CN111798068A - 一种基于区块链底层的数字孪生系统 - Google Patents

一种基于区块链底层的数字孪生系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于区块链底层的数字孪生系统，涉及数字孪生技术领域。该基于区块链底层的数字孪生系统，包括实体建模模块、通感互联模块、虚拟孪生模块、预测孪生模块、投影模块、可视化模块、正反馈循环模块、区块链模块与处理器，所述区块链模块通过安全通道与实体建模模块连接，所述虚拟孪生模块与预测孪生模块连接，所述预测孪生模块与正反馈循环模块连接，所述可视化模块与投影模块连接，所述通感互联模块与处理器连接。本发明，该系统可以在数字化的空间中，再造一个与现实物理城市匹配对应的数字孪生模型，通过构建物理与数字克隆的一一对应、协同交互、智能操控的具有高可用、高数据可靠性的复杂系统，使其与物理模型平行运转。

Description

一种基于区块链底层的数字孪生系统
技术领域
本发明涉及数字孪生技术领域，具体为一种基于区块链底层的数字孪生系统。
背景技术
数字孪生体概念由Grieves在2003年的时候提出来的。在2010年的时候，NASA构建了第一个真正的数字孪生体，即航天飞机的数字孪生体，验证了数字孪生体的巨大作用。Glaessgen和Stargel分析了实现高保真虚拟产品的关键因素。Rios等将数字孪生体的应用从航天飞机推广到普通产品。Lee等进一步将数字孪生体推广到制造系统，Uhlemann等研究了数字孪生体的数据获取方法。
在当前的智慧城市建设与管理过程中，工作人员通常是基于现场数据，在城市建筑物现场判断当前建设进度或管理状态，然而，由于当前的智慧城市复杂程度高，城市建筑内设备众多，室内环境的复杂性等原因，导致现场获取的数据不仅数据量大并且种类繁多，管理人员很难快速准确的基于现场数据准确判断当前的建设进度或管理状态，从而降低了智慧城市建设与管理效率。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于区块链底层的数字孪生系统，解决了现有技术中存在的缺陷与不足。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于区块链底层的数字孪生系统，所述系统包括实体建模模块、通感互联模块、虚拟孪生模块、预测孪生模块、投影模块、可视化模块、正反馈循环模块、区块链模块与处理器，所述区块链模块通过安全通道与实体建模模块连接，所述虚拟孪生模块与预测孪生模块连接，所述预测孪生模块与正反馈循环模块连接，所述可视化模块与投影模块连接，所述通感互联模块与处理器连接，所述实体建模模块分别与预测孪生模块和可视化模块连接，所述处理器通过安全通道与区块链模块连接；
所述实体建模模块通过建模的方式把现实中的物理城市实体建立起数字克隆体，并可根据模拟、预测、解决方案等实际问题的不同，选择宏观建模或者微观建模；
所述通感互联模块用于连接现实中的数据中心、物联网、传感器、促动器、城市大脑等，通过数据归并、数据综采等方式联通所有现实中的数据并且与数字克隆体中完成互联互通；
所述虚拟孪生模块用于把现实中所有的智慧数据，在虚拟空间完成映射，基于区块链技术用于保障孪生数据的安全可靠，全流程数据可溯源、可审计、防篡改、保障输入数据的真实性、可追溯性，建立起全生命周期的可信虚拟孪生模型；
所述预测孪生模块基于大数据、人工智能等技术在数字克隆中做模拟、仿真以及预测，生成预测结果；
所述投影模块基于可信数据的学习、模拟、预测的结果建立数学模型、优化决策、数据以及流程管控，在数字克隆体中取得更佳结果投影回现实的传感器、促动器以及数据中心等；
所述正反馈循环模块用于不断累积数据，完善现实中的全流程体系，达成正反馈循环。
优选的，所述实体建模模块的建模方式包括但不限于体素建模方式、多边形建模方式，优选为多边形建模方式，所述多边形建模方式首先使一个对象转化为可编辑的多边形对象，然后通过对该多边形对象的各种子对像进行编辑和修改来实现建模过程，对于可编辑多边形对象包含Vertex、Edge、Border、Polygon以及Element五种子对象模式。
优选的，所述建立的数字克隆体包括但不限于城市实体三维模型、消防系统模型、安防系统模型、环境监控系统模型、停车系统模型等。
优选的，所述数据归并方式具体如下：
1)申请空间，使其大小为两个已经排序序列之和，该空间用来存放合并后的序列；
2)设定两个指针，最初位置分别为两个已经排序序列的起始位置；
3)比较两个指针所指向的元素，选择相对小的元素放入到合并空间，并移动指针到下一位置；
4)重复步骤3直到某一指针超出序列尾，将另一序列剩下的所有元素直接复制到合并序列尾。
优选的，所述区块链模块包括多个区块链、功能单元以及多个应用单元，多个所述区块链与多个应用单元一一对应，所述功能单元包括多个接入单元、多个适配单元、管理单元与接口单元，所述接入单元用于区块链数据包传输控制、区块链协议解析与封装、区块链共识算法，所述适配单元用于执行具体的区块链操作逻辑，并调用接入单元接口来对底层特定的区块链进行操作，所述管理单元用于定义并实现标准化的区块链操作业务逻辑过程管理，所述接口单元用于向应用单元提供通用的区块链操作与管理API。
优选的，所述预测孪生模块可调用数据库中大数据，并具有同步更新功能，所述预测孪生模块可用于建立智能化数据模型，且模型建立可结合人工智能分析数据样本，其中人工智能算法基于GoogleNet、ResNet、Inception、DenseNet、Xception、SE-Net等基准网络进行监督运算。
优选的，所述可视化模块基于DataV等可视化工具，把预测孪生的的具体结果进行多维度的互动展示。
工作原理：使用时，选择建模方式把现实中的物理城市实体建立起数字克隆体；然后通过通感互联模块连接现实中的数据中心、物联网、传感器、促动器、城市大脑等，通过数据归并、数据综采等方式联通所有现实中的数据并且与数字克隆体中完成互联互通；通过虚拟孪生模块把现实中所有的智慧数据，在虚拟空间完成映射，基于区块链技术用于保障孪生数据的安全可靠，建立起全生命周期的可信虚拟孪生模型；在虚拟孪生模型建立之后，利用预测孪生模块基于大数据、人工智能等技术在数字克隆中做模拟、仿真以及预测，生成预测结果，可应用在应急管理、智慧交通、城市管理等多方面；通过投影模块基于可信数据的学习、模拟、预测的结果建立数学模型、优化决策、数据以及流程管控，在数字克隆体中取得更佳结果投影回现实的传感器、促动器以及数据中心，可以结合DataV等可视化工具，把预测孪生的具体结果进行多维度的互动展示；在搭建起全套的数字孪生系统之后，通过不断累积数据，完善现实中的全流程体系，达成正反馈循环。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于区块链底层的数字孪生系统。具备以下有益效果：
1、本发明，该系统可以在数字化的空间中，再造一个与现实物理城市匹配对应的数字孪生模型，通过构建物理与数字克隆的一一对应、协同交互、智能操控的具有高可用、高数据可靠性的复杂系统，使其与物理模型平行运转。
2、本发明，该系统可实现物理模型全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化、运行管理协同化智能化，并且通过模拟、监控、诊断、预测和控制，解决城市规划、设计、建设、管理、服务的复杂性和不确定性。
附图说明
图1为本发明系统框架图；
图2为本发明通感互联模块连接图；
图3为本发明区块链模块示意图；
图4为本发明功能单元示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1-4所示，本发明实施例提供一种基于区块链底层的数字孪生系统，该系统包括实体建模模块、通感互联模块、虚拟孪生模块、预测孪生模块、投影模块、可视化模块、正反馈循环模块、区块链模块与处理器，区块链模块通过安全通道与实体建模模块连接，虚拟孪生模块与预测孪生模块连接，预测孪生模块与正反馈循环模块连接，可视化模块与投影模块连接，通感互联模块与处理器连接，实体建模模块分别与预测孪生模块和可视化模块连接，处理器通过安全通道与区块链模块连接；
实体建模模块通过建模的方式把现实中的物理城市实体建立起数字克隆体，并可根据模拟、预测、解决方案等实际问题的不同，选择宏观建模或者微观建模；
实体建模模块的建模方式包括但不限于体素建模方式、多边形建模方式，优选为多边形建模方式，多边形建模方式首先使一个对象转化为可编辑的多边形对象，然后通过对该多边形对象的各种子对像进行编辑和修改来实现建模过程，对于可编辑多边形对象包含Vertex、Edge、Border、Polygon以及Element五种子对象模式；建立的数字克隆体包括但不限于城市实体三维模型、消防系统模型、安防系统模型、环境监控系统模型、停车系统模型等；
通感互联模块用于连接现实中的数据中心、物联网、传感器、促动器、城市大脑等，通过数据归并、数据综采等方式联通所有现实中的数据并且与数字克隆体中完成互联互通；
本发明中，数据归并方式具体如下：
1)申请空间，使其大小为两个已经排序序列之和，该空间用来存放合并后的序列；
2)设定两个指针，最初位置分别为两个已经排序序列的起始位置；
3)比较两个指针所指向的元素，选择相对小的元素放入到合并空间，并移动指针到下一位置；
4)重复步骤3直到某一指针超出序列尾，将另一序列剩下的所有元素直接复制到合并序列尾；
虚拟孪生模块用于把现实中所有的智慧数据，在虚拟空间完成映射，基于区块链技术用于保障孪生数据的安全可靠，全流程数据可溯源、可审计、防篡改、保障输入数据的真实性、可追溯性，建立起全生命周期的可信虚拟孪生模型；
本发明中，区块链模块包括多个区块链、功能单元以及多个应用单元，多个区块链与多个应用单元一一对应，功能单元包括多个接入单元、多个适配单元、管理单元与接口单元，接入单元用于区块链数据包传输控制、区块链协议解析与封装、区块链共识算法，适配单元用于执行具体的区块链操作逻辑，并调用接入单元接口来对底层特定的区块链进行操作，管理单元用于定义并实现标准化的区块链操作业务逻辑过程管理，接口单元用于向应用单元提供通用的区块链操作与管理API；
预测孪生模块基于大数据、人工智能等技术在数字克隆中做模拟、仿真以及预测，生成预测结果；
预测孪生模块可调用数据库中大数据，并具有同步更新功能，预测孪生模块可用于建立智能化数据模型，且模型建立可结合人工智能分析数据样本，其中人工智能算法基于GoogleNet、ResNet、Inception、DenseNet、Xception、SE-Net等基准网络进行监督运算
投影模块基于可信数据的学习、模拟、预测的结果建立数学模型、优化决策、数据以及流程管控，在数字克隆体中取得更佳结果投影回现实的传感器、促动器以及数据中心等，可视化模块基于DataV等可视化工具，把预测孪生的的具体结果进行多维度的互动展示；
正反馈循环模块用于不断累积数据，完善现实中的全流程体系，达成正反馈循环。
本发明中，系统操作步骤如下：
S1、选择建模方式把现实中的物理城市实体建立起数字克隆体；然后通过通感互联模块连接现实中的数据中心、物联网、传感器、促动器、城市大脑等，通过数据归并、数据综采等方式联通所有现实中的数据并且与数字克隆体中完成互联互通；
S2、通过虚拟孪生模块把现实中所有的智慧数据，在虚拟空间完成映射，基于区块链技术用于保障孪生数据的安全可靠，建立起全生命周期的可信虚拟孪生模型；
S3、在虚拟孪生模型建立之后，利用预测孪生模块基于大数据、人工智能等技术在数字克隆中做模拟、仿真以及预测，生成预测结果，可应用在应急管理、智慧交通、城市管理等多方面；
S4、通过投影模块基于可信数据的学习、模拟、预测的结果建立数学模型、优化决策、数据以及流程管控，在数字克隆体中取得更佳结果投影回现实的传感器、促动器以及数据中心，可以结合DataV等可视化工具，把预测孪生的具体结果进行多维度的互动展示；
S5、在搭建起全套的数字孪生系统之后，通过不断累积数据，完善现实中的全流程体系，达成正反馈循环。
本发明中，该系统可以在数字化的空间中，再造一个与现实物理城市匹配对应的数字孪生模型，通过构建物理与数字克隆的一一对应、协同交互、智能操控的具有高可用、高数据可靠性的复杂系统，使其与物理模型平行运转；该系统可实现物理模型全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化、运行管理协同化智能化，并且通过模拟、监控、诊断、预测和控制，解决城市规划、设计、建设、管理、服务的复杂性和不确定性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于区块链底层的数字孪生系统，其特征在于：所述系统包括实体建模模块、通感互联模块、虚拟孪生模块、预测孪生模块、投影模块、可视化模块、正反馈循环模块、区块链模块与处理器，所述区块链模块通过安全通道与实体建模模块连接，所述虚拟孪生模块与预测孪生模块连接，所述预测孪生模块与正反馈循环模块连接，所述可视化模块与投影模块连接，所述通感互联模块与处理器连接，所述实体建模模块分别与预测孪生模块和可视化模块连接，所述处理器通过安全通道与区块链模块连接；
所述实体建模模块通过建模的方式把现实中的物理城市实体建立起数字克隆体，并可根据模拟、预测、解决方案等实际问题的不同，选择宏观建模或者微观建模；
所述通感互联模块用于连接现实中的数据中心、物联网、传感器、促动器、城市大脑等，通过数据归并、数据综采等方式联通所有现实中的数据并且与数字克隆体中完成互联互通；
所述虚拟孪生模块用于把现实中所有的智慧数据，在虚拟空间完成映射，基于区块链技术用于保障孪生数据的安全可靠，全流程数据可溯源、可审计、防篡改、保障输入数据的真实性、可追溯性，建立起全生命周期的可信虚拟孪生模型；
所述预测孪生模块基于大数据、人工智能等技术在数字克隆中做模拟、仿真以及预测，生成预测结果；
所述投影模块基于可信数据的学习、模拟、预测的结果建立数学模型、优化决策、数据以及流程管控，在数字克隆体中取得更佳结果投影回现实的传感器、促动器以及数据中心等；
所述正反馈循环模块用于不断累积数据，完善现实中的全流程体系，达成正反馈循环。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链底层的数字孪生系统，其特征在于：所述实体建模模块的建模方式包括但不限于体素建模方式、多边形建模方式，优选为多边形建模方式，所述多边形建模方式首先使一个对象转化为可编辑的多边形对象，然后通过对该多边形对象的各种子对像进行编辑和修改来实现建模过程，对于可编辑多边形对象包含Vertex、Edge、Border、Polygon以及Element五种子对象模式。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链底层的数字孪生系统，其特征在于：所述建立的数字克隆体包括但不限于城市实体三维模型、消防系统模型、安防系统模型、环境监控系统模型、停车系统模型等。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链底层的数字孪生系统，其特征在于：所述数据归并方式具体如下：
1)申请空间，使其大小为两个已经排序序列之和，该空间用来存放合并后的序列；
2)设定两个指针，最初位置分别为两个已经排序序列的起始位置；
3)比较两个指针所指向的元素，选择相对小的元素放入到合并空间，并移动指针到下一位置；
4)重复步骤3直到某一指针超出序列尾，将另一序列剩下的所有元素直接复制到合并序列尾。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链底层的数字孪生系统，其特征在于：所述区块链模块包括多个区块链、功能单元以及多个应用单元，多个所述区块链与多个应用单元一一对应，所述功能单元包括多个接入单元、多个适配单元、管理单元与接口单元，所述接入单元用于区块链数据包传输控制、区块链协议解析与封装、区块链共识算法，所述适配单元用于执行具体的区块链操作逻辑，并调用接入单元接口来对底层特定的区块链进行操作，所述管理单元用于定义并实现标准化的区块链操作业务逻辑过程管理，所述接口单元用于向应用单元提供通用的区块链操作与管理API。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链底层的数字孪生系统，其特征在于：所述预测孪生模块可调用数据库中大数据，并具有同步更新功能，所述预测孪生模块可用于建立智能化数据模型，且模型建立可结合人工智能分析数据样本，其中人工智能算法基于GoogleNet、ResNet、Inception、DenseNet、Xception、SE-Net等基准网络进行监督运算。
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链底层的数字孪生系统，其特征在于：所述可视化模块基于DataV等可视化工具，把预测孪生的的具体结果进行多维度的互动展示。
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