本发明涉及数字孪生水厂评价，具体涉及一种数字孪生水厂成熟度评价方法及系统。
背景技术：
1、随着信息技术的飞速发展，数字孪生技术作为一种集成了物理实体、虚拟模型和数据交互的先进技术，已经在多个领域展现出其巨大的潜力和价值。特别是在市政水务领域，数字孪生技术的应用已经日趋成熟，数字孪生水厂的建设和运营成为当前提升水厂管理效率、优化资源利用的重要手段。
2、目前，数字孪生水厂的建设主要集中在数据采集、仿真模拟、实时监控和生产监测等方面。通过这些技术手段，水厂能够实现运行状态的实时监测、异常情况的快速响应以及生产过程的精确控制，极大地提高了水厂的管理水平和运行效率。
3、然而，尽管数字孪生水厂在技术应用上取得了显著的成果，但其在成熟度评价方面仍存在诸多不足。目前，市场上缺乏一个系统化、标准化的方法来全面评估数字孪生水厂的技术成熟度，这种缺乏使得水厂在不同发展阶段的数字化水平难以进行量化评估，进而影响到水厂管理者在资源配置、技术升级等方面的科学决策。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本技术提供了一种数字孪生水厂成熟度评价方法及系统，通过构建系统化的评估指标体系，实现对数字孪生水厂在数据采集、仿真模拟、实时监控和生产监测等方面的全面评估，为水厂管理者提供科学的决策支持，推动数字孪生水厂技术的持续发展和应用。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术手段是：一种数字孪生水厂成熟度评价方法，其改进之处在于，所述方法包括：获取数字孪生水厂各评价指标中子分项孪生数据值与实际参与生产过程相对应的物理数据；根据各数据相对应的成熟度评价指标与分项指标评价体系，确定对应各分项指标权重数值与分项指标权重，确定数据容器中的数据密度与数据深度，剔除数据杂质，整理数据格式后，参与下一步数据叠加计算；根据评价标准确定各指标子分项计算公式，对各评价指标进行数字转化，对多层数据值通过权重及量化公式计算各评价指标所得分值；根据每个评价指标所得分值生成数字孪生水厂成熟度雷达图，横向判断水厂数字孪生情况。
3、上述技术方案中所述数字孪生水厂指标包括基础设施设备b1、工艺仿真模拟p2、自动化控制w3、数据监测d4、稳定可靠运行s5五个方面；所述水厂物理数据包括：水厂管理范围内参与生产的设施中所有设备数量及单体建筑数量、全生产过程工序流程数、参与生产的所有可控设备、监测设备历史数据、系统运行时长信息五个方面。
4、上述技术方案中所述基础设施设备中参与评估的分项指数b1为实模一致性、数据信息完整度以及地理空间准确性三个分项进行结果累加后的权重值，计算公式如下:
5、
6、其中，实模一致性分项结果为所有设备及单体建筑的模型数量bm/设备数量及单体建筑数量bn×α1；
7、数据信息完整度dm的判定过程为：通过生产过程中产生的所有数据进行线上筛查，数据字段完整、信息来源及信息表达正确则判定为真值，此项指标为β1，由五个维度进行判定：可信来源、数据标准、字段完整、存储安全、更新及时，达到一个维度得分值全部达到为β1，全部未达到则为0；
8、地理空间准确性gm的判定过程为：通过模型信息与实际地理信息数据进行相互印证，印证通过则判定为真值，此项指标为γ1，反之则为0；
9、系数α1为实模一致性子指标在基础设施设备指标中的占比；
10、系数β1为数据信息完整度子指标在基础设施设备指标中的占比；
11、系数γ1为地理空间准确性子指标在基础设施设备指标中的占比。
12、上述技术方案中所述工艺仿真模拟中参与评估的分项指数p2为设备状态仿真、加药工艺仿真和水体仿真三个分项进行结果累加后的权重值，计算公式如下:
13、
14、其中，设备状态仿真的分项结果为水厂生产过程中可模拟设备工作状态的设备数量ma/水厂全生产过程中的所有设备数量mb×α2；
15、加药工艺仿真ca的判定过程为：若加药工艺ca可通过系统实现药剂量模拟与药剂投放自动化控制，则ca判定为真值，此项指标为β2，反之则为0；
16、水体仿真ta的判定过程为：若包含水体画面仿真及流体力学仿真，则得γ2，若不包含则为0，其中水体画面仿真分值为流体力学仿真分值为若满足水体画面仿真和流体力学仿真中的任意一项，则ta值则为此子项分值；
17、系数α2为设备状态仿真子指标在工艺仿真模拟指标中的占比；
18、系数β2为加药工艺仿真子指标在工艺仿真模拟指标中的占比；
19、系数γ2为水体仿真子指标在工艺仿真模拟指标中的占比。
20、上述技术方案中所述自动化控制w3评估采用占比评分，计算公式如下：
21、
22、其中，wa为自动化生产设备数量，包括数字孪生水厂中控系统可远程控制、状态实时显示、数据实时传输可实现无人值守的生产设备；wb为参与生产的所有可控设备数量，包括水厂水处理过程中所有参与生产的设备数量。
23、上述技术方案中所述生产数据监测d4通过设备运行数据监测、水质监测、水量监测三项以时间跨度，监测数据完整以及数据质量进行加权平均后得出，计算公式如下：
24、
25、其中，设备运行数据监测的分项结果为数字孪生设备产生的运行数据量qa/全厂生产运行产生的数据量qb×α4；
26、水质监测la的判定过程为：若水质监测la可基于传感器数据及水质历史变化数据展示水质变化过程，则判定为真值，此项指标为β4，反之则为0；
27、水量监测ya的判定过程为：若水量监测可基于传感器数据及水量历史变化数据展示水量变化过程，则判定为真值，此项指标为γ4，反之则为0；
28、系数α4为设备运行数据监测子指标在数据监测指标中的占比；
29、系数β4为水质监测子指标在数据监测指标中的占比；
30、系数γ4为水量监测子指标在数据监测指标中的占比。
31、上述技术方案中所述稳定可靠运行s5评估采用占比评分，计算公式如下：
32、
33、其中，sa为数字孪生水厂稳定可靠运行时长，sb为数字孪生水厂总体运行时长。
34、上述技术方案中在数据采集过程中，除判定值为固定值，其他数值范围可多样取数，保持数据能涵盖水厂生产过程中的各种情况，基于加权平均数为基础，结合其余固定值，判定数字孪生水厂的成熟度情况，其中，基础设施设备(b1)、工艺仿真模拟(p2)、自动化控制(w3)、数据监测(d4)、稳定可靠运行(s5)五项，采用数据多次求和平均值，则：
35、为基础设施设备的第一个数据，为第g个数据；
36、为工艺仿真模拟的第一个数据，为第n个数据；
37、为自动化控制的第一个数据，为第y个数据；
38、为数据监测的第一个数据，为第i个数据；
39、为稳定可靠运行的第一个数据，为第r个数据。
40、上述技术方案中所述根据每个评价指标所得分值生成数字孪生水厂成熟度雷达图，横向判断数字孪生水厂五个指标的成熟度情况包括：
41、根据水厂实际情况进行横向纵向比较后确定指标系数，生成以基础设施设备b1、工艺仿真模拟p2、自动化控制w3、数据监测d4、稳定可靠运行s5五项指标的雷达图，以五项指标各子指标评价系数之和为雷达图周测坐标，以此确定各水厂之间数字孪生在五各指标方面相互对比结果及相互改进学习的样本。
42、本发明解决其技术问题所采用的技术手段是：一种数字孪生水厂成熟度评价系统，包括：
43、数据获取模块：用于获取数字孪生水厂各评价指标中子分项孪生数据值与实际参与生产过程相对应的物理数据；
44、权重分配模块：用于根据各数据相对应的成熟度评价指标与分项指标评价体系，确定对应各分项指标权重数值与分项指标权重，确定数据容器中的数据密度与数据深度，剔除数据杂质，整理数据格式后，参与下一步数据叠加计算；
45、指标得分模块：用于根据评价标准确定各指标子分项计算公式，对各评价指标进行数字转化，对多层数据值通过权重及量化公式计算各评价指标所得分值；
46、综合判断模块：根据各分项评价指标数据值确定数字孪生水厂成熟度雷达图，横向判断数字孪生水厂五个指标的成熟度情况。
47、本发明的有益效果是：通过构建系统化的评估指标体系，实现对数字孪生水厂在数据采集、仿真模拟、实时监控和生产监测等方面的全面评估，为水厂管理者提供科学的决策支持，根据每个评价指标得分值进行通过累加法计算得到综合评分。
1.一种数字孪生水厂成熟度评价方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的数字孪生水厂成熟度评价方法，其特征在于，所述数字孪生水厂指标包括基础设施设备b1、工艺仿真模拟p2、自动化控制w3、数据监测d4、稳定可靠运行s5五个方面；
3.根据权利要求2所述的数字孪生水厂成熟度评价方法，其特征在于，基础设施设备中参与评估的分项指数b1为实模一致性、数据信息完整度以及地理空间准确性三个分项进行结果累加后的权重值，计算公式如下:
4.根据权利要求2所述的数字孪生水厂成熟度评价方法，其特征在于，所述工艺仿真模拟中参与评估的分项指数p2为设备状态仿真、加药工艺仿真和水体仿真三个分项进行结果累加后的权重值，计算公式如下:
5.根据权利要求2所述的数字孪生水厂成熟度评价方法，其特征在于，所述自动化控制w3评估采用占比评分，计算公式如下：
6.根据权利要求2所述的数字孪生水厂成熟度评价方法，其特征在于，所述生产数据监测d4通过设备运行数据监测、水质监测、水量监测三项以时间跨度，监测数据完整以及数据质量进行加权平均后得出，计算公式如下：
7.根据权利要求2所述的数字孪生水厂成熟度评价方法，其特征在于，所所述稳定可靠运行s5评估采用占比评分，计算公式如下：
8.根据权利要求2所述的数字孪生水厂成熟度评价方法，其特征在于，在数据采集过程中，除判定值为固定值，其他数值范围可多样取数，保持数据能涵盖水厂生产过程中的各种情况，基于加权平均数为基础，结合其余固定值，判定数字孪生水厂的成熟度情况，其中，基础设施设备(b1)、工艺仿真模拟(p2)、自动化控制(w3)、数据监测(d4)、稳定可靠运行(s5)五项，采用数据多次求和平均值，则：
9.根据权利要求2所述的数字孪生水厂成熟度评价方法，其特征在于，所述根据每个评价指标所得分值生成数字孪生水厂成熟度雷达图，横向判断水厂数字孪生情况包括：
10.一种数字孪生水厂成熟度评估系统，其特征在于，包括：
