优化

系统可根据船舶基本信息和过闸申请自动安排闸室内船舶停靠位置，根据船舶大小、船舶安全间距、闸室空间大小，以利用率和安全系数为目标采用“矩阵排样”进行算法优化，实现单次船舶过闸最优排序，具体方式如下：

（1）排序管理分预排序和运行排序两个过程。预排序是运行调度系统收到船舶过闸预申报后自动对船舶排序以便提前确定上下行顺序。运行排序是在对实际过闸船舶进行排序。

（2）具备自动排序功能，自动排序包括最优利用船闸空间利用和船舶优先等级两种位置排序。最优船闸空间利用是一个优化排序问题，也是计算理论上非常困难的课题，为了简化计算量，先对船舶尺寸分类以减少种类，将船舶排序按一维优化排样中的少种类少数量问题处理，建立相关的数学模型。

（3）具备逻辑排序功能，逻辑排序由运行人员按船舶种类、船号、滞留时间等条件设定优先过闸条件。

（4）整个排序过程由逻辑排序和自动排序组成，系统首先进行逻辑排序，对逻辑排序后剩余的闸室空间，系统按设定进行自动排序。

通过“矩阵排样”算法将闸室的利用率提高了 10%，减少了闸室的开关次数，降低了运营成本，实现了安全、高效的船舶调度过程，有效的解决了船闸有限通过能力与船舶过闸需求的之间日益突出的矛盾。

基于数字孪生的全流程智慧化运行调度

项目根据船舶过闸流程控制，系统将通过港航中信息系统对船舶发送船闸信息和进出闸令，实现过闸船舶在本工程区域的调度，根据船舶排序结果发出进出闸令，可在人工干预的情况下实现调度，系统可随时切换至手动运行状态。通过数据处理装置 PLC 的 I/O 点实现与启闭机控制系统的连接，实时接收人字门、输水门、启闭机、浮式系船柱、交通信号灯数据，在三维场景中真实的还原人字门开闭、输水门水流方向、浮式系船柱的起落、交通信号灯指示，水位的变化，全方位、多角度的展示船闸调度流程。

通过船舶船闸报警功能可以发现未申报船舶强行闯入闸室，避免造成次序混乱，给船舶和船闸设备安全造成危害，通过分析判断和接受安全检测、视频分析获得异常情况的信息，系统根据具体的异常情况与相关系统联动，实现安全防控管理。对船舶闯闸、浮式系船柱的卡阻、船舶冲撞、船舶倾斜、船舶超速在场景中即时报警以便现场人员快速发现问题避免安全事故的发生。 

案例总结

本项目将数字孪生技术、智能物联感知、三维仿真技术、大数据可视化技术、5G 传输等技术相结合，其数字孪生场景的还原度达到 90%以上，实时支持上千个物联感知设备接入，实时掌握船舶、闸门、泵房等设施设备的运行状态。将船闸的运行调度与可视化相结合，通过与港航中心信息系统与船舶进行信息传递，获得申报信息和船舶位置信息，通过 BIM+GIS 的融合，建设三维可视化模型实现对船闸运行调度的实时监控以及可视化呈现，更直观查看船舶调度过程中发生的报警及问题。通过安全监测和图像分析自动检查船舶在过闸过程中的违规操作。根据过闸船舶、船闸运行和通航调度的特点，在确保通航安全的前提下，优化船舶调度排序，实现系统的安全性、灵活性。以 BIM+实景数据为基础，实现开放闸过程的三维虚拟、实时仿真和船舶进闸可视化引导；研发船闸辅助自动控制指挥系统，与船闸水上 ETC 调度、收费信息服务及视频等系统协同联动，通过多种技术集成、多源数据连通、多运行模式适配，满足各环节“感知、评估、决策、控制”闭环自洽需求，形成智慧船闸数字基石与智能中枢。