一种基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台的制作方法

本发明涉及数字孪生，特别涉及一种基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台。

背景技术：

1、数字孪生充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中实现映射，反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

2、数字孪生技术实现了物理空间与数字空间的实时双向同步映射和虚实交互，成为智慧水利体系构建的重要技术手段。利用数字孪生技术在信息空间中对物理实体进行忠实的刻画，构建相应的水利工程数字孪生体，孪生体与物理实体在几何、物理、行为、规则等方面有着精确的映射关系，并且处于实时的交互之中，可以实现水利工程运行管理过程的模拟仿真、评估、优化、预测和决策。针对水利工程运行过程，在信息空间中模拟各项任务的执行，采用多种模拟参数，尽可能掌握任务执行过程中可能遇到的各种情况，同时动态监测水利工程的运行，根据实际的运行情况以及环境变化情况对运行管理方案进行及时的调整，有效地协调和优化系统内所有水利业务活动，实现水利工程的智能运行。针对水利设施设备维修养护，通过实时监测的数据、历史数据、孪生数据以及相关物理参数，借助知识库、大数据分析、机器学习等智能分析技术对水利设施设备的健康状态进行评估，对可能出现的故障问题进行及时的预警，对已经出现的故障制定出合理的维修方案，实现水利工程的可靠运维。针对防汛调度决策，通过智能服务平台，对水利工程的联合调度进行有效的协同，综合考虑多方面的因素制定出最优的决策，对水利工程的运行状态进行预测，对可能出现的意外状况进行及规避或者制定解决措施，实现对水利工程运行管理过程的精准管控。改进和完善数字孪生仿真引擎，打造专用的水利数字孪生三维模拟仿真技术体系，对于进一步驱动各类水利模型的协同高效运算，推进对流域和水利工程治理管理活动的智慧化模拟，以及智慧水利体系的构建都至关重要。

3、现需要开发一个堤防数字孪生管理平台，堤防数字孪生管理平台是数字孪生水利工程建设业务应用的重要内容之一。基于数字孪生的堤防管理平台，集成多学科、多尺度、超高保真的典型堤段数字孪生模型，能反映物理设备的几何特征、物理性质、动态相互作用和演化机制，能提高全因素预测维护决策的实时感知能力。结合数字孪生技术进行堤防智慧管理具有现实意义，符合当前技术和市场发展趋势。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，以解决上述现有技术存在的问题。

2、本发明提供的一种基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，包括：物理层、数据层、业务逻辑层、数字孪生体和用户交互层；

3、其中，所述物理层用于全要素建模和堤防数据采集与传输；

4、所述数据层用于接收并存储所述物理层的数据；

5、所述业务逻辑层用于进行数据分析及可视化；

6、所述数字孪生体用于数据的水利工程运行管理过程的模拟仿真、评估、优化、预测和决策；

7、所述用户交互层用于用户通过多端形式进行堤防数字孪生管理平台登录访问。

8、可选地，所述物理层包括感知设备和实体模型；

9、其中，所述感知设备包括若干传感器、rfid和摄像头，所述感知设备用于采集、传输堤防ip数据；

10、所述实体模型包括堤防工程安全管理体系所涉及的实体对象，所述实体模型用于基于所述实体对象进行实体建模。

11、可选地，所述感知设备用于采集堤防ip数据，其中，所述感知设备采集堤防ip数据的过程包括：

12、所述感知设备采集原始数据信息，并将所述原始数据信息转换为电信号；

13、基于data transfer unit将所述电信号转为堤防ip数据；

14、基于gprs网络将所述ip数据传输至所述数据层的数据库。

15、可选地，所述数据层包括数据库，所述数据库中的数据包括：bim数据，gis数据和iot数据；所述数据库包括关系型数据库和非关系型数据库；

16、其中，所述关系型数据库用于存储结构化项目信息数据；

17、所述非关系型数据库用于存储历史回放文件和管理过程中产生的非结构化数据。

18、可选地，所述业务逻辑层包括数据融合单元和可视化单元；

19、其中，所述数据融合单元用于将所述bim数据和gis数据进行数据融合；

20、所述可视化单元用于将融合的数据输入cesium平台进行可视化显示。

21、可选地，所述数据融合单元用于基于数据格式转换进行数据融合，其中所述数据融合的过程包括：

22、采用revit建立bim三维模型，得出fbx格式文件；

23、对所述fbx格式文件进行轻量化处理、调整模型坐标系位置得到dae格式文件；

24、采用collada2gltf.exe插件将所述dae格式转文件换成gltf格式文件。

25、可选地，所述业务逻辑层采用websocket协议与所述数据层进行双向通信。

26、可选地，所述用户交互层包括web门户终端、移动端、vr/ar/mr端。

27、可选地，所述堤防数字孪生管理平台为b/s架构。

28、本发明具有如下技术效果：

29、平台架构具有开放性和可移植性：平台不限于堤防工程，也可进一步应用到其他工程上去。

30、本发明基于业务逻辑层可以实现实时集成及交互，渲染速度快，适合可视化环境实时加载渲染，实现bim模型在3d webgis可视化交互环境中的深度应用；并且本发明利用通信技术将堤防数据实时映射到堤防模型中，实现基于数字孪生的堤防态监控。

31、本发明基于数字孪生体高性能并行计算方法和模型库保证了数字孪生的高效运行，实现实时分析和模拟；

32、本发明支持三维物体加载和展示，使数字孪生在虚拟现实和增强现实环境中得以呈现，为用户提供沉浸式的体验和交互。

技术特征：

1.一种基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，其特征在于，包括：物理层、数据层、业务逻辑层、数字孪生体和用户交互层；

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，其特征在于，所述物理层包括感知设备和实体模型；

3.根据权利要求2所述的基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，其特征在于，所述感知设备用于采集堤防ip数据，其中，所述感知设备采集堤防ip数据的过程包括：

4.根据权利要求3所述的基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，其特征在于，所述数据层包括数据库，所述数据库中的数据包括：bim数据，gis数据和iot数据；所述数据库包括关系型数据库和非关系型数据库；

5.根据权利要求4所述的基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，其特征在于，所述业务逻辑层包括数据融合单元和可视化单元；

6.根据权利要求5所述的基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，其特征在于，所述数据融合单元用于基于数据格式转换进行数据融合，其中所述数据融合的过程包括：

7.根据权利要求6所述的基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，其特征在于，所述业务逻辑层采用websocket协议与所述数据层进行双向通信。

8.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，其特征在于，所述用户交互层包括web门户终端、移动端、vr/ar/mr端。

9.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，其特征在于，所述堤防数字孪生管理平台为b/s架构。

技术总结
本发明公开了一种基于数字孪生技术的堤防数字孪生管理平台，包括：物理层、数据层、业务逻辑层、数字孪生体和用户交互层其中，所述物理层用于全要素建模和数据采集与传输；所述数据层用于接收并存储所述物理层的堤防数据；所述业务逻辑层用于进行数据分析及可视化；所述数字孪生体用于数据的智慧应用；所述用户交互层用于用户通过多端形式进行堤防数字孪生管理平台登录访问。本发明支持三维物体加载和展示，使数字孪生在虚拟现实和增强现实环境中得以呈现，为用户提供沉浸式的体验和交互。

技术研发人员：李国栋,芦绮玲,杨俊杰,张宇,朱建伟,王雪,李小浩,卢弈锦,张秀福,黄丹,徐凯龙,陈丁,吕小龙,谢圣云
受保护的技术使用者：山西省水利发展中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27