LNG加气船数字孪生运维管理平台是依托新一代信息技术与船舶技术跨界融合，通过LNG加气船在物理空间与信息空间的双向映射与实时交互，实现物理空间、信息空间及服务系统的信息交互与数据融合，在LNG加气船孪生数据的驱动下，实现LNG加气船运营管理全过程在虚实空间迭代优化的一种产业新模式。进而实现对LNG加气船的远程监控、设备管理、故障诊断与预测、运营优化、安全管理、培训与模拟等功能。
1. LNG加气船数字孪生运维管理平台架构
LNG加气船数字孪生运维管理平台主要包括智能船舶、虚拟船舶、服务系统、孪生数据4部分。其中，智能船舶和虚拟船舶分别隶属于物理空间和信息空间，并同属于空间层；孪生数据属于数据层，是感知数据、计算数据、服务数据以及跨空间融合数据的集合；服务系统属于服务层，是LNG加气船数字孪生所能提供的智能服务的集成。
1.1 物理空间
智能船舶是客观存在于物理空间的实体，根据服务系统的服务数据执行特定任务，并将感知获取的“人-船-环境”数据实时映射传输至信息空间。智能船舶在数字孪生系统中具备异构多源实时数据感知接入与融合分析能力，以及“人-船-环境”要素互联与共融的能力。
1.2 信息空间
从基于模型的系统工程角度出发，信息空间内虚拟船舶（即数字孪生体）是贯穿于全生命周期的一系列子模型的集合。针对虚拟船舶而言，模型可分为设备级和系统级，其中设备级模型包括描述要素与行为2个层面的子模型，而系统级模型则包括众多模块化的设备级模型以及运行规则模型。对于设备级模型，要素层面，包括对各种LNG加气船设备进行结构特征描述的几何模型（如船体三维模型）以及对物理属性进行刻画的物理模型（如船体材料模型）；行为层面，包括在给定输入和外部环境扰动作用下，对设备行为响应进行描述的行为模型（如动力机械动力学模型）。对于系统级模型，除具有模块化的设备级模型（如主推进装置、发电柴油机、操舵装置）外，从规则层面，还包括依据LNG加气船任务和建造、航行规律建立的评估、优化、预测、溯源等规则模型。
1.3 孪生数据
孪生数据是指来自物理空间、信息空间、服务系统的数据，以及物理空间与信息空间融合产生的衍生数据的集合，是物理空间、信息空间、服务系统三者运行与交互的基础。物理空间的感知数据包括LNG加气船运营过程中产生的运行数据、工况数据等。信息空间的计算数据包括三维模型数据、流体仿真数据、结构计算数据、设备性能数据等。服务系统数据包括在运营和管理各个阶段产生的控制指令数据，如用户交互数据、生产管理数据、供应链管理数据、交通调度数据等。此外，融合衍生数据是指对物理空间与信息空间的数据采用综合、统计、关联、聚类、演化、回归以及泛化等操作产生的衍生数据。
孪生数据为LNG加气船数字孪生提供了跨空间、跨时间的数据集成与平台共享，消除了LNG加气船生命周期各阶段、各部门之间的信息孤岛。在收集数据基础上，孪生数据还进行深度数据融合，丰富孪生数据信息价值，实现服务系统、物理空间与信息空间的两两数据交互。
1.4 服务系统
服务系统是由数据驱动的各阶段各类型服务的集成，主要负责在孪生数据驱动下，对LNG加气船运维全生命周期过程提供智能化服务的支撑。服务系统面向LNG加气船全生命周期提供优化决策，从而提高整船的效率与效益。
2. LNG加气船数字孪生运维管理平台功能
LNG加气船数字孪生运维管理平台功能主要包含远程监控、设备管理、故障诊断与预测、运营优化、安全管理、仿真模拟培训等。
2.1 LNG加气船远程监控
通过数字孪生模型，实现对LNG加气船的远程实时监控。帮助用户实时掌握LNG加气船的位置、航行状态、设备运行情况等信息。同时可以对LNG加气船的关键参数进行实时监测，如液位、压力、温度等。此外，利用监控模型和各种传感器数据，对船舶的航行环境进行感知和分析，自动规划最优航线，并控制船舶按照预定航线行驶。
2.2 设备管理
对LNG加气船的设备进行全生命周期管理。可实时监测设备的运行状态，提前预测设备的故障。同时管理设备的维修记录和备件库存，确保设备的正常运行。
2.3 故障诊断与预测
通过对数字孪生模型的分析，提前预测潜在的故障。当故障发生时，快速定位故障位置，并提供故障诊断报告和维修建议。同时对故障的发生频率和原因进行分析，为设备的维护和改进提供依据。
2.4 运营优化
通过对LNG加气船的运行数据进行分析，优化LNG加气船的运营策略。分析LNG加气船的能耗情况，制定节能措施，降低运营成本。优化LNG加气船的航线规划、任务调度，提高运输效率。
2.5 安全管理
实时监测LNG加气船的安全状态，如火灾、泄漏等。提供安全预警和应急处理方案，确保LNG加气船的安全运营。对船员的操作行为进行监控和管理，提高安全意识。
2.6 仿真模拟培训
利用数字孪生模型进行船员培训和模拟操作。不仅提高船员的操作技能和应急处理能力。还可以通过模拟不同的运行场景和故障情况，提高船员的应对能力。
3. LNG加气船数字孪生关键技术
LNG加气船数字孪生关键技术依据其系统组成，主要分为四大类，包括智能船舶“人-船-环境”感知与融合技术；虚拟船舶的建模、仿真及验证技术；孪生数据融合与同步技术；服务系统智能化与迭代优化技术。
3.1 智能船舶“人-船-环境”感知与融合技术
主要包括：
①多源异构传感器网络协同感知与优化布局技术；
②多源多模态感知数据的融合与封装技术；
③“人-船-环境”要素实时交互与协作技术；
④多源异构数据通讯与发布技术；
3.2 虚拟船舶的建模、仿真及验证技术
主要包括：
①多物理场、多尺度、多学科的建模技术；
②基于孪生数据驱动的复杂系统的建模与验证技术；
③模块化模型或系统集成的规范化技术；
④大尺度、跨学科复杂动态模型协同仿真技术；
3.3 孪生数据融合与同步技术
主要包括：
①跨空间多模态数据融合与协同感知技术；
②多类型、多尺度、多粒度数据规划与清洗技术；
③虚实空间实时数据同步与双向映射技术；
④LNG加气船大数据存储技术；
3.4 服务系统智能化与迭代优化技术
主要包括：
①基于虚拟现实或增强现实的多方互联交互技术；
②基于网络的LNG加气船运营等生产活动调度管理技术；
③基于人工智能的整船及设备的故障预测与健康管理技术；
④LNG加气船运营等活动的迭代运行与优化决策技术。
LNG加气船数字孪生运维管理平台通过虚实交互和协同，实现了对船舶运营和管理的智能化、高效化和可靠化。该平台为 LNG 加气船的安全、稳定、高效运行提供了有力的保障。
