煤炭堆场数字孪生可视化监测系统基于数字孪生技术构建多维高保真的煤炭堆场实时动态模型，再结合数据分析和数据挖掘技术，收集煤炭堆场的实时仓储信息和设备运行状态等数据，通过数据融合、深度学习、迭代优化等方法对该数据进行自动化分析和处理，实现对煤炭场存的实时监测，使煤炭堆场运行更加透明化、智能化和高效化。
1. 煤炭堆场数字孪生可视化监测系统架构
煤炭堆场数字孪生可视化监测系统架构主要包括4个部分：物理实体层、孪生数据层、孪生模型层以及功能层。借助多尺度、多层次、多信息的仿真过程，将物理煤炭堆场在数字空间实时映射，真实反映煤炭堆场的全生命周期。
1.1 物理层
指的是物理煤炭堆场中所有实际存在的实体对象，如工作人员、煤炭、堆场环境、设备、仓储系统、运输系统等。
1.2 数据层
主要包括煤炭堆场的静态数据和基于工业物联网获取的煤炭仓储和运输过程中的实时动态数据，然后对所获取的数据进行预处理，并将数据通过交互机制发送到接下来的模型层。
1.3 模型层
指的是在虚拟空间中构建的数字孪生煤炭堆场模型，主要包括人物模型、煤炭模型、环境渲染、设备模型、堆场布局、设备运行优化等。
1.4 功能层
指的是基于实时动态数据驱动数字孪生煤炭堆场模型稳定运行，真实反映煤炭堆场的实际情况，进而实现煤炭堆场的仓储状态真实反映、仓储数据实时获取和设备运行状态仿真模拟、监测等功能，为煤炭堆场的工作人员管理和决策提供参考依据。
2. 煤炭堆场数字孪生可视化监测系统核心功能
煤炭堆场数字孪生可视化监测系统利用数字孪生技术建立煤炭堆场的虚拟模型和仿真模拟环境，实现连接物理煤炭堆场和虚拟世界的数据信息互通。利用孪生数据的融合和分析功能将物理世界和虚拟世界进行互联，并实现两者之间的双向映射和迭代交互优化，从而为煤炭堆场的监测和管控提供辅助决策支持。
煤炭堆场数字孪生可视化监测系统的核心功能主要涵盖行为可视化、运行监测以及故障诊断3个方面。
2.1 行为可视化
煤炭堆场存在多种复杂的不确定性突发情况，数字孪生煤炭堆场模型的可视化功能能够展示所构建模型的结构和参数等，为煤炭堆场的可视化管理和监测提供支持。解决了传统煤炭堆场管理存在的“黑箱”现象。
首先将煤炭堆场和数据获取与监测控制系统相结合，然后构建煤炭堆场的三维模型远程可视化实时监测系统，最后建立煤炭堆场数字孪生系统。数字孪生技术能够利用仿真模拟软件构建目标煤炭堆场的虚拟模型，通过OPC协议获取设备的运行数据，并将其发送到数字孪生煤炭堆场模型中，实现虚实融合映射。
2.2 运行监测
视频监控是实现运行监测的有效方式，可提高运行监测的准确性，推动煤炭堆场监控从信息化向智能化方向发展。面对当前煤炭堆场监控存在视频数据分离、系统承载力不足、可视化效果较差等缺点，利用数字孪生技术构建智能化监控系统，对煤炭堆场仓储和运输等场景进行实时监测与虚拟映射。通过可视化软件，能够掌握煤炭堆场设备的实时运行信息和准确数据，对设备故障、设备超负荷等事故提前预警。基于数字孪生技术、数据融合算法、深度学习模型和迭代交互优化对煤炭堆场进行远程可视化实时监控，进而提高智能监控系统的监测准确度。
2.3 故障诊断
利用构建完成的煤炭堆场数字孪生模型，通过设备运行数据的本质属性，掌握堆场中各个硬件故障情况。基于数字孪生技术的煤炭堆场设备故障诊断技术可分为物理模块、虚拟模块、孪生数据和服务单元，利用OPCUA服务器进行数据集成和融合，诊断煤炭堆场中各种设备的故障情况并判断其健康状态。煤炭堆场数字孪生模型构建完成后，物理煤炭堆场和虚拟模型之间通过孪生数据实时交互，实现同步映射，为设备故障监测和预测提供支持。
煤炭堆场数字孪生可视化监测系统的煤炭堆场设备故障诊断功能主要包括煤炭堆场设备搭建、数据获取和处理、模型构建、模型融合、数据融合以及故障监测、诊断和预测多个环节。利用数字孪生技术设计并搭建煤炭堆场运维分析系统，基于物理煤炭堆场模型和虚拟模型之间的双向实时交互，通过网络管理协议和建模方法对平台网络层的传送状态进行实时监测和故障预警，并对设备的健康情况进行预测，体现了利用数字孪生数据的本质属性，可以有效监测并预测煤炭堆场的运行趋势和未来有可能发生的故障。
煤炭堆场数字孪生可视化监测系统通过物理世界和虚拟世界的双向映射和迭代交互优化，可实现行为可视化、 运行监测以及故障诊断等功能，进而为煤炭堆场的监测和管控提供辅助决策支持。
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