内河航道数字孪生技术研究进展、关键技术与前景
梁才1,2,3,李文勇1,4,王长海5,申威2,周晓琴3,6,罗任童2,3(1.石家庄铁道大学交通运输学院;2.广西交通设计集团有限公司;3.广西基础设施三维数字孪生工程研究中心;4.桂林电子科技大学建筑与交通工程学院;5.华中科技大学电子信息与通信学院;6.广西交通职业技术学院智能建造与低空技术学院)
摘要:为厘清航道数字孪生的概念内涵、关键技术及发展趋势,推进内河航道向全生命周期精细化与智能化管理转型升级,采用文献计量与文本挖掘相结合的研究方法,系统梳理了2000~2025年间相关的中英文文献,总结并分析了航道领域数字孪生的研究现状及关键特征,辨析与对比航道数字孪生的定义及相关概念;针对内河航道工程的特征,建立以数字孪生技术作为核心驱动的内河航道全生命周期管理范式,打通了从航道设计、建造到运维、管理、服务全过程数据;进一步提出基于工程分解结构(EBS)的跨阶段数据映射机制与面向全生命周期的内河航道数字孪生系统架构,涵盖数据底座、基础支撑平台、算法模型平台、应用服务平台等核心要素,并介绍了平陆运河工程应用案例;探讨了航道数字孪生应用现状、挑战、未来发展前景。研究结果表明:当前航道数字孪生面临全面精准感知体系并未形成、多源数据融合与治理难、模型仿真与交互能力不足、应用成效与智能化水平不足等诸多挑战,未来将朝着空-天-地-水一体化智能感知、全生命周期管控、实时计算与仿真推演、AI自主决策与智能控制、多行业融合等方向发展,通过数字孪生系统建设和技术应用驱动航道实现全流程建设管控、全方位智能运维业务变革,支撑航道管理实现更智能、高效的转型升级。
关键词:内河航道;数字孪生;综述;智慧航道;数据底座;发展趋势
目录介绍
0 引言
1 文献综述
1.1 文献统计分析
1.1.1 文献来源与筛选方法
1.1.2 文献分布分析
1.1.3 文本挖掘分析
1.2 数字孪生的关键特征及定义
1.2.1 数字孪生的概念及特征
1.2.2 航道数字孪生的定义及总体框架
1.3 相关概念的辨析与对比
1.3.1 数字孪生航道与传统相关航道的对比
1.3.2 航道数字模型、数字阴影与数字孪生的对比
1.3.3 联邦数字孪生
2 研究特征及进展
2.1 内河航道工程的差异化特征
2.2 技术研究热点及进展
2.3 全生命周期数字孪生航道
3 航道数字孪生系统架构与关键技术
3.1 面向全生命周期的航道数字孪生系统架构
3.2 数据底座
3.3 基础支撑平台
3.3.1 三维图形引擎
3.3.2 物联网平台
3.3.3 大数据平台
3.4 算法模型平台
4 内河航道数字孪生应用现状
4.1 典型应用现状
4.2 技术应用生态
4.3 平陆运河应用案例
4.3.1 项目概述
4.3.2 建设应用内容
4.3.3 关键技术特点
4.3.4 运营期建设规划
5 挑战与问题
5.1 感知层:全面精准感知体系未形成
5.2 数据层:多源数据融合与治理难
5.3 平台层:模型仿真与交互能力不足
5.4 应用层:应用成效与智能化水平不足
6 未来发展趋势
6.1 从单点监测到空-天-地-水的一体化智能感知
6.2 从数据孤岛到全生命周期数据贯通
6.3 从静态数据展示到实时动态推演
6.4 从调度依赖人工到船闸与通航智能控制
6.5 从航道独立运行到多行业协同的智慧水运生态
7 结语
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