基于数字孪生技术的智慧污水厂元宇宙平台框架设计

马兴冠; 马踊扬; 刘娇; 马欢

doi:10.13205/j.hjgc.202508025

基于数字孪生技术的智慧污水厂元宇宙平台框架设计

doi: 10.13205/j.hjgc.202508025

马兴冠^1,2,
马踊扬^1, ,,
刘娇¹,
马欢¹

1. 沈阳建筑大学市政与环境工程学院, 沈阳 110168;
2. 辽河流域水污染防治研究院, 沈阳 110168

基金项目:

国家水体污染控制与治理科技重大专项（2018ZX07601001）

详细信息

作者简介:
马兴冠（1972—），男，教授，主要研究方向为水污染控制理论与技术以及污水处理智能化。Symxg@163.com

通讯作者:
马踊扬（2003—），男，硕士研究生，主要研究方向为智慧污水厂数字孪生系统。1614945175@qq.com

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出版历程
- 收稿日期: 2025-04-19
- 录用日期: 2025-06-06
- 修回日期: 2025-05-27

Design of metaverse platform framework for smart sewage plants based on digital twin technology

MA Xingguan^1,2,
MA Yongyang^{1
, ,},
LIU Jiao¹,
MA Huan¹

1. School of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China;
2. Liaoning Province Liaohe River Basin Water pollution Prevention and Control Research Institute, Shenyang 110168, China

摘要

摘要: 为了将数字孪生、虚拟现实技术同步融入到污水厂运行建设中，实现污水处理厂高智慧化发展，构建了以数字孪生技术为支撑的智慧污水厂元宇宙体系，并探究虚实交互技术与智慧污水厂结合的最优方案。提出具体实现方式如下：通过多模态架构体系制作数字孪生模型、虚拟交互系统以及WRELM深度学习机制，一方面用于水厂全自动运行监控和污水处理数据的分析模拟，另一方面用于水厂的沉浸式虚实交互和智能运营。通过对比各深度学习模型在平台中的适用性，选择加权正则学习机建立元宇宙平台增量学习机制，来完成污水处理中工艺、单元参数选择的最优化配置。该平台可实现污水厂的实时监控、仿真模拟和沉浸式虚实交互，不仅有效保证了水处理过程的高效节能运行，也实现了污水处理的数据分析智能化、处理过程孪生化、虚拟漫游自主化和故障处理自动化。
- 污水厂 /
- 数字孪生 /
- 元宇宙 /
- 虚实交互 /
- WRELM
Abstract: To synchronously integrate digital twin and virtual reality （VR） technologies into the operation and construction of sewage treatment plants （STPs） and realize the highly intelligent development of STPs， a metaverse system for smart STPs supported by digital twin technology was constructed， and the optimal scheme for integrating virtual-physical interaction technology with smart STPs was explored. Specific implementation approaches are proposed as follows： a multi-modal architecture was adopted to develop digital twin models， a virtual interaction system， and the weighted regularized extreme learning machine （WRELM） deep learning mechanism. On the one hand， this integration serves for fully automated operation monitoring of STPs and the analysis and simulation of wastewater treatment data； on the other hand， it supports immersive virtual-physical interaction and intelligent operation of STPs. By comparing the applicability of various deep learning models in the platform， the WRELM was selected to establish an incremental learning mechanism for the metaverse platform， thereby achieving an optimal configuration of processes and unit parameters in wastewater treatment. This platform enables real-time monitoring， simulation， and immersive virtual-physical interaction of STPs. It not only effectively ensures the efficient and energy-saving operation of the wastewater treatment process， but also realizes intelligent data analysis， process digital twinning， autonomous virtual roaming， and automated fault handling in wastewater treatment.
- sewage plant /
- digital twin /
- metaverse /
- virtual-real interactive /
- WRELM

HTML全文

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