CN111833426A - 基于数字孪生的三维可视化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数字孪生技术领域，本发明旨在提出一种基于数字孪生的三维可视化方法，包括：收集所有传感器发送的数据信息并将其存储至数据平台；生成权限列表，根据权限列表分类统计传感器发送的数据信息，分析并预测用户需要的数据，进而模拟当前物联网设备的虚拟工作状态和工作进度；将分类统计的数据信息和分析预测结果传递给代理层中的数据注册池，数据注册池根据解析出来的数据属性在虚拟层数字模块中给数据属性对应的功能模块生成注册后的数字模块，根据用户需求给注册后的数字模块添加交互模块生成新的注册数字模块；数据响应池给注册数字模块分配序列号和优先级，并在三维场景中将所有注册数字模块渲染出来并生成虚拟物联网数字孪生系统。

Description

基于数字孪生的三维可视化方法
技术领域
本发明涉及数字孪生和三维可视化技术领域，具体来说涉及一种基于数字孪生的三维可视化方法。
背景技术
随着近年来物联网领域的发展，数字孪生技术越来越受到人们的重视。数字孪生是物联网设备的数字化，数字孪生通过使用传感器收集物联网中物理设备的实时数据，充当物理世界和数字世界的桥梁，这些数据被用于创建物联网的数字副本，从而允许人们对物联网进行理解、分析、操作和优化。
数字孪生技术需要进行数据感知、运行监测等，并且整合历史积累数据进行运算，同时还需要对数据和运算结果进行可视化呈现，这样才能方便人们直观地体验到数字与现实相互结合，而如何方便的将数字孪生以三维立体的方式可视化给人们，就是急需解决的问题。
发明内容
本发明旨在提出一种基于数字孪生的三维可视化方法，使用户能够更加清晰地了解物联网系统的全貌并实时查看、编辑和控制整个物联网系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于数字孪生的三维可视化方法，包括以下步骤：
步骤1、收集所有传感器发送的数据信息并将其存储至数据平台，所述数据信息包括传感器的工作状态和物联网设备的工作信息；
步骤2、生成权限列表，根据所述权限列表分类统计传感器发送的数据信息，分析并预测用户需要的数据，进而模拟当前物联网设备的虚拟工作状态和工作进度；
步骤3、将分类统计的数据信息和分析预测结果传递给代理层中的数据注册池，数据注册池对其进行解析，并根据解析出来的数据属性在虚拟层数字模块中给数据属性对应的功能模块生成注册后的数字模块，根据用户需求给注册后的数字模块添加交互模块生成新的注册数字模块；
步骤4、数据响应池给注册数字模块分配序列号和优先级，并在三维场景中将所有注册数字模块渲染出来并生成虚拟物联网数字孪生系统。
进一步的，步骤2中，所述权限列表根据传感器的功能种类和工作区域建立。
进一步的，所述传感器的功能种类包括传感器的原理种类和传感器传输的数据种类，传感器的工作区域包括传感器的物理位置。
进一步的，步骤2中，所述分析并预测用户需要的数据的方法包括：
构建回归模型对数据进行拟合和插值，得到物联网设备能被监测到的工作模型，再对所述工作模型进行预测。
进一步的，步骤3中，所述解析出来的数据属性包括：图片、文字、图表和三维模型，所述数据属性对应的功能模块包括图文功能模块、图表功能模块和模型功能模块。
进一步的，步骤3中，所述交互模块为多个，每个交互模块挂载不同的功能，用户可以在三维场景中同一个注册数字模块上切换交互模块用以显示不同的数据内容。
进一步的，步骤4中，数据响应池给注册数字模块分配序列号和优先级后，注册数字模块发送的每次请求或控制命令都会根据优先级在数据响应池中排队，数据响应池按照优先级高低依次向数据平台发送请求或控制命令。
进一步的，步骤1中，所述数据平台按时间顺序存储所有传感器发送的数据信息。
本发明的有益效果是：本发明所述的基于数字孪生的三维可视化方法，能够帮助用户十分简便地设计出一套可视化数字孪生系统，在该系统中用户可以实时查看、编辑和控制整个物联网系统；并且本发明采用实时可编辑三维渲染，不仅让用户更加清晰地了解物联网系统的全貌，还能方便用户进行多元化的二次开发。
附图说明
图1为本发明实施例所述的基于数字孪生的三维可视化系统的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的基于数字孪生的三维可视化方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于数字孪生的三维可视化方法，包括以下步骤：步骤1、收集所有传感器发送的数据信息并将其存储至数据平台，所述数据信息包括传感器的工作状态和物联网设备的工作信息；步骤2、生成权限列表，根据所述权限列表分类统计传感器发送的数据信息，分析并预测用户需要的数据，进而模拟当前物联网设备的虚拟工作状态和工作进度；步骤3、将分类统计的数据信息和分析预测结果传递给代理层中的数据注册池，数据注册池对其进行解析，并根据解析出来的数据属性在虚拟层数字模块中给数据属性对应的功能模块生成注册后的数字模块，根据用户需求给注册后的数字模块添加交互模块生成新的注册数字模块；步骤4、数据响应池给注册数字模块分配序列号和优先级，并在三维场景中将所有注册数字模块渲染出来并生成虚拟物联网数字孪生系统。
该方法首先在收发单元中通过无线传感器网络收集所有传感器传递的数据信息，编辑权限列表并根据权限列表将数据信息存储在数据平台中，数据平台再根据权限列表按传感器的功能种类和工作区域来分类统计传感器的数据信息，计算分析并预测用户需要的数据，进而模拟当前物联网设备的虚拟工作状态和工作进度等；数据注册池将数据平台处理后的数据解析生成注册数字模块再添加交互模块；数据响应池给注册数字模块分配序列号和优先级；最后三维场景将所有注册数字模块渲染生成虚拟物联网数字孪生系统。该方法可以有效地帮助用户十分简便地设计出一套可视化数字孪生系统，还可以让用户更加清晰地了解物联网系统的全貌并实时查看，编辑和控制整个物联网系统。
实施例
如图1所示，用于实现本发明实施例所述的基于数字孪生的三维可视化方法的系统包括：数据层、代理层，虚拟层和渲染层，其中，数据层包括收发单元和数据平台，代理层包括数据注册池和数据响应池，虚拟层包括数字模块和交互模块，渲染层包括三维场景。
本发明实施例所述的基于数字孪生的三维可视化方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1、收集所有传感器发送的数据信息并将其存储至数据平台，所述数据信息包括传感器的工作状态和物联网设备的工作信息；
具体而言，收发单元通过无线传感器网络来收集所有传感器传递的数据信息，包括传感器的工作状态和物联网设备工作信息等，并将数据信息存储在数据平台中。
步骤2、生成权限列表，根据所述权限列表分类统计传感器发送的数据信息，分析并预测用户需要的数据，进而模拟当前物联网设备的虚拟工作状态和工作进度；
具体而言，用户可以对上传数据信息的传感器设置权限等级以生成权限列表，并根据权限列表将数据信息分类存储在数据平台中，用户在设置传感器权限生成权限列表时，用户需要先读取传感器功能种类并预设传感器的工作区域，然后需要根据用户需求对传感器设置不同的访问权限，以便后续一个或多个管理员分别管理不同功能种类和不同工作区域的传感器。
其中，传感器功能种类包括传感器功能原理种类和传输的数据种类等，工作区域包括传感器物理位置，所属单位或部门，所在支路或站点等。
数据平台根据权限列表按照传感器的功能种类或工作区域来统计传感器的数据信息，计算总和环比同比等用户需要的数据结果，并对用户需要的数据进行分析预测，在对所有物联网设备里的传感器进行跟踪的同时模拟当前物联网设备的虚拟工作状态和工作进度等，以便实时在线维护物联网设备。
数据平台需要通过数据库来记录传感器上传的所有数据信息，并且通常按照时间顺序记录数据信息，在对用户需要的数据进行分析预测时，需要构建回归模型对数据进行拟合和插值来得到物联网设备能被监测到的工作模型，再对工作模型进行预测来模拟当前物联网设备的虚拟工作状态和工作进度等，帮助用户掌握物联网设备的工作状态，提前维护物联网设备。
步骤3、将分类统计的数据信息和分析预测结果传递给代理层中的数据注册池，数据注册池对其进行解析，并根据解析出来的数据属性在虚拟层数字模块中给数据属性对应的功能模块生成注册后的数字模块，根据用户需求给注册后的数字模块添加交互模块生成新的注册数字模块；
具体而言，数据平台将统计整理的数据和分析预测结果传递给代理层中的数据注册池，数据注册池根据解析出来的数据属性在虚拟层数字模块中给数据属性对应的功能模块生成注册后的数字模块，用户再根据自己的需求给注册后的数字模块添加交互模块生成新的注册数字模块。
其中，虚拟层数字模块中的功能模块可以包括图文功能模块、图表功能模块和模型功能模块，数据注册池需要对数据平台传递的信息内容进行解析，将信息内容转换为用户可以直接观看到的图片、文字，图表和三维模型等。
在虚拟层数字模块中，用户可以添加多个交互模块来生成新的注册数字模块，每个交互模块可以挂载不同的功能，用户可以在三维场景中同一个注册数字模块上切换交互模块用以显示不同的数据内容，也可以让多个注册数字模块实现同一个交互模块的功能，进而减少注册数字模块访问数据平台的次数。
步骤4、数据响应池给注册数字模块分配序列号和优先级，并在三维场景中将所有注册数字模块渲染出来并生成虚拟物联网数字孪生系统。
具体而言，数据响应池给注册数字模块分配序列号和优先级，这样注册数字模块就可以通过自身的交互模块先在数据响应池订阅自己需要的传感器数据或平台分析预测数据等，再根据优先级顺序在数据响应池中依次接收到自己请求的相关数据；用户还可以通过交互模块中给数据响应池发出控制命令，数据响应池再传递给数据平台，数据平台读取权限列表后在收发单元给权限内的传感器发送控制命令，以达到控制传感器的目的。
其中，数据响应池负责给注册数字模块和数据平台传递数据信息，数据响应池给注册数字模块分配优先级后，注册数字模块每次发送的请求或控制命令都会根据优先级在数据响应池中排队，数据响应池按照优先级高低依次向数据平台发送请求或命令，当收到优先级高的请求或控制命令后，数据响应池会将其插队到优先级低的请求或控制命令之前。
上述步骤中的请求或控制命令只会由数据平台通过收发单元发送给权限内的传感器，用户也可以在数据平台直接修改权限列表，用以达到随时编辑全局物联网设备运行工作状态的目的。
三维场景将所有注册数字模块三维渲染出来并生成虚拟物联网数字孪生系统，用户在三维场景中就可以查询所有物联网设备的工作状态和传感器数据等，还可以对现实中的物联网设备的控制，进而实现用户对整个物联网系统随时查看、编辑和控制。

Claims (8)

1.基于数字孪生的三维可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、收集所有传感器发送的数据信息并将其存储至数据平台，所述数据信息包括传感器的工作状态和物联网设备的工作信息；
步骤2、生成权限列表，根据所述权限列表分类统计传感器发送的数据信息，分析并预测用户需要的数据，进而模拟当前物联网设备的虚拟工作状态和工作进度；
步骤3、将分类统计的数据信息和分析预测结果传递给代理层中的数据注册池，数据注册池对其进行解析，并根据解析出来的数据属性在虚拟层数字模块中给数据属性对应的功能模块生成注册后的数字模块，根据用户需求给注册后的数字模块添加交互模块生成新的注册数字模块；
步骤4、数据响应池给注册数字模块分配序列号和优先级，并在三维场景中将所有注册数字模块渲染出来并生成虚拟物联网数字孪生系统。
2.如权利要器1所述的基于数字孪生的三维可视化方法，其特征在于，步骤2中，所述权限列表根据传感器的功能种类和工作区域建立。
3.如权利要求2所述的基于数字孪生的三维可视化方法，其特征在于，所述传感器的功能种类包括传感器的原理种类和传感器传输的数据种类，传感器的工作区域包括传感器的物理位置。
4.如权利要求1所述的基于数字孪生的三维可视化方法，其特征在于，步骤2中，所述分析并预测用户需要的数据的方法包括：
构建回归模型对数据进行拟合和插值，得到物联网设备能被监测到的工作模型，再对所述工作模型进行预测。
5.如权利要求1所述的基于数字孪生的三维可视化方法，其特征在于，步骤3中，所述解析出来的数据属性包括：图片、文字、图表和三维模型，所述数据属性对应的功能模块包括图文功能模块、图表功能模块和模型功能模块。
6.如权利要求1所述的基于数字孪生的三维可视化方法，其特征在于，步骤3中，所述交互模块为多个，每个交互模块挂载不同的功能，用户可以在三维场景中同一个注册数字模块上切换交互模块用以显示不同的数据内容。
7.如权利要求1所述的基于数字孪生的三维可视化方法，其特征在于，步骤4中，数据响应池给注册数字模块分配序列号和优先级后，注册数字模块发送的每次请求或控制命令都会根据优先级在数据响应池中排队，数据响应池按照优先级高低依次向数据平台发送请求或控制命令。
8.如权利要求1所述的基于数字孪生的三维可视化方法，其特征在于，步骤1中，所述数据平台按时间顺序存储所有传感器发送的数据信息。
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