(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210600906.1 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 浙江工业大 学 地址 310014 浙江省杭州市拱 墅区潮王路 18号 (72)发明人 禹鑫燚　董科宋　欧林林　周利波　 魏岩　冯远静　 (74)专利代理 机构 杭州天正专利事务所有限公 司 33201 专利代理师 孙家丰 (51)Int.Cl. G06V 20/52(2022.01) G06V 20/40(2022.01) G06F 16/71(2019.01) G06F 16/74(2019.01)G06F 16/783(2019.01) G06Q 50/06(2012.01) (54)发明名称 一种基于数字孪生的水库监管系统 (57)摘要 一种基于数字孪生的水库监管系统， 包括底 层服务模块、 和云端服务模块两部分； 所述底层 服务模块包括： 数据采集子模块和设备管理子模 块。 所述云端服务模块包括： 可视化子模块、 数据 存储子模块、 数据分析子模块、 地形演变推演子 模块、 设备节能分析子模块以及通信交互子模 块。 工作人员通过远程客户端访问云端服务模块 实现远程监测管理。 本发明不仅实现了对水库运 行的可视化监管， 同时也对数据价值深度挖掘， 实现了风险水位告警功能、 地形演变推演功能、 设备节能分析功能， 提高系统智 能化水平。 也能 接收远程客户端的交互请求， 向底层服务模块发 送控制指令， 实现对底层设备的远程控制， 更好 发挥数字 孪生优势。 权利要求书3页 说明书5页 附图1页 CN 114998833 A 2022.09.02 CN 114998833 A 1.一种基于数字孪生的水库监管系统， 其特征在于： 包括底层服务模块和云端服务模 块； 其中， 底层服务模块向云端服务模块 发送当前水库运行数据、 水库设备运行状态信息以 及水库各区域视频监控数据， 以供云端服务模块进行数据存储和数据分析； 云端服务模块 向底层服务模块 发送对水库设备的控制指 令信息， 包括控制水库设备开关以及调节设备运 行功率的指令信息； 所述底层服 务模块包括： 数据采集子模块和设备 管理子模块； 所述设备管理子模块， 对监测传感器、 监控摄像头、 网络设备以及水库基础照明设备进 行管理， 控制上述设备开关， 监测上述设备运行状态； 设备管理子模块 获取水库设备运行状 态后， 与云端服务模块的通信交互子模块进行信息交互， 向云端服务模块发送当前水库设 备运行状态信息； 同时接受云端服务模块发送的对水库设备 的控制指令信息， 实现对水库 设备开关及设备运行功率的控制； 所述数据采集子模块通过网络设备与监测传感器、 监控摄像头建立物理连接； 通过监 测传感器获取当前水库运行数据， 包括水位、 水温、 降雨量； 通过监控摄像头获取水库各区 域视频监控数据； 数据采集子模块向云端服务模块发送水库运行数据以及水库各区域视频 监控数据， 通过云端服 务模块的通信交 互子模块存 入数据存 储子模块内； 所述云端服务模块包括： 可视化子模块、 数据存储子模块、 数据分析子模块、 地形演变 推演子模块、 设备节能分析子模块以及通信交 互子模块； 云端服务模块以通信交互子模块为节点， 建立起云端服务模块内各子模块间的信 息交 互； 数据存储子模块通过通信交互子模块读取底层服务模块发送的水库运行数据、 水库设 备运行状态信息以及水库各区域视频监控数据， 读取云端服务模块中其余子模块 发送的三 维模型存储路径信息、 三 维图表数据以及风险告警信息， 进 行存储； 同时在上述数据信息受 到系统调用时发送给通信交互子模块， 供云端服务模块中其余子模块读取； 可视化子模块 通过通信交互子模块读取三维模型存储路径信息、 三维 图表数据以及风险告警信息； 数据 分析子模块通过通信交互子模块读取水库运行数据， 向通信交互子模块 发送三维图表数据 以及风险告警信息； 地形演 变推演子模块通过通信交互子模块读取水库各区域视频监控数 据， 向通信交互子模块发送三维模型存储路径信息； 设备节 能分析子模块通过通信交互子 模块读取水库各区域视频监控数据以及水库设备运行状态信息， 向通信交互子模块 发送水 库设备控制指令信息； 工作人员通过远程客户端访问云端服务模块实现远程监测管理； 所述远程客户端向云 端服务模块发送通信请求， 通过身份验证后建立双向通信； 所述云端服务模块可与多个远 程客户端建立连接， 支持同时响应不同远程客户端的交互请求， 接受远程客户端的设备控 制请求后， 通过通信交互子模块向底层服务模块下发控制指令， 再 由设备管理子模块实现 对底层设备的远程控制； 其中， 可视化子模块读取数据存储子模块中存放的三维模型存储路径信息， 获得三维 场景模型， 进 行三维场景可视化展示； 读取数据分析子模块 发送的图表信息， 进 行数据可视 化展示； 所述数据存储子模块， 将三维场景模型存储路径信息、 用户数据以及底层服务模块发 送的水库运行 数据存放在设计好的数据表中， 支持系统调用； 所述数据分析子模块， 读取数据存储子模块中的水库 运行数据， 基于ECharts数据可视权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114998833 A 2化图表库将文字数据构建成可视化图表， 发送给可视化子模块进行显示； 对水位信息进行 分析， 若当前水位超过水库安全 水位， 将风险告警信息发送给可视化模块进行显示， 辅助工 作人员进行风险处 理； 所述地形演变推演子模块， 可分为地形快速构建单元、 地形演变分析单元以及地形演 变预测单元； 地形快速构建单元， 调用监控摄像头获取水库地形全貌照片， 对照片进行裁 剪、 滤波、 排序， 构建训练数据集， 送入预设好的深度学习算法进 行模型训练， 构建水库三 维 场景模型； 地形演变分析单元根据基于TIN的地形特征提取算法对新构建水库三维场景模 型以及初始水库三 维场景模 型进行分析得到不同时期水库地形的坡度、 坡向、 表面积、 剖面 积、 地面凹凸性， 并计算得出上述数据的变化率， 通过数据分析子模块构建可视化图表， 传 输给可视化模块进行显示， 同时地形演变预测单元根据上述数据， 对一年后的地形进行预 测推演， 构建水库地形预测 三维模型， 将水库地形预测三维模型存储路径信息写入数据存 储子模块； 可视化子模块从数据存储子模块读取水库地形预测三维模型存储路径信息， 对 水库地形 预测三维模型进行显示， 为工作人员进行 水库地形修缮提供参 考依据； 所述设备节能分析子模块， 调用监控摄像头获取水库各区域视频监控数据， 对数据逐 份处理： 1)首先利用积分通道算法对数据第一帧进行 行人目标检测； 2)利用KCF算法进行目标跟踪， 逐帧检测； 3)行人计数， 获得 各区域人流 量信息； 筛选出一小时内无人经过的区域位置， 发送给可视化子模块进行显示； 通过通信交互 子模块向远程客户端发送调低人流较少区域的水库基本照明设备功 率的消息通知， 工作人 员通过远程 客户端向指定区域水库基本照明设备发送控制指令调低功率； 所述通信交互子模块， 以C/S架构建立RPC服务端和客户端， 系 统将服务端部署在云服 务器上， 客户端则部署在远程设备上； 在服务端正常运行的过程中， 创建多个协 程来同时接 入多个远程客户端， 每个协 程独立处理客户端的连接与请求； 接收远程客户端的交互请求， 同时与底层服 务端建立双向通信连接， 实现系统的主 要数据传输 。 2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水库监管系统， 其特征在于： 所述地形演 变推演子模块， 包括地形快速构建单元、 地形演变分析单元以及地形演 变预测单元； 地形快 速构建单元， 调用监控摄像头获取水库地形全貌照 片， 对照片进行裁剪、 滤波、 排序， 构建训 练数据集， 送入预设好的深度学习算法进 行模型训练， 构建水库三 维场景模型， 并将水库三 维场景模型输出到地形演变分析 单元； 地形演变分析单元根据基于TIN的地形特征提取算法对新构建水库三维场景模型以及 初始水库三维场景模型进行分析得到不同时期水库地形的坡度、 坡向、 表面积、 剖面积、 地 面凹凸性， 并计算得出上述数据的变化率， 传输给地形演 变预测单元和数据分析子模块， 通 过数据分析子模块构建可视化图表， 传输给 可视化模块进行显示； 地形演变预测单元根据上述数据， 对一年后的地形进行预测推演， 构建水库地形预测 三维模型， 将水库地形预测 三维模型存储路径信息写入数据存储子模块； 可视化子模块从 数据存储子模块读取水库地形预测三 维模型存储路径信息， 对水库地形预测三维模型进 行 显示， 为工作人员进行 水库地形修缮提供参 考依据。 3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水库监管系统， 其特征在于： 所述设备节权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114998833 A 3