本技術(shù)涉及數(shù)據(jù)處理，尤其涉及一種基于數(shù)字孿生的灌區(qū)水資源調(diào)度方法、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前全球水資源日益緊張的背景下，灌區(qū)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其水資源的高效調(diào)度與管理顯得尤為重要。然而，傳統(tǒng)的灌區(qū)水資源調(diào)度方法往往依賴于人工經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的水資源供需狀況及環(huán)境因素的影響。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為灌區(qū)水資源調(diào)度提供了新的技術(shù)手段和解決方案。

2、近年來(lái)，灌區(qū)信息化建設(shè)取得了顯著進(jìn)展，各類傳感器、監(jiān)控設(shè)備等被廣泛應(yīng)用于灌區(qū)的水位、流量、水質(zhì)等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中，為水資源調(diào)度提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。然而，這些數(shù)據(jù)往往是多源異構(gòu)的，如何有效地整合和利用這些數(shù)據(jù)，成為灌區(qū)水資源調(diào)度面臨的一大挑戰(zhàn)。

3、數(shù)字孿生技術(shù)作為一種新興的數(shù)字化技術(shù)，通過(guò)創(chuàng)建物理世界的虛擬鏡像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)體對(duì)象的全面感知、精準(zhǔn)映射和智能決策。在灌區(qū)水資源調(diào)度中，數(shù)字孿生技術(shù)能夠整合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的全面數(shù)字化建模，形成虛擬對(duì)象在信息維度上對(duì)實(shí)體對(duì)象的精準(zhǔn)表達(dá)和映射。這不僅提高了數(shù)據(jù)收集的全面性和準(zhǔn)確性，還為水資源調(diào)度提供了更為精確和可靠的決策支持。

4、然而，現(xiàn)有的數(shù)字孿生技術(shù)在灌區(qū)水資源調(diào)度中的應(yīng)用仍存在一些不足。例如，數(shù)據(jù)收集不全面或不準(zhǔn)確，導(dǎo)致決策支持不足；模型建立不夠精確，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)水資源的供需情況；缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警機(jī)制，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題；運(yùn)行調(diào)度不夠靈活，無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜的水資源變化情況；監(jiān)督管理不到位，無(wú)法保證水資源的合理利用。這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了數(shù)字孿生技術(shù)在灌區(qū)水資源調(diào)度中的廣泛應(yīng)用和效果發(fā)揮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例提供了一種基于數(shù)字孿生的灌區(qū)水資源調(diào)度方法、設(shè)備及介質(zhì)，用以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

2、一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種基于數(shù)字孿生的灌區(qū)水資源調(diào)度方法，包括：

3、獲取待調(diào)度灌區(qū)的灌區(qū)數(shù)據(jù)，并對(duì)所述灌區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以得到目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)；其中，所述目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)包括水資源數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)；

4、基于所述目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)中的環(huán)境數(shù)據(jù)，建立所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生模型，并對(duì)所述數(shù)字孿生模型進(jìn)行優(yōu)化；其中，所述數(shù)字孿生模型包括物理模型和數(shù)據(jù)模型；

5、將所述目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)中的水資源數(shù)據(jù)輸入至優(yōu)化后的所述數(shù)字孿生模型中，并輸出所述待調(diào)度灌區(qū)在下一時(shí)段的水資源預(yù)測(cè)信息；

6、基于預(yù)設(shè)的智能調(diào)度算法，確定所述水資源預(yù)測(cè)信息對(duì)應(yīng)的水資源調(diào)度指令，并根據(jù)所述水資源調(diào)度指令，對(duì)所述待調(diào)度灌區(qū)進(jìn)行水資源調(diào)度。

7、在本技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式中，將所述目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)中的水資源數(shù)據(jù)輸入至優(yōu)化后的所述數(shù)字孿生模型中，并輸出所述待調(diào)度灌區(qū)在下一時(shí)段的水資源預(yù)測(cè)信息，具體包括：

8、基于數(shù)據(jù)接口，建立傳感器數(shù)據(jù)與所述數(shù)字孿生模型之間的連接，以將所述待調(diào)度灌區(qū)的傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步至所述數(shù)字孿生模型；

9、通過(guò)所述數(shù)字孿生模型，對(duì)所述待調(diào)度灌區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并確定所述待調(diào)度灌區(qū)在下一時(shí)段對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)水位、預(yù)測(cè)水質(zhì)和預(yù)測(cè)流量；

10、將所述預(yù)測(cè)水位、所述預(yù)測(cè)水質(zhì)和所述預(yù)測(cè)流量與對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，以確定所述傳感器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的預(yù)警等級(jí)。

11、在本技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式中，基于預(yù)設(shè)的智能調(diào)度算法，確定所述水資源預(yù)測(cè)信息對(duì)應(yīng)的水資源調(diào)度指令，并根據(jù)所述水資源調(diào)度指令，對(duì)所述待調(diào)度灌區(qū)進(jìn)行水資源調(diào)度，具體包括：

12、根據(jù)水資源預(yù)測(cè)信息對(duì)應(yīng)的預(yù)警等級(jí)，以及所述待調(diào)度灌區(qū)在下一時(shí)段的預(yù)測(cè)水位、預(yù)測(cè)水質(zhì)和預(yù)測(cè)流量，確定所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的實(shí)際調(diào)度需求；

13、根據(jù)所述實(shí)際調(diào)度需求、所述待調(diào)度灌區(qū)中的農(nóng)作物種類及每種農(nóng)作物的種植面積，并基于預(yù)設(shè)的智能調(diào)度算法，確定所述水資源預(yù)測(cè)信息對(duì)應(yīng)的水資源調(diào)度指令；

14、根據(jù)所述水資源調(diào)度指令，依次將指定開閘數(shù)量個(gè)閘門開啟至目標(biāo)開閘高度，并將所述閘門保持開啟目標(biāo)開閘時(shí)長(zhǎng)，以完成灌區(qū)水資源調(diào)度。

15、在本技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式中，獲取待調(diào)度灌區(qū)的灌區(qū)數(shù)據(jù)，具體包括：

16、基于待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的天氣預(yù)報(bào)，確定所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的雨情，并基于所述待調(diào)度灌區(qū)中預(yù)設(shè)的水位傳感器、水質(zhì)傳感器和流量傳感器對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)，確定所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的水情；

17、通過(guò)所述待調(diào)度灌區(qū)中預(yù)設(shè)的攝像頭，采集所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的灌區(qū)圖像，并將所述灌區(qū)圖像與預(yù)設(shè)的灌區(qū)圖像庫(kù)中的歷史圖像進(jìn)行比較；其中，所述灌區(qū)圖像庫(kù)中包括每個(gè)歷史圖像對(duì)應(yīng)的土地干燥程度；

18、根據(jù)比較結(jié)果，確定所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的土地干燥程度，并將所述比較結(jié)果和所述傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，確定所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的土壤墑情；

19、對(duì)所述灌區(qū)圖像進(jìn)行分析，以確定對(duì)應(yīng)的灌區(qū)地形、灌區(qū)地貌和水利設(shè)施，并確定所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的農(nóng)作物種類以及每種農(nóng)作物對(duì)應(yīng)的種植面積。

20、在本技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式中，對(duì)所述灌區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以得到目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)，具體包括：

21、對(duì)所述灌區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，以去除所述灌區(qū)數(shù)據(jù)中的高頻噪聲，識(shí)別并刪除所述灌區(qū)數(shù)據(jù)中的異常值和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；

22、對(duì)過(guò)濾且刪除異常值和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)后的灌區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，并對(duì)平滑處理后的灌區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，以獲得所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)。

23、在本技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式中，對(duì)平滑處理后的灌區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，以獲得所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)，具體包括：

24、確定每個(gè)灌區(qū)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的采集時(shí)刻，并按照由前到后的時(shí)間順序，將不同時(shí)間點(diǎn)平滑處理后的灌區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；

25、確定每個(gè)灌區(qū)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的空間位置，以根據(jù)所述對(duì)應(yīng)的空間位置，并通過(guò)插值方式，將多個(gè)灌區(qū)數(shù)據(jù)融合至相同空間；

26、確定每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的采集時(shí)刻，并將不同傳感器在相同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，以獲得多源數(shù)據(jù)在相同空間中具有時(shí)序的數(shù)據(jù)集。

27、在本技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式中，基于所述目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)中的環(huán)境數(shù)據(jù)，建立所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生模型，具體包括：

28、根據(jù)所述目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)中的灌區(qū)地形、灌區(qū)地貌和水利設(shè)施，構(gòu)建所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的物理模型；其中，所述物理模型用于描述所述待調(diào)度灌區(qū)的水資源流動(dòng)過(guò)程和水資源存儲(chǔ)過(guò)程；

29、建立所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，并通過(guò)所述數(shù)據(jù)模型，對(duì)所述目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)中的水資源數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；

30、將所述物理模型和所述數(shù)據(jù)模型進(jìn)行集成，以構(gòu)建所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生模型；其中，所述水資源數(shù)據(jù)包括雨情、水情、傳感器數(shù)據(jù)以及水資源對(duì)應(yīng)的地理信息。

31、在本技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式中，對(duì)所述數(shù)字孿生模型進(jìn)行優(yōu)化，具體包括：

32、通過(guò)所述待調(diào)度灌區(qū)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，獲取所述待調(diào)度灌區(qū)的歷史傳感器數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述歷史傳感器數(shù)據(jù)，確定所述待調(diào)度灌區(qū)在下一時(shí)段對(duì)應(yīng)的水位、水質(zhì)和流量；

33、將所述歷史傳感器數(shù)據(jù)輸入至所述數(shù)字孿生模型中進(jìn)行訓(xùn)練，并輸出所述歷史傳感器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)水位、預(yù)測(cè)水質(zhì)和預(yù)測(cè)流量；

34、若所述歷史傳感器數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)水位、預(yù)測(cè)水質(zhì)和預(yù)測(cè)流量與所述待調(diào)度灌區(qū)在下一時(shí)段對(duì)應(yīng)的水位、水質(zhì)和流量不相符，則根據(jù)所述待調(diào)度灌區(qū)在下一時(shí)段對(duì)應(yīng)的水位、水質(zhì)和流量，對(duì)所述數(shù)字孿生模型中的模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；

35、直至優(yōu)化后的數(shù)字孿生模型輸出的預(yù)測(cè)水位、預(yù)測(cè)水質(zhì)和預(yù)測(cè)流量與所述待調(diào)度灌區(qū)在下一時(shí)段對(duì)應(yīng)的水位、水質(zhì)和流量相匹配，完成對(duì)所述數(shù)字孿生模型的訓(xùn)練。

36、另一方面，本技術(shù)實(shí)施例還提供了一種基于數(shù)字孿生的灌區(qū)水資源調(diào)度設(shè)備，所述設(shè)備包括：

37、至少一個(gè)處理器；

38、以及，與所述至少一個(gè)處理器通信連接的存儲(chǔ)器；

39、其中，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行，以使所述至少一個(gè)處理器能夠執(zhí)行如上述的一種基于數(shù)字孿生的灌區(qū)水資源調(diào)度方法。

40、另一方面，本技術(shù)實(shí)施例還提供了一種非易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)如上述的一種基于數(shù)字孿生的灌區(qū)水資源調(diào)度方法。

41、本技術(shù)實(shí)施例提供了一種基于數(shù)字孿生的灌區(qū)水資源調(diào)度方法、設(shè)備及介質(zhì)，至少包括以下有益效果：

42、通過(guò)對(duì)獲取的灌區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，能夠剔除異常值和冗余數(shù)據(jù)，確保目標(biāo)灌區(qū)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，有助于更精確地理解灌區(qū)的實(shí)際狀況；數(shù)字孿生模型的建立使得灌區(qū)能夠以虛擬形式被復(fù)制和模擬，通過(guò)不斷優(yōu)化模型，可以充分考慮灌區(qū)實(shí)際的環(huán)境因素，如地形、氣候、土壤等，更加真實(shí)地反映灌區(qū)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境變化，提高模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性；利用先進(jìn)的模擬技術(shù)，能夠提前預(yù)測(cè)水資源的變化趨勢(shì)，為水資源的合理分配和調(diào)度提供了科學(xué)依據(jù)，有助于避免水資源短缺或過(guò)剩的情況，提高了水資源管理的效率和效果；通過(guò)智能調(diào)度算法的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了水資源調(diào)度的自動(dòng)化和智能化，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)結(jié)果快速響應(yīng)，提高調(diào)度效率和靈活性，更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的水資源供需狀況，優(yōu)化水資源的配置，不僅提高了灌溉效率，還節(jié)約了水資源，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。