CN117196528A - 基于数字孪生的数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据处理技术领域。更具体地，本发明涉及一种基于数字孪生的数据处理方法。包括分别构建校园内每一类资产的数字孪生模型，并依据构建的数字孪生模型对校园资产进行管理；所述的数字孪生模型包括校园土地与环境的数字孪生模型以及楼宇设备的数字孪生模型，所述的校园土地与环境的数字孪生模型根据GIS数据、CAD图纸数据以及现场踏勘数据进行构建，用于表征学校周边一百平方公里的地形、道路以及水域；所述的楼宇设备的数字孪生模型依据楼宇设备的属性信息进行构建，用于对楼宇设备的全生命周期的运行状态进行模拟仿真。采用本发明的方法大大提高了校园资产管理的效率和精确度。

Description

基于数字孪生的数据处理方法

技术领域

本发明一般地涉及数据处理技术领域。更具体地，本发明涉及一种基于数字孪生的数据处理方法。

背景技术

校园内的资产数量大，并且面临着不断的更新与换代，对设备资产、空间资产而言，缺乏有效和精细化的管理手段，会花费大量的人力物力。现有的对校园资产管理的方法是采用大量的信息化系统，涵盖了资产、财务、教务、人事、科研、大型仪器设备、推广、后勤、保卫等日常管理的各个方面。但是信息化系统中的资产数据仅含部分人财物等结果型主数据，并不包含资产的全生命周期过程数据，无法得知真实、准确的资产全生命周期数据情况，例如资产准确率、资产使用效率、实时使用状况等。

发明内容

为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过构建资产的数字孪生模型对资产进行管理。为此，本发明在如下的多个方面中提供方案。

在第一方面中，本发明提供了一种基于数字孪生的数据处理方法，包括：采集校园内各个建筑的空间位置信息、外观信息、功能信息、材质信息以及建筑内设备的参数信息；依据采集的空间位置信息、外观信息、功能信息以及材质信息构建校园建筑的数字孪生模型，以对校园内的建筑进行管理；依据所述参数信息构建楼宇设备的数字孪生模型，以对楼宇设备的全生命周期的运行状态进行模拟仿真。

其有益效果为：通过构建校园内所有资产的数字孪生模型，可以准确地获取资产的全生命周期过程数据，得知真实、准确的资产全生命周期数据情况，大大提高了校园资产管理的效率和精确度；通过构建校园建筑的数字孪生模型，可以方便地对校园建筑进行管理。

在一个实施例中，构建所述楼宇设备的数字孪生模型并对其进行管理包括：

获取物理空间中的楼宇设备的属性信息；

依据所述楼宇设备的属性信息在虚拟空间中构建楼宇设备的数字孪生模型以对楼宇设备进行仿真；

根据楼宇设备的仿真结果对楼宇设备进行性能评估以及性能预测。

在另一个实施例中，所述的楼宇设备的属性信息包括楼宇设备的三维尺寸信息、功率信息、动作过程信息以及楼宇设备模型图像信息。

在另一个实施例中，所述对楼宇设备进行性能评估包括：若楼宇设备运行数据超出楼宇设备正常运行范围，则判定为楼宇设备性能不合格。

在另一个实施例中，所述构建楼宇设备的数字孪生模型包括：

构建楼宇设备的逻辑模型和本体模型；

将本体模型内部的数据和逻辑模型内部的数据对齐并将两者同步，生成楼宇设备的当前逻辑模型；

依据楼宇设备参数以及楼宇设备运行数据对所述当前逻辑模型的内部逻辑数据进行更新，生成楼宇设备的初始数字孪生模型；

基于复合事件处理技术对初始数字孪生模型的实时状态变化进行分析判断，并通过相关事件的触发来驱动内部本体模型进行更新，生成楼宇设备的数字孪生模型。

其有益效果为：通过引进楼宇设备的数字建模原型并结合本体相关特性与相关技术实现数字孪生模型的构建，有助于对楼宇设备的全生命周期进行实时监控。通过结合复合事件分析技术可完成本体模型的更新，不依赖于应用需要，准确地反映其当前状态和动作，使得动态本体模型可持续使用。

在再一个实施例中，还包括：

基于运行方案控制楼宇设备运行，获取楼宇设备运行过程中所产生的实际运行数据；其中，所述实际运行数据表征所述楼宇设备的运行性能；

基于所述运行方案控制所述数字孪生模型运行，获取所述数字孪生模型运行过程中所产生的虚拟运行数据；其中，所述虚拟运行数据表征所述数字孪生模型的运行性能；

在所述虚拟运行数据和所述实际运行数据之间的误差大于第一阈值的情况下，对所述数字孪生模型进行校正，以使所述数字孪生模型的仿真度符合仿真条件。

其有益效果为：通过对楼宇设备的数字孪生模型进行校正，可以进一步提高对楼宇设备管理的效率和精确性。

在又一个实施例中，所述的校园资产管理包括对校园内楼宇设备的全生命周期管理，包括以下步骤：

在楼宇设备台账信息库录入与楼宇设备相关的信息；所述楼宇设备台账信息库用于对楼宇设备相关信息进行存储与管理；

基于楼宇设备台账信息库的各部件预设检修时间点和楼宇设备的空间位置，向相应运维人员的手持移动终端推送提醒信；

运维人员依据推送信息的位置信息，到达相应地点，依据楼宇设备的数字孪生模型信息对零部件进行精准定位，进行检修工作；

运维人员完成后检修后，将检修作业信息通过手持移动终端上报，录入楼宇设备台账信息库。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1示出了适于实现本发明实施方式的示例性计算系统100的框图

图2示意性地示出了本发明的校园资产管理方法流程图；

图3示意性地示出了本发明的楼宇设备的管理方法流程图；

图4示意性地示出了楼宇设备的数字孪生模型的构建方法流程图；

图5示意性地示出了基于复合事件处理技术生成楼宇设备的数字孪生模型的过程示意图；

图6示意性地示出了楼宇设备的数字孪生模型校正方法流程图；

图7示意性地示出了对楼宇设备进行全生命周期管理的方法流程图。

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。

图1示出了适于实现本发明实施方式的示例性计算系统100的框图。如图1所示，计算系统100可以包括：中央处理单元(CPU)101、随机存取存储器(RAM)102、只读存储器(ROM)103、系统总线104、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行接口控制器107、并行接口控制器108、显示控制器109、硬盘110、键盘111、串行外部设备112、并行外部设备113和显示器114。这些设备中，与系统总线104耦合的有CPU 101、RAM 102、ROM 103、硬盘控制器105、键盘控制器106、串行控制器107、并行控制器108和显示控制器109。硬盘110与硬盘控制器105耦合，键盘111与键盘控制器106耦合，串行外部设备112与串行接口控制器107耦合，并行外部设备113与并行接口控制器108耦合，以及显示器114与显示控制器109耦合。应当理解，图1所述的结构框图仅仅是为了示例的目的，而不是对本发明范围的限制。在某些情况下，可以根据具体情况增加或减少某些设备。

本领域技术技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”“单元”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。

可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举示例)例如可以包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

下面将参照本发明实施例的方法的流程图和设备(或系统)的框图描述本发明的实施方式。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，这些计算机程序指令通过计算机或其它可编程数据处理装置执行，产生了实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在能使得计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令就产生出一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令装置的产品。

也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令能够提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。

基于数字孪生的数据处理方法实施例：

如图2所示，本发明的基于数字孪生的数据处理方法，包括以下步骤：

S101采集校园内各个建筑的空间位置信息、外观信息、功能信息、材质信息以及建筑内设备的参数信息；

各个建筑的空间位置信息根据GIS数据、CAD图纸数据以及现场踏勘数据获取；楼宇设备的数字孪生模型依据楼宇设备的参数信息进行构建，用于对楼宇设备的全生命周期的运行状态进行模拟仿真。

S102、依据采集的空间位置信息、外观信息、功能信息以及材质信息构建校园建筑的数字孪生模型，以对校园内的建筑进行管理；依据所述参数信息构建楼宇设备的数字孪生模型，以对楼宇设备的全生命周期的运行状态进行模拟仿真。

通过构建校园内所有资产的数字孪生模型，可以准确地获取资产的全生命周期过程数据，得知真实、准确的资产全生命周期数据情况，大大提高了校园资产管理的效率和精确度。通过构建校园建筑的数字孪生模型，可以方便地对校园建筑进行管理。

如图3所示，构建楼宇设备的数字孪生模型并对其进行管理包括：

S1、获取物理空间中的楼宇设备的属性信息。

楼宇设备的属性信息可包括楼宇设备的三维尺寸信息、功率信息、动作过程信息、楼宇设备模型图像信息等。楼宇设备可以是单一楼宇设备也可以是由多个楼宇设备组成的系统。例如楼栋内的空调、风扇、供暖设备组成的温度调节系统，门禁、摄像头和报警装置组成的安防系统。S2、依据楼宇设备的属性信息在虚拟空间中构建楼宇设备的数字孪生模型以对楼宇设备进行仿真。

S3、根据楼宇设备的仿真结果对楼宇设备进行性能评估以及性能预测。

楼宇设备仿真结果包括楼宇设备多个时刻的运行数据。依据楼宇设备仿真结果中的楼宇设备运行数据判断楼宇设备性能，若楼宇设备运行数据超出楼宇设备正常运行范围，则判定为楼宇设备性能较差，楼宇设备可能出现故障，进而提醒运维人员对楼宇设备进行检修。依据多个时刻的运行数据，可对楼宇设备进行性能预测，判断楼宇设备在未来时刻的性能。

如图4所示，在另一个实施例中，构建楼宇设备的数字孪生模型包括：

S2.1、构建楼宇设备的逻辑模型和本体模型；

S2.2、将本体模型内部的数据和逻辑模型内部的数据对齐并将两者同步，生成楼宇设备的当前逻辑模型；

S2.3、依据楼宇设备参数以及楼宇设备运行数据对当前逻辑模型的内部逻辑数据进行更新，生成楼宇设备的初始数字孪生模型；

楼宇设备参数包括所有相关联楼宇设备的名称、所属部门、设备型号、负责维护的员工姓名、地理位置、生产厂家、相关配件厂家、技术参数、设备内部件和部件之间的关系、设备缺陷记录以及所有利用到的传感器信息，设备运行数据包括相关的事件数据，诸如传感器数据记载及运行状态变更记录日志、楼宇设备检修任务分配变更记录日志等数据。

S2.4、基于复合事件处理技术对初始数字孪生模型的实时状态变化进行分析判断，并通过相关事件的触发来驱动内部本体模型进行更新，生成楼宇设备的数字孪生模型。

如图5所示，基于复合事件处理技术生成楼宇设备的数字孪生模型包括以下过程：

S2.4.1、读取初始化数字孪生模型中所包含的楼宇设备运行数据中的事件数据，通过加载运行事件规则脚本对事件数据进行抽取，获得本体数据更新数据集，其中对事件数据进行抽取这一行为主要表现在识别出与本体模型有关联关系的事件数据。

S2.4.2、判断本体数据更新数据集是否为空集，其判断结果为：若本体数据更新数据集为空集，则输出楼宇设备没有实时更新状态的信息，同时生成楼宇设备的数字孪生体模型；若本体数据更新数据集不为空集，则输出楼宇设备有实时更新状态的信息，同时返回执行步骤S2.2。

通过引进楼宇设备的数字建模原型并结合本体相关特性与相关技术即可实现数字孪生模型的构建，有助于对楼宇设备的全生命周期进行实时监控。通过结合复合事件分析技术可完成本体模型的更新，不依赖于应用需要，准确地反映其当前状态和动作，使得动态本体模型可持续使用。

如图6所示，在另一个实施例中还包括：

S201、基于运行方案控制楼宇设备运行，获取楼宇设备运行过程中所产生的实际运行数据；其中，实际运行数据表征楼宇设备的运行性能。

运行方案可以是物理空间中楼宇设备的当前运行方案，也可以是在相应技术领域中，控制该类的楼宇设备运行的常规运行方案。或者，在已经构建够机理模型的情况下，该运行方案也可为机理模型所输出的优化运行方案，如可将能够表征优化运行性能的优化运行数据输入到机理模型中，使得机理模型输出一个或多个优化运行方案。

基于运行方案控制楼宇设备运行，并在楼宇设备运行过程中持续获取能够表征楼宇设备的运行性能的实际运行数据。该实际运行数据可包括例如设备的老化性能，以及设备的安全性能等。

S202、基于运行方案控制数字孪生模型运行，获取数字孪生模型运行过程中所产生的虚拟运行数据；其中，虚拟运行数据表征数字孪生模型的运行性能。

为了使楼宇设备和其数字孪生模型保持一致，在基于运行方案控制楼宇设备运行过程中，还基于相同的运行方案，也即，基于运行方案，持续控制数字孪生模型运行，获取数字孪生模型运行过程中所产生的虚拟运行数据。该虚拟运行数据与实际运行数据相对应，可包括数字孪生模型的老化性能、数字孪生模型的运行时的功率信息以及数字孪生模型的安全性能等。

S203、在虚拟运行数据和实际运行数据之间的误差大于第一阈值的情况下，对数字孪生模型进行校正，以使数字孪生模型的仿真度符合仿真条件。

在获取到虚拟运行数据和实际运行数据的情况下，判断虚拟运行数据和实际运行数据之间的误差是否大于第一阈值。例如，获取虚拟运行数据和实际运行数据之间差值的绝对值，并将该绝对值与第一阈值进行比较。该第一阈值为可接受误差范围，如果虚拟运行数据和实际运行数据之间的误差小于该第一阈值，则表明数字孪生模型和楼宇设备之间的误差处于可接受误差范围内，无需对数字孪生模型进行校正。如果虚拟运行数据和实际运行数据之间的误差大于第一阈值，则表明数字孪生模型和楼宇设备之间的误差过大，需要对数字孪生模型和楼宇设备之间的一致性进行校正，以使得数字孪生模型的仿真度符合仿真条件。也即，使数字孪生模型与楼宇设备的一致性达到预设的目标程度。该仿真条件可通过数字孪生模型和楼宇设备的三维尺寸进行判断，也可通过数字孪生模型和楼宇设备运行过程中所产生的运行数据进行判断。

通过对数字孪生模型进行校正，能够使楼宇设备和数字孪生模型保持较高的一致性，有益于提高数字孪生模型的仿真结果的准确性。

如图7所示，在另一个实施例中，还包括根据楼宇设备的仿真结果对楼宇设备进行全生命周期管理，包括以下步骤：

S301、在楼宇设备台账信息库录入与楼宇设备相关的信息。

楼宇设备台账信息库包括电气参数属性和资产管理属性。电气参数属性包括楼宇厂家、品牌、型号、设备名称、电气参数；资产管理属性包括运行、检修、维修、采购、运输、安装、报废、费用条目的全生命周期信息。

S302、基于楼宇设备台账信息库的各部件预设检修时间点和楼宇设备的空间位置，向相应运维人员的手持移动终端推送提醒信息。

S303、运维人员依据推送信息的位置信息，到达相应地点，依据楼宇设备的数字孪生模型信息对零部件进行精准定位，进行检修工作。

S304、运维人员完成后检修后，将检修作业信息通过手持移动终端上报，录入楼宇设备台账信息库。

需要说明的是，本实施例中的楼宇设备是指楼栋内安装的机电设备。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。

Claims (7)

1.一种基于数字孪生的数据处理方法，其特征在于，包括：

采集校园内各个建筑的空间位置信息、外观信息、功能信息、材质信息以及建筑内设备的参数信息；

依据采集的空间位置信息、外观信息、功能信息以及材质信息构建校园建筑的数字孪生模型，以对校园内的建筑进行管理；依据所述参数信息构建楼宇设备的数字孪生模型，以对楼宇设备的全生命周期的运行状态进行模拟仿真。

2.如权利要求1所述的基于数字孪生的数据处理方法，其特征在于，构建所述楼宇设备的数字孪生模型并对其进行管理包括：

获取物理空间中的楼宇设备的属性信息；

依据楼宇设备的属性信息在虚拟空间中构建楼宇设备的数字孪生模型以对楼宇设备进行仿真；

根据楼宇设备的仿真结果对楼宇设备进行性能评估以及性能预测。

3.如权利要求2所述的基于数字孪生的数据处理方法，其特征在于，所述的楼宇设备的属性信息包括楼宇设备的三维尺寸信息、功率信息、动作过程信息以及楼宇设备模型图像信息。

4.如权利要求2所述的基于数字孪生的数据处理方法，其特征在于，所述对楼宇设备进行性能评估包括：若楼宇设备运行数据超出楼宇设备正常运行范围，则判定为楼宇设备性能不合格。

5.如权利要求2所述的基于数字孪生的数据处理方法，其特征在于，所述构建楼宇设备的数字孪生模型包括：

构建楼宇设备的逻辑模型和本体模型；

将本体模型内部的数据和逻辑模型内部的数据对齐并将两者同步，生成楼宇设备的当前逻辑模型；

依据楼宇设备参数以及楼宇设备运行数据对所述当前逻辑模型的内部逻辑数据进行更新，生成楼宇设备的初始数字孪生模型；

基于复合事件处理技术对初始数字孪生模型的实时状态变化进行分析判断，并通过相关事件的触发来驱动内部本体模型进行更新，生成楼宇设备的数字孪生模型。

6.如权利要求2所述的基于数字孪生的数据处理方法，其特征在于，还包括：

基于运行方案控制楼宇设备运行，获取楼宇设备运行过程中所产生的实际运行数据；其中，所述实际运行数据表征所述楼宇设备的运行性能；

基于所述运行方案控制所述数字孪生模型运行，获取所述数字孪生模型运行过程中所产生的虚拟运行数据；其中，所述虚拟运行数据表征所述数字孪生模型的运行性能；

在所述虚拟运行数据和所述实际运行数据之间的误差大于第一阈值的情况下，对所述数字孪生模型进行校正，以使所述数字孪生模型的仿真度符合仿真条件。

7.如权利要求1～6任意一项所述的基于数字孪生的数据处理方法，其特征在于，所述的校园资产管理包括对校园内楼宇设备的全生命周期管理，包括以下步骤：

在楼宇设备台账信息库录入与楼宇设备相关的信息；所述楼宇设备台账信息库用于对楼宇设备相关信息进行存储与管理；

基于楼宇设备台账信息库的各部件预设检修时间点和楼宇设备的空间位置，向相应运维人员的手持移动终端推送提醒信；

运维人员依据推送信息的位置信息，到达相应地点，依据楼宇设备的数字孪生模型信息对零部件进行精准定位，进行检修工作；

运维人员完成后检修后，将检修作业信息通过手持移动终端上报，录入楼宇设备台账信息库。