CN116088325A - 一种基于数字孪生的家居设备控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

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汪壮雄
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Abstract

本发明公开了一种基于数字孪生的家居设备控制方法、装置及存储介质，其中方法包括：获取家居设备的实时运行信息；根据家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建家居设备的数字孪生模型；设定家居设备的目标性能要求，在数字孪生模型中进行仿真分析，得到目标运行方案；根据目标运行方案控制家居设备运行，使家居设备的运行达到目标性能要求。本发明根据家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建家居设备的数字孪生模型，并基于数字孪生模型得到目标运行方案，根据目标运行方案控制家居设备达到目标性能要求，无需通过手势或语音输入控制指令，避免出现无法识别控制指令或错误识别控制指令的情况发生，从而能够有效提高家居设备控制的准确性。

Description

一种基于数字孪生的家居设备控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及智能家居技术领域，尤其是涉及一种基于数字孪生的家居设备控制方法、装置及存储介质。
背景技术
随着家居设备智能化的发展，家居设备可以连接至网络中，并通过网络与其他设备进行通信。由于不同的家居设备可能具备不同的功能，如果合理地控制家居设备，则可以充分利用各个家居设备的功能。
现有的家居设备控制方法通常为通过接收用户输入的语音控制指令或手势控制指令实现家居的控制，但是语音控制方式和手势控制方式存在对控制指令识别不准确的问题，容易遗漏控制指令或无法正确响应控制指令，导致对家居设备控制的准确性较低的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种基于数字孪生的家居设备控制方法、装置及存储介质，以解决现有的家居设备控制方法存在对控制指令识别不准确的问题，容易遗漏控制指令或无法正确响应控制指令，导致对家居设备控制的准确性较低的技术问题的技术问题。
本发明的一个实施例提供了一种基于数字孪生的家居设备控制方法，包括：
获取家居设备的实时运行信息；
根据所述家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建所述家居设备的数字孪生模型；
设定所述家居设备的目标性能要求，在所述数字孪生模型中进行仿真分析，得到目标运行方案；
根据所述目标运行方案控制所述家居设备运行，使所述家居设备达到所述目标性能要求。
进一步的，所述获取家居设备的实时运行信息，包括：
通过设置传感设备，以传感方式获取所述家居设备的实时运行信息。
进一步的，所述获取家居设备的实时运行信息，包括：
根据所述家居设备对应的通信协议，通过网口通讯的方式采集得到所述设备的实时运行数据。
进一步的，所述通信协议包括标准工业协议、自定义报文协议和非工业协议。
进一步的，所述根据所述家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建所述家居设备的数字孪生模型，包括：
结合模型驱动建模技术和数据驱动建模技术构建所述家居设备的数字孪生模型。
进一步的，在构建所述家居设备的数字孪生模型之后，所述家居设备控制方法还包括：
设置所述家居设备的第一性能要求，并获取所述家居设备在满足第一新能要求时的实际运行数据；
基于所述第一性能要求，控制所述数字孪生模型运行，获取所述数字孪生模型在运行过程中产生的虚拟运行数据；
在所述虚拟运行数据和所述实际运行数据的差值在第一预设阈值区间内时，判断所述数字孪生模型满足预设要求。
进一步的，所述家居设备控制方法还包括：
基于所述数字孪生模型，根据所述实时运行数据分析所述家居设备是否存在异常，并在所述家居设备存在异常时，根据所述家居设备的异常类型生成异常处理方案。
本发明的一个实施例提供了一种基于数字孪生的家居设备控制装置，包括：
运行信息获取模块，用于获取家居设备的实时运行信息；
数字孪生模型构建模块，用于根据所述家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建所述家居设备的数字孪生模型；
模型仿真分析模块，用于设定所述家居设备的目标性能要求，在所述数字孪生模型中进行仿真分析，得到目标运行方案；
家居设备控制模块，用于根据所述目标运行方案控制所述家居设备运行，使所述家居设备达到所述目标性能要求。
本发明的一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的基于数字孪生的家居设备控制装置。
本发明实施例根据所述家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建所述家居设备的数字孪生模型，设定所述家居设备的目标性能要求，在所述数字孪生模型中进行仿真分析，得到目标运行方案，并根据所述目标运行方案控制所述家居设备运行，能够使得家居设备精准达到目标性能要求，无需通过手势或语音输入控制指令，避免出现无法识别控制指令或错误识别控制指令的情况发生，从而能够有效提高家居设备的准确性
进一步的，本发明实施例基于所述数字孪生模型，根据所述实时运行数据分析所述家居设备是否存在异常，并在所述家居设备存在异常时，根据所述家居设备的异常类型生成异常处理方案，能够及时判断到家居设备是否存在数据异常，并生成响应的异常异常处理方案，从而能够控制家居设备正常运行，能够有效提高家居设备运行的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于数字孪生的家居设备控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于数字孪生的家居设备控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1，本发明的一个实施例提供了本发明的一个实施例提供了一种基于数字孪生的家居设备控制方法，包括：
S1、获取家居设备的实时运行信息；
在本发明实施例中，家居设备包括空调、冰箱和电视等。本发明实施例在获取家居设备的运行信息的同时，还可以获取家居设备的属性信息，以提高数字孪生模型构建的可靠性。
S2、根据家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建家居设备的数字孪生模型；
在本发明实施例中，构建数字孪生模型可以为包括：根据家居设备的实时运行信息和历史运行信息，结合模型驱动建模技术和数据驱动建模技术构建家居设备的数字孪生模型。
也可以基于BIM技术构建目标区域的BIM模型，BIM模型包括了目标区域的所有家居设备，将家居设备的实时运行信息和历史运行信息映射在BIM模型中，以形成家居设备的数字孪生模型。
S3、设定家居设备的目标性能要求，在数字孪生模型中进行仿真分析，得到目标运行方案；
在本发明实施例中，目标性能要求是家居设备在某个设定时间段内需要得到的性能要求，例如，室内空调的目标性能设定为在半小时内使得室内温度得到20°-22°，本发明实施例基于该目标性能要求，在数字孪生模型中控制虚拟的室内空调运行，当虚拟的室内空调达到该目标性能要求时，记录此时的室内空调的运行数据，根据运行数据生成目标运行方案，根据目标运行方案控制室内空调运行，使得室内空调能够在半小时内使得室内温度达到20°-22°。从而实现家居设备的精准控制。
S4、根据目标运行方案控制家居设备运行，使家居设备达到目标性能要求。
在本发明实施例中，根据目标运行方案控制家居设备运行，能够使得家居设备精准达到目标性能要求，避免出现无法识别控制指令或错误识别控制指令的情况发生，从而能够有效提高家居设备控制的准确性。
在一个实施例中，获取家居设备的实时运行信息，包括：
通过设置传感设备，以传感方式获取家居设备的实时运行信息。
在本发明实施例中，传感设备包括传感器、仪表和采集器的至少一种。本发明实施例通过传感设备感知的方式能够准确获取家居设备的实时运行信息。
在一个实施例中，获取家居设备的实时运行信息，包括：
根据家居设备对应的通信协议，通过网口通讯的方式采集得到设备的实时运行数据。
在本发明实施例中，通信协议包括标准工业协议、自定义报文协议和非工业协议。通常地，家居设备通常为标准工业协议设备，例如冰箱、空调以及整合后的PLC设备，标准工业协议包括Modbus协议和profibus协议。针对标准工业协议设备，可以利用Keperver服务将多源的设备数据统一转换为基于OPC UA协议规则的数据格式，以实现标准工业协议设备的接入和集成。
在一个实施例中，根据家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建家居设备的数字孪生模型，包括：
结合模型驱动建模技术和数据驱动建模技术构建家居设备的数字孪生模型。
可选地，结合模型驱动建模和数据驱动建模构建数字孪生模型的一种实施方式为：
获取家居设备实体的属性数据和状态数据；
基于家居设备实体的属性数据构建属性孪生子模型，基于家居设备实体的状态数据构建状态孪生子模型，根据模型驱动建模和数据驱动建模的方式将状态孪生子模型和属性孪生子模型进行叠加处理，即得到数字孪生模型。
在一个实施例中，在构建家居设备的数字孪生模型之后，还包括：
设置家居设备的第一性能要求，并获取家居设备在满足第一新能要求时的实际运行数据；
在本发明实施例中，第一性能要求为用于测试构建的数字孪生模型是否满足预设要求的性能要求，设置家居设备的第一性能要求，并记录家居设备达到第一性能要求时所需的实际运行数据。在本发明实施例中，获取家居设备的历史数据，从家居设备的历史数据中选择家居设备在正常运行时的一个性能数据作为第一性能要求，并记录第一性能要求对应的实际运行数据。
基于第一性能要求，控制数字孪生模型运行，获取数字孪生模型在运行过程中产生的虚拟运行数据；
在本发明实施例中，通过数字孪生模型仿真分析，模拟得到当前环境条件下，家居设备达到第一性能要求时的虚拟运行数据。
在虚拟运行数据和实际运行数据的差值在第一预设阈值区间内时，判断数字孪生模型满足预设要求。
在本发明实施例中，当虚拟运行数据与实际运行数据的差值在第一预设阈值区间内时，说明数字孪生模型产生的误差范围是可以被接受的，判断数字孪生模型满足预设要求。
在一个实施例中，还包括：
基于数字孪生模型，根据实时运行数据分析家居设备是否存在异常，并在家居设备存在异常时，根据家居设备的异常类型生成异常处理方案。
在本发明实施例中，当家居设备的当前状态存在异常或故障是，此时获取得到的实时运行数据无法实现家居设备的准确控制。本发明实施例在构建数字孪生模型之后，基于数字孪生模型判断测试家居设备是否存在异常，具体可以通过将实时运行数据与预设第二阈值范围进行比对，当实时运行数据不在预设第二阈值范围时，判断此时家居设备发生异常，例如，当实时运行数据高于第二预设阈值范围时，判断此时家居设备的数据过低异常；当实时运行数据低于第二预设阈值范围时，判断此时家居设备的数据过高异常。在判断到家居设备存在异常时，生成对应的异常处理方案，例如，当数据过低异常时，异常处理方案为控制家居设备的运行数据升高的控制指令；当数据过高异常时，异常处理方案为控制家居设备的运行数据降低的控制指令。可以根据异常处理方案控制家居设备运行，使得家居设备的运行数据正常，再通过数字孪生模型进行仿真分析，以得到目标运行方案。
实施本发明实施例，具有以下有益效果：
本发明实施例根据家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建家居设备的数字孪生模型，设定家居设备的目标性能要求，在数字孪生模型中进行仿真分析，得到目标运行方案，并根据目标运行方案控制家居设备运行，能够使得家居设备精准达到目标性能要求，无需通过手势或语音输入控制指令，避免出现无法识别控制指令或错误识别控制指令的情况发生，从而能够有效提高家居设备控制的准确性
进一步的，本发明实施例基于数字孪生模型，根据实时运行数据分析家居设备是否存在异常，并在家居设备存在异常时，根据家居设备的异常类型生成异常处理方案，能够及时判断到家居设备是否存在数据异常，并生成响应的异常异常处理方案，从而能够控制家居设备正常运行，能够有效提高家居设备运行的可靠性。
请参阅图2，基于与上述实施例相同的发明构思，本发明的一个实施例提供了一种基于数字孪生的家居设备控制装置，包括：
运行信息获取模块10，用于获取家居设备的实时运行信息；
数字孪生模型构建模块20，用于根据家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建家居设备的数字孪生模型；
模型仿真分析模块30，用于设定家居设备的目标性能要求，在数字孪生模型中进行仿真分析，得到目标运行方案；
家居设备控制模块40，用于根据目标运行方案控制家居设备运行，使家居设备达到目标性能要求。
在一个实施例中，运行信息获取模块10还用于：
通过设置传感设备，以传感方式获取家居设备的实时运行信息。
在一个实施例中，运行信息获取模块10还用于：
根据家居设备对应的通信协议，通过网口通讯的方式采集得到设备的实时运行数据。
在一个实施例中，通信协议包括标准工业协议、自定义报文协议和非工业协议。
在一个实施例中，数字孪生模型构建模块20还用于：
结合模型驱动建模技术和数据驱动建模技术构建家居设备的数字孪生模型。
在一个实施例中，家居设备控制装置还包括模型验证模块，用于：
设置家居设备的第一性能要求，并获取家居设备在满足第一新能要求时的实际运行数据；
基于第一性能要求，控制数字孪生模型运行，获取数字孪生模型在运行过程中产生的虚拟运行数据；
在虚拟运行数据和实际运行数据的差值在第一预设阈值区间内时，判断数字孪生模型满足预设要求。
在一个实施例中，还包括异常处理方案生成模块，用于：
基于数字孪生模型，根据实时运行数据分析家居设备是否存在异常，并在家居设备存在异常时，根据家居设备的异常类型生成异常处理方案。
本发明的一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行如上述的基于数字孪生的家居设备控制装置。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于数字孪生的家居设备控制方法，其特征在于，包括：
获取家居设备的实时运行信息；
根据所述家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建所述家居设备的数字孪生模型；
设定所述家居设备的目标性能要求，在所述数字孪生模型中进行仿真分析，得到目标运行方案；
根据所述目标运行方案控制所述家居设备运行，使所述家居设备达到所述目标性能要求。
2.如权利要求1所述的基于数字孪生的家居设备控制方法，其特征在于，所述获取家居设备的实时运行信息，包括：
通过设置传感设备，以传感方式获取所述家居设备的实时运行信息。
3.如权利要求1所述的基于数字孪生的家居设备控制方法，其特征在于，所述获取家居设备的实时运行信息，包括：
根据所述家居设备对应的通信协议，通过网口通讯的方式采集得到所述设备的实时运行数据。
4.如权利要求3所述的基于数字孪生的家居设备控制方法，其特征在于，所述通信协议包括标准工业协议、自定义报文协议和非工业协议。
5.如权利要求1所述的基于数字孪生的家居设备控制方法，其特征在于，所述根据所述家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建所述家居设备的数字孪生模型，包括：
结合模型驱动建模技术和数据驱动建模技术构建所述家居设备的数字孪生模型。
6.如权利要求1所述的基于数字孪生的家居设备控制方法，其特征在于，在构建所述家居设备的数字孪生模型之后，还包括：
设置所述家居设备的第一性能要求，并获取所述家居设备在满足第一新能要求时的实际运行数据；
基于所述第一性能要求，控制所述数字孪生模型运行，获取所述数字孪生模型在运行过程中产生的虚拟运行数据；
在所述虚拟运行数据和所述实际运行数据的差值在第一预设阈值区间内时，判断所述数字孪生模型满足预设要求。
7.如权利要求1所述的基于数字孪生的家居设备控制方法，其特征在于，还包括：
基于所述数字孪生模型，根据所述实时运行数据分析所述家居设备是否存在异常，并在所述家居设备存在异常时，根据所述家居设备的异常类型生成异常处理方案。
8.一种基于数字孪生的家居设备控制装置，其特征在于，包括：
运行信息获取模块，用于获取家居设备的实时运行信息；
数字孪生模型构建模块，用于根据所述家居设备的实时运行信息和历史运行信息，构建所述家居设备的数字孪生模型；
模型仿真分析模块，用于设定所述家居设备的目标性能要求，在所述数字孪生模型中进行仿真分析，得到目标运行方案；
家居设备控制模块，用于根据所述目标运行方案控制所述家居设备运行，使所述家居设备达到所述目标性能要求。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的基于数字孪生的家居设备控制装置。
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