一种基于物联网的能源系统数字孪生模型构建方法

本发明属于数据处理，具体涉及一种基于物联网的能源系统数字孪生模型构建方法。

背景技术：

1、数字孪生指的是充分利用物理模型、物联网、运行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对于物理实体产品的镜像，反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程，指的是采用信息技术对物理实体产品的组成、特征、功能和性能进行数字化定义和建模的过程，由此可以基于数字孪生模型对于物理实体产品进行仿真分析和优化管理。近来，构建能源系统的数字孪生模型变得越来越普遍，通过建立水电冷热气能源设备的数字孪生模型，远程分析水电冷热气能源设备的耗能情况，实现对于水电冷热气能源设备的远程监控与管理，然而现有技术在构建能源系统的数字孪生模型时，较少考虑水电冷热气能源设备的数据的安全问题，本发明提出一种基于物联网的能源系统数字孪生模型构建方法来解决该技术问题。

技术实现思路

1、本发明的服务器建立能源设备的能源设备三维模型，并且设置于能源设备上的能源设备传感器将其数据通过网络发送给服务器，服务器将能源设备传感器的数据与能源设备三维模型进行映射以得到能源设备的数字孪生模型，本发明旨在构建能源设备的数字孪生模型时，确保能源设备传感器的数据的安全性。

2、为了达到上述的发明目的，本发明给出如下所述的一种基于物联网的能源系统数字孪生模型构建方法，主要包括以下的步骤：

3、通过激光雷达技术获取建筑楼宇内的供配电系统、冷热源系统、暖通系统、电梯系统、消防系统、供水系统的不同的能源设备的三维点云数据，同时将三维点云数据上传服务器，并且所述服务器根据三维点云数据分别建立不同的所述能源设备的能源设备三维模型；

4、设置于不同的所述能源设备上的能源设备传感器每隔预先设定的固定时间进行数据采集，并且将采集到的不同的所述能源设备传感器的数据通过网络传输给所述服务器，所述服务器接收不同的所述能源设备传感器的数据，将不同的所述能源设备传感器的数据分别映射到相应的所述能源设备三维模型上，以得到不同的所述能源设备的能源设备数字孪生模型；

5、所述服务器基于不同的所述能源设备的所述能源设备数字孪生模型，分析不同的所述能源设备的耗能情况，并且实现对于不同的所述能源设备的远程控制。

6、作为本发明的一种优选技术方案，在将采集到的不同的所述能源设备传感器的数据通过网络传输给所述服务器之前，包括如下步骤：

7、所述服务器和与其通信连接的不同的所述能源设备传感器，均预先存储共享的不同的hash函数和相应的hash函数编码，以及不同的所述能源设备传感器的原有数值；

8、当所述能源设备传感器需要向所述服务器发送采集到的所述能源设备传感器的数据时，所述能源设备传感器将数据发送请求信息传送给所述服务器，所述数据发送请求信息包括所述能源设备传感器自动生成的一个任意数值；

9、所述服务器接收来自所述能源设备传感器的所述数据发送请求信息，并且所述服务器从预先存储的不同的所述hash函数中确定其中一个所述hash函数，同时将相应的所述hash函数编码包含在数据发送确认信息中发送给所述能源设备传感器；

10、所述服务器使用确定的所述hash函数计算所述能源设备传感器的所述任意数值与相应的所述原有数值的服务器结果值，并且所述能源设备传感器使用与接收到的所述hash函数编码相对应的所述hash函数计算自身生成的所述任意数值与相应的所述原有数值的传感器结果值。

11、作为本发明的一种优选技术方案，不同的所述能源设备传感器每隔预先设定的固定时间进行数据采集之后，针对采集到的不同的所述能源设备传感器的数据，分别通过预先设定的提取规则从不同的所述能源设备传感器的数据中提取并且存储一个中间数值。

12、作为本发明的一种优选技术方案，所述能源设备传感器自动生成一个所述任意数值，包括如下步骤：

13、在所述能源设备传感器需要自动生成一个所述任意数值的情况下，所述能源设备传感器判断自身存储的所述中间数值的数量是否能够满足用来生成一个所述任意数值，若能够满足，所述能源设备传感器将自身存储的全部的所述中间数值输入预先设定的生成函数，所述生成函数输出一个所述任意数值；

14、当所述能源设备传感器自身存储的所述中间数值的数量不能满足用来生成一个所述任意数值时，所述能源设备传感器计算需要用来生成一个所述任意数值的所述中间数值的数量与自身存储的全部的所述中间数值的数量之间的数量差，同时使用所述数量差除以其他所述能源设备传感器的数量以得到需求数量，并且所述能源设备传感器通过物联网向其他所述能源设备传感器发送期望取得所述需求数量的所述中间数值的信息；

15、所述能源设备传感器接收并且存储来自其他所述能源设备传感器的所述中间数值，同时判断自身存储的所述中间数值的数量是否能够满足用来生成一个所述任意数值，若能够满足，所述能源设备传感器将自身存储的全部的所述中间数值输入预先设定的生成函数，所述生成函数输出一个所述任意数值，若不能满足，继续接收并且存储来自其他所述能源设备传感器的所述中间数值直到自身存储的所述中间数值的数量能够满足用来生成一个所述任意数值。

16、作为本发明的一种优选技术方案，将采集到的不同的所述能源设备传感器的数据通过网络传输给所述服务器，包括如下步骤：

17、不同的所述能源设备传感器分别将自身计算得到的所述传感器结果值作为加密密钥，并且不同的所述能源设备传感器分别使用相应的所述加密密钥对于不同的所述能源设备传感器的数据进行加密处理，将加密处理后的不同的所述能源设备传感器的数据发送给所述服务器；

18、所述服务器将自身计算得到的与不同的所述能源设备传感器相对应的所述服务器结果值分别作为相应的解密密钥，并且所述服务器接收加密处理后的不同的所述能源设备传感器的数据，使用相应的所述解密密钥分别解密处理加密处理后的不同的所述能源设备传感器的数据。

19、作为本发明的一种优选技术方案，在不同的所述能源设备传感器分别使用相应的所述加密密钥对于不同的所述能源设备传感器的数据进行加密处理之前，包括如下步骤：

20、所述服务器根据在历史上进行解密处理得到的所述能源设备传感器的数据估计所述能源设备传感器在下一次将要发送的所述能源设备传感器的数据，并且所述服务器将估计的所述能源设备传感器在下一次将要发送的所述能源设备传感器的数据传输给所述能源设备传感器，同时所述服务器开始等待预先设定的时间；

21、所述能源设备传感器在预先设定的向所述服务器发送所述能源设备传感器的数据的时间到达之前，若接收到所述服务器估计的所述能源设备传感器在下一次将要发送的所述能源设备传感器的数据，所述能源设备传感器进行数据采集，并且将采集得到的所述能源设备传感器的数据与所述服务器估计的所述能源设备传感器在下一次将要发送的所述能源设备传感器的数据进行一致性比较，当一致性比较通过时，所述能源设备传感器不向所述服务器发送采集得到的所述能源设备传感器的数据，当一致性比较不通过时，继续下个步骤；若未接收到所述服务器估计的所述能源设备传感器在下一次将要发送的所述能源设备传感器的数据，也继续下个步骤；

22、所述能源设备传感器检查自身的剩余电量是否能够支持将采集得到的所述能源设备传感器的数据发送给所述服务器，若能够支持，所述能源设备传感器使用自身的所述加密密钥进行加密处理并且发送给所述服务器，若不能支持，所述能源设备传感器搜索附近的其他所述能源设备传感器，同时将采集得到的所述能源设备传感器的数据通过物联网发送给其他所述能源设备传感器，其他所述能源设备传感器使用自身的所述加密密钥进行加密处理并且发送给所述服务器；

23、所述服务器判断在结束等待预先设定的时间之前是否接收到加密处理后的采集得到的所述能源设备传感器的数据，若接收到，所述服务器使用相应的所述解密密钥进行解密处理，若未接收到，所述服务器存储估计的所述能源设备传感器在下一次将要发送的所述能源设备传感器的数据。

24、本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有程序指令，其中，在所述程序指令运行时控制所述计算机存储介质所在设备执行上述中任意一项所述的方法。

25、本发明还提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述中任意一项所述的方法。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：

27、1、在本发明中，首先通过激光雷达技术获取建筑楼宇内的不同的能源设备的三维点云数据，同时将三维点云数据上传服务器，服务器根据三维点云数据分别建立能源设备的能源设备三维模型；其次能源设备传感器将采集到的能源设备传感器的数据通过网络传输给服务器，服务器接收能源设备传感器的数据，将能源设备传感器的数据映射到相应的能源设备三维模型上，得到能源设备的能源设备数字孪生模型；最后服务器基于能源设备的能源设备数字孪生模型，分析能源设备的耗能情况，实现对于能源设备的远程控制。

28、2、本发明解决了现有技术在构建能源系统的数字孪生模型时，较少考虑水电冷热气能源设备的数据的安全问题，通过本发明能够确保能源设备传感器通过网络向服务器发送数据时的数据安全性，并且在该过程中还能够尽量节省对于能源设备传感器内的电池的使用，延长能源设备传感器的使用时间。