CN112949170A - 一种基于数字孪生技术的运营推演系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种基于数字孪生技术的运营推演系统及方法，包括：推演参数输入界面模块，用于将输入的推演参数传递至参数交互数据库模块中，为推演提供数据；参数交互数据库模块，用于存储推演参数与系统实际运行数据，并将存储的推演参数与系统实际运行数据传递至数字孪生内核模块，为其提供进行推演分析的材料；数字孪生内核模块，用于提供进行推演的平台，结合实际的运行数据，生成运营推演的各项数据，将数据存入系统运行数据库模块；对比实际数据与推演数据，实现系统能力评估和运营决策；系统运行数据库模块，用于按类别存储运营推演生成的各项数据和数字孪生内核模块分析所得结果，实现读取并将数据与结果传送至可视化展示模块。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通智能运营技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生技术的运营推演系统及方法。
背景技术
目前，牵引供电系统是城市轨道交通系统的最核心部分，为列车运行提供持续、稳定的能量供给，是城市轨道交通系统安全平稳运行的重要保障。供电系统中的设备在运行过程中难免会出现一些故障，在应对这些故障时存在一些问题，比如：目前主要是计划修、存在欠修或过修的情况、故障难以迅速定位、缺少实时的分析评估工具和需要较多运维人员。这些问题会带来设备维护成本过高、故障处理周期过长、人员投入成本过高等结果。因此，需要一种能实现城市轨道交通系统牵引供电系统智能运营的方法。
发明内容
本发明的实施例提供了一种基于数字孪生技术的运营推演系统及方法，提高模型的精确度。
一种基于数字孪生技术的运营推演系统，包括：
推演参数输入界面模块、参数交互数据库模块、数字孪生内核模块、系统运行数据库模块；
所述推演参数输入界面模块，用于提供外部推演参数输入的入口，将输入的推演参数传递至参数交互数据库模块中，为推演提供数据；
所述参数交互数据库模块，用于存储推演参数与系统实际运行数据，并将存储的推演参数与系统实际运行数据传递至数字孪生内核模块，为其提供进行推演分析的材料；
所述数字孪生内核模块，用于建立整个系统的数字模型，提供进行推演的平台，结合实际的运行数据，生成运营推演的各项数据，将数据存入系统运行数据库模块；对比实际数据与推演数据，实现系统能力评估和运营决策；
所述的系统运行数据库模块，用于按类别存储运营推演生成的各项数据和数字孪生内核模块分析所得结果，实现快速读取并将数据与结果传送至可视化展示模块。
一种基于数字孪生技术的运营推演方法包括：
步骤1，推演参数输入界面模块获取输入推演参数，将推演参数与系统实际运行数据存入参数交互数据库模块；
步骤2，数字孪生内核模块从参数交互数据库模块中读取推演参数，结合实际的运行数据，并进行运营推演，模拟系统运行过程，生成各项数据和系统能力评估和运营决策结果，存入系统运行数据库模块。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例中，相比于传统仿真模型，其模型更精确，模型在仿真时结合城市轨道交通系统牵引供电系统实际运行过程中各个设备产生的实际数据，实现系统能力评估和运营决策，对城市轨道交通系统牵引供电系统的安全高效运行具有重要意义。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于数字孪生技术的运营推演系统的实现原理示意图。
图2为本发明的基于数字孪生技术的运营推演方法的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
如图1所述，为本发明所述的一种基于数字孪生技术的运营推演系统，包括：
推演参数输入界面模块、参数交互数据库模块、数字孪生内核模块、系统运行数据库模块；
所述推演参数输入界面模块，用于提供外部推演参数输入的入口，将输入的推演参数传递至参数交互数据库模块中，为推演提供数据；
所述参数交互数据库模块，用于存储推演参数与系统实际运行数据，并将存储的推演参数与系统实际运行数据传递至数字孪生内核模块，为其提供进行推演分析的材料；
所述数字孪生内核模块，用于建立整个系统的数字模型，提供进行推演的平台，结合实际的运行数据，生成运营推演的各项数据，将数据存入系统运行数据库模块；对比实际数据与推演数据，实现系统能力评估和运营决策；
所述的系统运行数据库模块，用于按类别存储运营推演生成的各项数据和数字孪生内核模块分析所得结果，实现快速读取并将数据与结果传送至可视化展示模块。
所述的系统，还包括：
可视化展示模块，用于以三维模型、图示、或表格的形式，展示运营推演系统的推演数据以及推演结果。
如图2所述，为本发明所述的一种基于数字孪生技术的运营推演方法，包括：
步骤1，推演参数输入界面模块获取输入推演参数，将推演参数与系统实际运行数据存入参数交互数据库模块；所述步骤1包括：设置运营推演系统参数，包括列车发车间隔、设备性能、电气特性、推演起始时间、推演结束时间的参数数据，通过运营推演系统软件的可视化界面输入，并存储入数据库中的推演参数表格；
步骤2，数字孪生内核模块从参数交互数据库模块中读取推演参数，结合实际的运行数据，并进行运营推演，模拟系统运行过程，生成各项数据和系统能力评估和运营决策结果，存入系统运行数据库模块。
所述的方法，还包括：
步骤3，可视化展示模块从系统运行数据库模块中读取数据与结果，并显示数据与结果。
所述步骤2包括：
步骤21，数字孪生内核模块从参数交互数据库模块的推演参数表格中读取运营推演系统参数，进行系统推演，实时生成各推演对象的运行数据，并将所述运行数据存入系统运行数据库模块；
步骤22，数字孪生内核模块根据推演生成的数据，利用卷积神经网络架构对比实际运行状况和推演运行状况，获得差值并进而分析系统内各设备的运行状态、寿命状态，定位故障设备并发出警报。
步骤23，系统运行数据库模块接收并存储数字孪生内核模块运行推演产生的结果，将数据和结果按照设备的种类分类别存储，一条数据信息包括设备ID、时间、参数数据、状态数据。
其中，所述推演对象分为三部分：运营线路、服务支持系统和保障支持系统；
所述运营线路的模型分为两种：三维运营模型和二维原理图模型；
所述三维运营模型包括：线路、列车、车站的三维模型，模型在虚拟空间按照地铁系统的真实情况运行；
其中，所述服务支持系统由Matlab平台的m函数搭建，包括列车和站场设备；列车的运行数据包括：速度、电压、电流、安全裕度、安全预警等，站场设备包括售票机、闸机、电扶梯、站台屏蔽门；
所述保障支持系统由Matlab平台的m函数搭建，包括供电系统、基础设施、FAS/BAS、救援支持等，其中供电系统包括主变电所、牵引/降压所、降压所、中压环网、接触网。
所述运行数据包括：电压、电流、功率、温度、健康状态、剩余寿命、健康指数。
以下描述本发明的应用场景。
数字孪生是由美国密歇根大学的Michael Grieves教授于2003年首次提出。之后被NASA和美国空军所采用和发展，用于航空航天飞行器的健康维护与保障。数字孪生是指在虚拟空间构建的可以表征物理实体特征、形成过程和行为的虚拟数字化表达，具有多物理性、多尺度性和概率性等特点。数字孪生在理想情况下包含了物理实体的所有信息，是物理实体在虚拟空间的镜像。与普通仿真相比，数字孪生系统能反映对象从微观到宏观的所有特性，展示设备生命周期的演进过程，能够有效地解决信息空间和物理空间信息数据难以融合的问题。因此，将数字孪生技术应用于城市轨道交通系统牵引供电系统的智能运营能很好地解决其运行过程中出现的问题。
本发明提供一种基于数字孪生技术的运营推演系统，包括：推演参数输入界面模块、参数交互数据库模块、数字孪生内核模块、系统运行数据库模块和可视化展示模块。
所述的推演参数输入界面模块，用于提供外部推演参数输入的入口，将输入的推演参数传递至参数交互数据库模块中，为推演提供关键数据。
所述的参数交互数据库模块，用于存储推演参数与系统实际运行数据，并将存储的推演参数与系统实际运行数据传递至数字孪生内核模块，为其提供进行推演分析的材料。
所述的数字孪生内核模块用于建立整个系统的数字模型，提供进行推演的平台，结合实际的运行数据，生成运营推演的各项数据，将数据存入系统运行数据库模块。对比实际数据与推演数据，实现系统能力评估和运营决策。
所述的系统运行数据库模块用于按类别存储运营推演生成的各项数据和数字孪生内核模块分析所得结果，可实现快速读取并将数据与结果传送至可视化展示模块。
所述的可视化模块展示包括三维模型、图示、表格，用于展示运营推演系统的推演数据以及推演结果。
本发明提供一种基于数字孪生技术的运营推演方法，所述推演系统的工作流程包括以下步骤：
步骤一，在推演参数输入界面模块输入推演参数，将推演参数与系统实际运行数据存入参数交互数据库模块；
步骤二，数字孪生内核模块从参数交互数据库模块中读取推演参数，结合实际的运行数据，并开始运营推演，模拟系统运行过程，生成各项数据和系统能力评估和运营决策结果，存入系统运行数据库模块。
步骤三，从系统运行数据库模块中读取数据与结果，通过可视化展示模块显示数据与结果。
如上所述，本发明实施例提供的实施例，相比于传统仿真模型，其模型更精确，模型在仿真时结合城市轨道交通系统牵引供电系统实际运行过程中各个设备产生的实际数据，实现系统能力评估和运营决策，对城市轨道交通系统牵引供电系统的安全高效运行具有重要意义。
以下描述另一种应用场景。
本发明提供一种基于数字孪生技术的运营推演方法，如图1所示，其具体实施方式包括以下步骤：
步骤1，设置运营推演系统参数，包括列车发车间隔、设备性能、电气特性、推演起始时间、推演结束时间等参数数据，通过运营推演系统软件的可视化界面输入，并存储入数据库中的推演参数表格。
步骤2，数字孪生内核从数据库的推演参数表格中读取运营推演系统参数，开始系统推演，生成推演对象的推演数据。推演对象分为三部分：运营线路、服务支持系统和保障支持系统。
步骤3，运营线路的模型分为两种：三维运营模型和二维原理图模型。三维运营模型包括线路、列车、车站等的三维模型，模型在虚拟空间按照地铁系统的真实情况运行。二维原理图模型
步骤4，服务支持系统由Matlab平台的m函数搭建，包括列车和站场设备，列车的运行数据包括：速度、电压、电流、安全裕度、安全预警等，站场设备包括售票机、闸机、电扶梯、站台屏蔽门等。
步骤5，保障支持系统由Matlab平台的m函数搭建，包括供电系统、基础设施、FAS/BAS、救援支持等，其中供电系统包括主变电所、牵引/降压所、降压所、中压环网、接触网等。
步骤6，系统在推演过程中实时生成各推演对象的运行数据，包括电压、电流、功率、温度、健康状态、剩余寿命、健康指数等，并将数据存入系统运行数据库。
步骤7，数字孪生内核根据推演生成的数据，利用卷积神经网络架构对比实际运行状况和推演运行状况，获得差值并进而分析系统内各设备的运行状态、寿命状态等，定位故障设备并发出警报。
步骤8，系统运行数据库用于接收并存储数字孪生内核模块运行推演产生的结果，将数据和结果按照设备的种类分类别存储，一条数据信息包括设备ID、时间、参数数据、状态数据等。
步骤9，可视化展示模块用于读取系统运行数据库模块中的各设备数据和运行状态、寿命状态等，通过可视化界面展示给用户。综上所述，本发明实施例提出了一种基于数字孪生技术的运营推演系统及方法，相比于传统仿真模型，其模型更精确，模型在仿真时结合城市轨道交通系统牵引供电系统实际运行过程中各个设备产生的实际数据，实现系统能力评估和运营决策，对城市轨道交通系统牵引供电系统的安全高效运行具有重要意义。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于数字孪生技术的运营推演系统，其特征在于，包括：
推演参数输入界面模块、参数交互数据库模块、数字孪生内核模块、系统运行数据库模块；
所述推演参数输入界面模块，用于提供外部推演参数输入的入口，将输入的推演参数传递至参数交互数据库模块中，为推演提供数据；
所述参数交互数据库模块，用于存储推演参数与系统实际运行数据，并将存储的推演参数与系统实际运行数据传递至数字孪生内核模块，为其提供进行推演分析的材料；
所述数字孪生内核模块，用于建立整个系统的数字模型，提供进行推演的平台，结合实际的运行数据，生成运营推演的各项数据，将数据存入系统运行数据库模块；对比实际数据与推演数据，实现系统能力评估和运营决策；
所述的系统运行数据库模块，用于按类别存储运营推演生成的各项数据和数字孪生内核模块分析所得结果，实现快速读取并将数据与结果传送至可视化展示模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
可视化展示模块，用于以三维模型、图示、或表格的形式，展示运营推演系统的推演数据以及推演结果。
3.一种基于数字孪生技术的运营推演方法，其特征在于，包括：
步骤1，推演参数输入界面模块获取输入推演参数，将推演参数与系统实际运行数据存入参数交互数据库模块；
步骤2，数字孪生内核模块从参数交互数据库模块中读取推演参数，结合实际的运行数据，并进行运营推演，模拟系统运行过程，生成各项数据和系统能力评估和运营决策结果，存入系统运行数据库模块。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
步骤3，可视化展示模块从系统运行数据库模块中读取数据与结果，并显示数据与结果。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述步骤1包括：设置运营推演系统参数，包括列车发车间隔、设备性能、电气特性、推演起始时间、推演结束时间的参数数据，通过运营推演系统软件的可视化界面输入，并存储入数据库中的推演参数表格。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤21，数字孪生内核模块从参数交互数据库模块的推演参数表格中读取运营推演系统参数，进行系统推演，实时生成各推演对象的运行数据，并将所述运行数据存入系统运行数据库模块；
步骤22，数字孪生内核模块根据推演生成的数据，利用卷积神经网络架构对比实际运行状况和推演运行状况，获得差值并进而分析系统内各设备的运行状态、寿命状态，定位故障设备并发出警报。
步骤23，系统运行数据库模块接收并存储数字孪生内核模块运行推演产生的结果，将数据和结果按照设备的种类分类别存储，一条数据信息包括设备ID、时间、参数数据、状态数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述推演对象分为三部分：运营线路、服务支持系统和保障支持系统；
所述运营线路的模型分为两种：三维运营模型和二维原理图模型；
所述三维运营模型包括：线路、列车、车站的三维模型，模型在虚拟空间按照地铁系统的真实情况运行；
其中，所述服务支持系统由Matlab平台的m函数搭建，包括列车和站场设备；列车的运行数据包括：速度、电压、电流、安全裕度、安全预警等，站场设备包括售票机、闸机、电扶梯、站台屏蔽门；
所述保障支持系统由Matlab平台的m函数搭建，包括供电系统、基础设施、FAS/BAS、救援支持等，其中供电系统包括主变电所、牵引/降压所、降压所、中压环网、接触网。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述运行数据包括：电压、电流、功率、温度、健康状态、剩余寿命、健康指数。
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| 罗芹;水滨;欧阳院平;: "BIM技术在城市轨道交通行业的应用", 现代城市轨道交通, no. 12, pages 76 - 79 * |
| 钟铨;: "城轨列车智能运维技术体系框架研究", 现代城市轨道交通, no. 08, pages 93 - 98 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113792419A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-14 | 北京市地铁运营有限公司供电分公司 | 一种城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真设计方法 |
| CN113792419B (zh) * | 2021-08-30 | 2024-02-06 | 北京市地铁运营有限公司供电分公司 | 一种城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真设计方法 |
| CN113919880A (zh) * | 2021-10-21 | 2022-01-11 | 中国电力科学研究院有限公司 | 市场运营推演案例比对分析方法、系统、设备及存储介质 |
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