基于数字孪生的汽车远程实训方法、系统、装置及介质

1.本发明涉及汽车实训技术领域，尤其是一种基于数字孪生的汽车远程实训方法、系统、装置及介质。


背景技术：

2.基于需求，线上远程授课已成为教学行业的主流模式(例如腾讯会议、腾讯课堂)，线上授课有理论授课和实践授课，在实践授课过程当中，目前是通过开摄像头进行直播的方式，由教师演示给学生观看，学生处于一种被动接收的状态，失去了以学生为中心的教学理念，并且无法实时监督到学生的掌握情况。此外，在汽车实训的教学中，由于车辆体积庞大和摄像头位置的局限性，无法全方位地展示汽车的故障诊断和维修过程，影响了教学效率和学生的实训体验。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
4.为此，本发明实施例的一个目的在于提供一种基于数字孪生的汽车远程实训方法，该方法提高了汽车远程实训的教学效率和学生的实训体验。
5.本发明实施例的另一个目的在于提供一种基于数字孪生的汽车远程实训系统。
6.为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：
7.第一方面，本发明实施例提供了一种基于数字孪生的汽车远程实训方法，包括以下步骤：
8.获取实训汽车的第一参数，根据所述第一参数构建数字孪生模型，所述数字孪生模型用于对所述实训汽车进行仿真；
9.获取第一终端的第一操作指令，根据所述第一操作指令控制所述数字孪生模型运行，并生成相应的第一视频流，所述第一视频流用于表征所述数字孪生模型的运行过程和运行结果；
10.通过第二终端播放所述第一视频流。
11.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一参数包括实训汽车各个组件的三维参数以及控制逻辑参数。
12.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述第一参数构建数字孪生模型这一步骤，其具体包括：
13.根据所述三维参数构建所述实训汽车的三维空间模型；
14.根据所述控制逻辑参数确定所述实训汽车中各个组件的逻辑事件以及所述逻辑事件之间的逻辑关系；
15.将所述逻辑事件和所述逻辑关系映射到所述三维空间模型，生成所述数字孪生模型。
16.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述汽车远程实训方法还包括对所述数字
孪生模型进行校准的步骤，其具体包括：
17.获取预设的第二操作指令，根据所述第二操作指令控制所述实训汽车和所述数字孪生模型运行，并获取所述实训汽车运行过程中产生的第一运行数据和所述数字孪生模型运行过程中产生的第二运行数据；
18.根据所述第一运行数据和所述第二运行数据之间的误差对所述数字孪生模型进行校准。
19.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述第一操作指令控制所述数字孪生模型运行，并生成相应的第一视频流这一步骤，其具体包括：
20.根据所述第一操作指令确定对应的逻辑事件和逻辑关系；
21.通过所述数字孪生模型根据所述逻辑关系模拟所述逻辑事件，得到动态数字孪生模型；
22.根据所述动态数字孪生模型生成所述第一视频流。
23.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述汽车远程实训方法还包括以下步骤：
24.通过第一终端录入所述实训车辆的车辆电路图和维修手册，并设定好若干个故障树，所述故障树用于表征对应车辆故障的诊断步骤或维修步骤；
25.获取第二终端的实训操作指令，所述实训操作指令根据所述故障树生成；
26.通过所述数字孪生模型执行所述实训操作指令，得到相应的诊断结果或维修结果，并将所述诊断结果或所述维修结果反馈至第一终端。
27.第二方面，本发明实施例提供了一种基于数字孪生的汽车远程实训系统，包括：
28.数字孪生模型构建模块，用于获取实训汽车的第一参数，根据所述第一参数构建数字孪生模型，所述数字孪生模型用于对所述实训汽车进行仿真；
29.模型仿真模块，用于获取第一终端的第一操作指令，根据所述第一操作指令控制所述数字孪生模型运行，并生成相应的第一视频流，所述第一视频流用于表征所述数字孪生模型的运行过程和运行结果；
30.视频流播放模块，用于通过第二终端播放所述第一视频流。
31.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述汽车远程实训系统还包括：
32.故障树设定模块，用于通过第一终端录入所述实训车辆的车辆电路图和维修手册，并设定好若干个故障树，所述故障树用于表征对应车辆故障的诊断步骤或维修步骤；
33.实训操作获取模块，用于获取第二终端的实训操作指令，所述实训操作指令根据所述故障树生成；
34.实训反馈模块，用于通过所述数字孪生模型执行所述实训操作指令，得到相应的诊断结果或维修结果，并将所述诊断结果或所述维修结果反馈至第一终端。
35.第三方面，本发明实施例提供了一种基于数字孪生的汽车远程实训装置，包括：
36.至少一个处理器；
37.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
38.当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现上述的一种基于数字孪生的汽车远程实训方法。
39.第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述的一种基于数字
孪生的汽车远程实训方法。
40.本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到：
41.本发明实施例通过数字孪生模型对实训汽车进行仿真，然后根据第一终端的操作指令控制该数字孪生模型运行并生成相应的视频流，从而可以在第二终端通过视频流展示数字孪生模型的运行过程和运行结果，实现了沉浸式、全方位的汽车实训教学，提高了教学效率和学生的学习体验。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对本发明实施例中所需要使用的附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
43.图1为本发明实施例提供的一种基于数字孪生的汽车远程实训方法的步骤流程图；
44.图2为本发明实施例提供的一种基于数字孪生的汽车远程实训系统的结构框图；
45.图3为本发明实施例提供的一种基于数字孪生的汽车远程实训装置的结构框图。
具体实施方式
46.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
47.在本发明的描述中，多个的含义是两个或两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
48.参照图1，本发明实施例提供了一种基于数字孪生的汽车远程实训方法，具体包括以下步骤：
49.s101、获取实训汽车的第一参数，根据第一参数构建数字孪生模型，数字孪生模型用于对实训汽车进行仿真。
50.具体地，数字孪生技术可以通过数字化方式拷贝一个物理对象，模拟对象在现实环境中的行为，对生产、制造过程乃至整个工厂进行虚拟仿真。数字孪生模型的构建是对物理实体进行数字化的过程，这个过程需要将物理实体表达为计算机和网络所能识别的数字模型。
51.进一步作为可选的实施方式，第一参数包括实训汽车各个组件的三维参数以及控制逻辑参数。
52.进一步作为可选的实施方式，根据第一参数构建数字孪生模型这一步骤，其具体
包括：
53.a1、根据三维参数构建实训汽车的三维空间模型；
54.a2、根据控制逻辑参数确定实训汽车中各个组件的逻辑事件以及逻辑事件之间的逻辑关系；
55.a3、将逻辑事件和逻辑关系映射到三维空间模型，生成数字孪生模型。
56.具体地，数字孪生模型的构建包括三维实体模型的构建以及三维实体模型与信息空间模型的融合，三维实体模型可采用cad、flexsim以及qfsm等建模软件构建，然后根据实训汽车中各个组件存在的逻辑事件以及逻辑事件之间的逻辑关系确定信息空间模型，将其映射到三维实体模型即可得到数字孪生模型。
57.进一步作为可选的实施方式，汽车远程实训方法还包括对数字孪生模型进行校准的步骤，其具体包括：
58.b1、获取预设的第二操作指令，根据第二操作指令控制实训汽车和数字孪生模型运行，并获取实训汽车运行过程中产生的第一运行数据和数字孪生模型运行过程中产生的第二运行数据；
59.b2、根据第一运行数据和第二运行数据之间的误差对数字孪生模型进行校准。
60.具体地，本发明实施例通过预设的操作指令控制实训汽车和数字孪生模型运行，两者产生的运行数据之间的误差越小则表示数字孪生模型的精确度越高，因此根据两者产生的运行数据之间的误差对数字孪生模型进行校准，能够使实训汽车和数字孪生模型保持较高的一致性，提高了后续实训教学的准确性。
61.s102、获取第一终端的第一操作指令，根据第一操作指令控制数字孪生模型运行，并生成相应的第一视频流，第一视频流用于表征数字孪生模型的运行过程和运行结果。
62.进一步作为可选的实施方式，根据第一操作指令控制数字孪生模型运行，并生成相应的第一视频流这一步骤，其具体包括：
63.c1、根据第一操作指令确定对应的逻辑事件和逻辑关系；
64.c2、通过数字孪生模型根据逻辑关系模拟逻辑事件，得到动态数字孪生模型；
65.c3、根据动态数字孪生模型生成第一视频流。
66.具体地，第一终端为教师终端，教师可在第一终端进行教学，即通过第一终端下发第一操作指令控制数字孪生模型运行，形成可视化的动态数字孪生模型，然后以视频流的方式传输至学生的第二终端。
67.s103、通过第二终端播放第一视频流。
68.进一步作为可选的实施方式，汽车远程实训方法还包括以下步骤：
69.d1、通过第一终端录入实训车辆的车辆电路图和维修手册，并设定好若干个故障树，故障树用于表征对应车辆故障的诊断步骤或维修步骤；
70.d2、获取第二终端的实训操作指令，实训操作指令根据故障树生成；
71.d3、通过数字孪生模型执行实训操作指令，得到相应的诊断结果或维修结果，并将诊断结果或维修结果反馈至第一终端。
72.具体地，教师可通过第一终端录入车辆电路图、维修手册等资料，并设置好相应的故障树，故障树即为每一个故障对应的诊断步骤或维修步骤，每个步骤成为这个故障树的枝干，通过这种方式学生就可以对通过故障现象选择步骤来进行故障排除，从而让学生有
实践课程的参与感，教师也可以实际地了解学生对故障现象的理解和排查思路。
73.通过数字孪生模型可以验证学生的实训操作指令是否正确，即通过数字孪生将物理空间和信息空间结合生成相应的诊断结果或维修结果，然后反馈至教师的第一终端。
74.可以理解的是，本发明实施例通过数字孪生技术将物理实体和信息空间相结合，实现了沉浸式、全方位的汽车实训教学，提高了教学效率和学生的学习体验，让学生可以远程对实训汽车进行故障诊断，教师可以远程对学生的诊断思路、过程和结果进行系统化的批阅。此外，本发明实施例为参与实训的学生提供了远程实训操作的便利，避免了传统线下教学学生扎堆的问题；还可以同时双向记录教师与学生的操作记录，生成数据保存，记录某个故障在实训中的使用次数，学生实操的正确率，并且自动生成相关记录。
75.参照图2，本发明实施例提供了一种基于数字孪生的汽车远程实训系统，包括：
76.数字孪生模型构建模块，用于获取实训汽车的第一参数，根据第一参数构建数字孪生模型，数字孪生模型用于对实训汽车进行仿真；
77.模型仿真模块，用于获取第一终端的第一操作指令，根据第一操作指令控制数字孪生模型运行，并生成相应的第一视频流，第一视频流用于表征数字孪生模型的运行过程和运行结果；
78.视频流播放模块，用于通过第二终端播放第一视频流。
79.进一步作为可选的实施方式，汽车远程实训系统还包括：
80.故障树设定模块，用于通过第一终端录入实训车辆的车辆电路图和维修手册，并设定好若干个故障树，故障树用于表征对应车辆故障的诊断步骤或维修步骤；
81.实训操作获取模块，用于获取第二终端的实训操作指令，实训操作指令根据故障树生成；
82.实训反馈模块，用于通过数字孪生模型执行实训操作指令，得到相应的诊断结果或维修结果，并将诊断结果或维修结果反馈至第一终端。
83.上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
84.参照图3，本发明实施例提供了一种基于数字孪生的汽车远程实训装置，包括：
85.至少一个处理器；
86.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
87.当上述至少一个程序被上述至少一个处理器执行时，使得上述至少一个处理器实现上述的一种基于数字孪生的汽车远程实训方法。
88.上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
89.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，该处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述一种基于数字孪生的汽车远程实训方法。
90.本发明实施例的一种计算机可读存储介质，可执行本发明方法实施例所提供的一种基于数字孪生的汽车远程实训方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方
法相应的功能和有益效果。
91.本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图1所示的方法。
92.在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或上述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
93.此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，上述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
94.上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram， random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
95.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
96.计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器 (rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印上述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其
他合适方式进行处理来以电子方式获得上述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
97.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
98.在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
99.尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
100.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。