CN117218310B - 一种基于数字孪生的虚拟重构方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开了一种基于数字孪生的虚拟重构方法、装置、设备及介质，包括：将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；将每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；确定物理空间数据的维数；根据物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间；将每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集；基于预先设定的坐标系；在虚拟空间中建立相关联的立体模型库；根据指定维数的位向量数据集与立体模型库，在数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过虚拟模型完成虚拟重构。

Description

一种基于数字孪生的虚拟重构方法、装置、设备及介质

技术领域

本说明书涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的虚拟重构方法、装置、设备及介质。

背景技术

数字孪生的空间映射是一种通过将物理实体对象与虚拟模型相互联系来进行装备全生命周期管理的技术。它可追溯至设计仿真和计算机辅助工程(CAE)技术。在过去，用于分析和测试产品和系统的仿真软件仅能处理简单的几何形状和材料特性，无法完全模拟真实的物理环境。而如今，数字孪生与人工智能(AI)和大数据技术相结合，实现对装备系统行与运维的预测、优化和管理。

就建模角度上讲，传统数字孪生重建的方法是将收集到的数据通过3D建模软件进行建模、渲染之后，再将所需要的模型导入到虚拟现实平台，应用到虚拟现实中再提供用户与虚拟环境交互的方式，是着眼于一对一匹配的物理空间映射。但在实际数字地球域的应用过程中，物理空间中数据的获取与处理，以及在虚拟空间中重构的效果并不好，无法满足用户的需求。

发明内容

本说明书一个或多个实施例提供了一种基于数字孪生的虚拟重构方法、装置、设备及介质，用于解决背景技术提出的技术问题。

本说明书一个或多个实施例采用下述技术方案：

本说明书一个或多个实施例提供的一种基于数字孪生的虚拟重构方法，包括：

将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间；

将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集；

基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

本说明书一个或多个实施例提供的一种基于数字孪生的虚拟重构装置，包括：

区域处理单元，将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

指标数据获取单元，根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

物理空间数据获取单元，将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

物理维数确定单元，确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

虚拟空间创建单元，根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间；

升维单元，将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集；

数字地球模型构建单元，基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

立体模型库建立单元，在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

虚拟重构单元，根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

本说明书一个或多个实施例提供的一种基于数字孪生的虚拟重构设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间；

将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集；

基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

本说明书一个或多个实施例提供的一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被计算机执行时能够实现：

将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间；

将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集；

基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本说明书实施例通过基于数字孪生的虚拟重构方法，可以更好的获取所需的物理空间数据，对物理空间数据进行处理，创建相对应的虚拟空间，并可以更好的完成在虚拟空间中重构，从而更好的模拟真实世界中的运动规律、物理效应等效果。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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说明书中记载的一些实施例，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。在附图中：

图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种基于数字孪生的虚拟重构方法的流程示意图；

图2为本说明书一个或多个实施例提供的数字地球域空间映射的整体框架程图；

图3为本说明书一个或多个实施例提供的数字地球域空间映射的具体流程图；

图4为本说明书一个或多个实施例提供的具体更高维位向量数据集合的组成框图；

图5为本说明书一个或多个实施例提供的基于地心地固坐标系构建带有经纬度坐标系的数字地球模型具体步骤流程图；

图6为本说明书一个或多个实施例提供的实现物理空间和虚拟空间交互并完成虚拟重构的具体步骤流程图；

图7为本说明书一个或多个实施例提供的一种基于数字孪生的虚拟重构装置的结构示意图；

图8为本说明书一个或多个实施例提供的一种基于数字孪生的虚拟重构设备的结构示意图。

具体实施方式

本说明书实施例提供一种基于数字孪生的虚拟重构方法、装置、设备及介质。

针对背景技术提出的技术问题，现有技术需要一种提高对物理空间中数据的获取和处理并在虚拟空间中重构的方法，从而更好的模拟真实世界中的运动规律、物理效应等效果。

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种基于数字孪生的虚拟重构方法的流程示意图，该流程可以由虚拟重构系统执行。流程中的某些输入参数或者中间结果允许人工干预调节，以帮助提高准确性。

本说明书实施例的方法流程步骤如下：

S102，将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码。

在本说明书实施例中，位置编码的具体形式可以为：前6个字节存放国家编号信息，利用ISO国家代码确定发送方的国际位置，后8个字节存放省地级市的详细信息，利用邮政编码的方法确定具体发送方的具体街道信息。

其中，ISO国家代码是国际标准化组织(ISO)发布的用于标识国家和地区的两位或三位字母代码。通过将国家编号信息存储在位置编码中，可以很方便地确定物理空间所属的国家或地区。邮政编码用于确定邮件传递的目的地。通过将省地级市详细信息存储在位置编码中，可以更具体地确定物理空间所在的省份和地级市，甚至街道信息。

需要说明的是，本说明书实施例的位置编码的形式可以使得每个子空间都有一个唯一的位置编码，方便对不同子空间进行标识和区分。同时，通过将国家编号和省地级市详细信息存储在位置编码中，可以在需要时准确确定物理空间所属的国家、省份、地级市和街道信息。

需要注意的是，具体的位置编码形式可以根据实际需求进行调整和定制，以适应不同的应用场景和数据需求。

S104，根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据。

在本说明书实施例中，在进行指标数据获取之前，需要预先设定一个空间顺序，即确定子空间的处理顺序，可以是根据地理位置、行政区划等因素进行排序，以确保数据的按序获取，具体的空间顺序可以根据实际情况进行设置调整。

在本说明书实施例中，子空间的指标数据获取时，具体的获取方式可以根据实际需求选择，例如利用传感器、测量设备、数据采集工具等获取实体的指标数据。在获取指标数据的过程中，可能需要考虑数据的准确性、完整性和及时性。可以采用合适的数据采集方法和技术，例如传感器网络、遥感技术、地理信息系统等，以确保所获取的指标数据具有较高的可靠性和精确度。在每个子空间中，可以依次对各实体进行数据获取。获取的指标数据可以存储在数据库或数据仓库中，以便后续的处理和分析。

需要注意的是，根据实际需求，还需要进行数据清洗、处理和分析等步骤，以确保获取到的指标数据符合要求，并能够用于后续的虚拟重构。

在本说明书实施例中，指标数据可以包括：物理空间中的经纬度数据、环境数据、建筑空间数据、城市基础设施数据、交通数据、建筑信息数据与商店贸易数据中的一项或多项；其中，

所述物理空间中的经纬度数据包括：经度数据与维度数据；

所述环境数据包括：自然景观数据、天气数据与地形地貌数据；

所述建筑空间数据包括：空间的建筑面积、楼层高度及数目、各个层面的平面视图与建筑结构数据；

所述城市基础设施数据包括：城市名称数据、水利设施数据、交通设施数据与城市绿化数据；

所述交通数据包括：交通流量数据、路况数据、公共交通数据、路网数据、交通信号灯数据与停车位数据；

所述建筑信息数据包括：房屋的种类、建筑风格数据、建筑年代数据、室内设计数据与建筑设备数据；

所述商店贸易数据包括：销售数据、库存数据、商品数据、营销数据、运营数据与物流信息数据。

S106，将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取。

在本说明书实施例中，每个子空间都有一个唯一的位置编码，位置编码可以作为子空间的标识，用于将指标数据与相应的子空间关联起来。指标数据是对每个子空间中各实体的具体测量或观测结果的记录。为了完成物理空间数据的获取，可以在指标数据的前端添加子空间的位置编码。

需要说明的是，本说明书实施例通过将子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，可以实现数据的关联和匹配。具体的方式可以根据数据的存储格式和数据结构进行调整，例如采用字段添加、数据列拼接等方式。在添加位置编码的过程中，需要确保数据的完整性和一致性。即每个子空间的指标数据都应包含正确的位置编码，并与对应的子空间一一对应。这样，通过将位置编码添加至指标数据前端，就完成了物理空间数据的获取。在后续的处理和分析中，可以根据位置编码对数据进行筛选、分类、聚合等操作，以满足不同的需求和应用场景。

进一步的，本说明书实施例将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端前，可以根据预设评估要求对所述指标数据进行分析处理，以得到符合要求的指标数据，所述预设评估要求包括所述指标数据对应的完整性、所占空间大小、空间的设计布局、空间的用途与空间的符合度中的一项或多项。

需要说明的是，本说明书实施例在对指标数据进行分析处理之前，可以先进行预设评估要求的设定，这些评估要求可以是根据具体应用需求和目标设定的，包括指标数据的完整性、占用的空间大小、空间的设计布局、空间用途与空间符合度等方面。

本说明书实施例在指标数据分析处理时，可以根据预设评估要求，对指标数据进行分析处理，以得到符合要求的指标数据。具体的分析处理方法可以根据具体的评估要求进行选择和设计，例如数据清洗、数据筛选、数据聚合、统计分析等。

本说明书实施例对于指标数据的完整性，可以进行数据清洗和补充，以确保数据没有缺失或错误。可以采用数据清洗算法、异常值检测方法等来处理数据，提高数据的完整性和准确性。

本说明书实施例对于指标数据所占空间的大小，可以进行空间维度的分析和处理。可以根据具体需求，针对不同的空间维度进行数据压缩、降维或扩展等操作，以满足空间大小评估要求。

本说明书实施例对于空间的设计布局，可以进行空间布局方案的评估和调整。可以根据评估要求，对空间的结构、布局、分区等进行优化和改进，以满足设计布局的要求。

本说明书实施例对于空间的用途与空间的符合度，可以进行空间功能评估和对比分析。可以根据评估要求，对空间的用途和需求进行匹配和调整，提高空间的符合度。

S108，确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数。

在本说明书实施例中，确定物理空间数据的维数时，需要找到物理空间中涉及的线性独立变量的最大数量。该线性独立变量可以是物体的位置坐标或其他相关的物理量。例如，对于三维空间中的位置向量，通常使用三个独立的坐标轴(x、y、z)来表示。这意味着物理空间数据的维数为3，因为最多涉及3个线性独立变量。

在某些情况下，物理空间数据的维数可能会超过3。例如，对于具有时间依赖性的物理系统，我们需要考虑时间作为额外的变量。这将导致物理空间数据的维数增加到4，即四维时空。

此外，在量子力学中，描述多粒子系统的物理空间可能需要更高的维数。例如，对于包含N个粒子的系统，其物理空间数据的维数将是3N，其中每个粒子的位置和动量分量都需要考虑。

因此，确定物理空间数据的维数取决于所研究问题的特性和涉及的线性独立变量的最大数量。

S110，根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间。

在本说明书实施例中，根据物理空间数据的维数，可以创建相应的虚拟空间来模拟和表示物理空间。虚拟空间是在计算机中构建的抽象空间，用于存储和处理物理空间数据。

在本说明书实施例中，据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间时，可以根据所述物理空间数据的维数、所述物理空间数据的种类、所述物理空间中的单位向量数、待创建虚拟空间扩展应用的领域，以及待创建虚拟空间的协议，创建相对应的虚拟空间创建相对应的虚拟空间。

需要说明的是，本说明书实施例在创建相对应的虚拟空间时，可以先根据物理空间数据的维数，确定虚拟空间数据所需的维数，如果物理空间数据是三维的，那么虚拟空间数据也是三维的。这意味着虚拟空间中的数据将涉及到三个线性独立变量。再设计数据结构和数据类型，根据物理空间数据的种类和单位向量数，设计适当的数据结构和数据类型来表示虚拟空间数据。例如，如果物理空间数据的种类是位置数据，且单位向量数为三个，则可以使用三维数组或类似的数据结构来表示虚拟空间数据。然后可以创建对象和场景，在虚拟空间中创建对象和场景，以模拟物理空间中的物体和系统，可以使用计算机图形学技术来创建虚拟物体的模型和场景的布局。根据待创建虚拟空间扩展应用的领域，可以根据需要添加适当的细节和特性。再然后可以实现物理规律和交互，根据物理空间中的规律和协议，在虚拟空间中实现相应的物理模型和交互规则。可以使用数值计算和物理仿真技术来模拟物体的运动、相互作用和物理特性。根据待创建虚拟空间的协议，确保数据的传输和交互遵循相应的规范。最后可以测试和优化，对创建的虚拟空间进行测试，验证其与物理空间的一致性和准确性。根据测试结果进行调整和优化，以确保虚拟空间可以有效地模拟和表示物理空间。

通过以上步骤，可以根据物理空间数据的维数、种类、单位向量数、待创建虚拟空间扩展应用的领域和协议，创建相应的虚拟空间。这样的虚拟空间可以用于模拟和研究物理系统，进行实验和交互，并扩展到各种应用领域，如游戏、虚拟现实、科学研究等。

S112，将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集。

在本说明书实施例中，可以先将所述每个子空间中各实体的指标数据按分段式排列组成位向量数据集；再将所述位向量数据集通过非线性特征提取和升维操作升高至指定维数的位向量数据集。

需要说明的是，本说明书实施例将每个子空间中各实体的指标数据按分段式排列组成位向量数据集时，可以是在每个子空间中将各实体的指标数据按照一定的规则进行分段，并将这些分段的数据组成位向量数据集。这意味着将每个实体的指标数据离散化，并将其组织成位向量的形式。

例如，考虑一个子空间中的实体指标数据为经纬度数据。将经纬度数据按照一定的位置区间进行分段。然后，将每个实体的分段数据按照一定的顺序组成位向量。每个位向量的维度将取决于每个指标数据分段的数量。

需要说明的是，本说明书实施例将位向量数据集通过非线性特征提取和升维操作升高至指定维数的位向量数据集时，可以对所得到的位向量数据集进行非线性特征提取和升维操作，将其升高至指定的维数。

其中，非线性特征提取可以指通过一定的数学变换和算法，从原始数据中提取出具有特定意义的非线性特征。这可以包括多项式特征、高斯核函数、小波变换等方法。这些非线性特征可以增强数据的表达能力和区分度。

升维操作是指将数据从低维空间映射到高维空间的过程。通过升维操作，可以增加数据的维度，从而更好地描述特征之间的关系和区别。常用的升维操作包括主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)等。通过非线性特征提取和升维操作，将位向量数据集升高至指定的维数。这个指定的维数可以根据具体的需求和应用场景来确定，以便更好地对数据进行分析、分类或其他操作。

综上所述，根据上述内容，可以将每个子空间中各实体的指标数据按分段式排列组成位向量数据集，并通过非线性特征提取和升维操作将其升高至指定维数的位向量数据集。这样的处理可以更好地处理和描述数据，并为后续的分析和应用提供更丰富的信息和特征。

S114，基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接。

在本说明书实施例中，构建数字地球模型时，可以先设定地球的质心为原点，设定指定方向为正方向，以设定地心地固坐标系，地心地固坐标系是一种以地球质心为原点，以指定方向为正方向的坐标系，用于描述地球的三维空间位置，该坐标系可以是地球外部物体的参考坐标系；再确定预先获取的经纬度坐标系与所述地心地固坐标系的转换关系，经纬度坐标系是一种用来表示地球表面上的点的坐标系统，由经度和纬度两个角度值组成，将经纬度坐标系与地心地固坐标系进行转换，可以将地球表面上的点在数字地球模型中的位置表示为三维坐标；最后，根据所述转换关系、地球的真实尺寸与预设比例，建立数字地球模型，在数字地球模型中，通过将经纬度坐标系转换为地心地固坐标系的三维坐标，并按照地球的真实尺寸和预设比例进行缩放，可以精确地表示地球表面上的各个点的位置，这样可以实现对地球表面上的地理信息数据进行可视化和分析。

需要说明的是，本说明书实施例的数字地球模型可用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应。这意味着在数字地球模型中，可以将实体空间中的特定点的坐标与相关虚拟空间中的目标点进行一对一的对应关系建立。这可以通过在数字地球模型中标记或表示实体空间中的特定点的位置，并将其与相关虚拟空间中的目标点进行匹配来实现。

需要说明的是，本说明书实施例可以在相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与指定物理空间的实体建立连接。这意味着在数字地球模型中，对相关虚拟空间中的目标点进行可视化和重构，以使其与实体空间中的物体进行连接。这可以通过在数字地球模型中显示或模拟虚拟空间中的目标点的形状、属性、状态等来实现。

通过以上操作，可以实现指定物理空间和相关虚拟空间之间的连接。例如，在数字地球模型中可以将实体空间中的建筑物、道路、地形等物体与虚拟空间中的模拟建筑、虚拟道路、地貌等进行对应和重构。这样可以为实体空间和虚拟空间之间的交互、沟通和数据共享提供基础。

总结来说，该内容阐述了数字地球模型如何用于实现指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点的对应，并在虚拟空间中对这些目标点进行重构，以便与实体空间建立连接。这种连接可以促进实体空间和虚拟空间之间的交互和数据共享，具有广泛的应用前景。

S116，在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库。

在本说明书实施例中，相关联的立体模型库可以包括几何模型库、家具模型库、动植物模型库、建筑模型库与环境库。

几何模型库可以包括：球体模型、立方体模型、锥形模型、圆柱体模型、圆环体模型、圆盘模型、圆台模型；

家具模型库可以包括：桌椅模型、床铺模型、架类模型、柜类模型、家用电器模型、玩具模型、摆件模型；

动植物模型库可以包括：动物模型、植物模型；

建筑模型库可以包括：建筑物模型、房屋模型、建筑风格模型；

环境库可以包括：自然景观模型、天气模型、地形地貌模型。

需要说明的是，立体模型库中模型的尺寸大小是变参的，参数可以由传过来的数据而定

S118，根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

在本说明书实施例中，可以先根据所述指定维数的位向量数据集中的目的地址字段与所述转换关系，确定与所述目的地址字段相关联的所述虚拟空间中的目的位置；再根据所述立体模型库与指定维数的位向量数据集中数据字节字段，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型对所述目的位置完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

需要说明的是，本说明书实施例根据所述指定维数的位向量数据集中的目的地址字段与转换关系，可以确定与目的地址字段相关联的虚拟空间中的目的位置。这意味着在数字地球模型中，通过使用位向量数据集中的目的地址字段和所述转换关系，可以确定目的位置的坐标或其他位置属性。这种对应关系可以是预先设定的或根据特定规则和算法计算得出的。

同时，本说明书实施例根据立体模型库和位向量数据集中的数据字节字段，在数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型。这意味着根据位向量数据集中的数据字节字段，可以确定所需建立的具体虚拟模型的类型。使用立体模型库中的相应模型，可以在数字地球模型的指定经纬度位置上创建虚拟模型。这样可以根据模型的几何特征、纹理和其他属性，对目的位置进行虚拟重构。

最终，这些虚拟模型可以与物理空间中的实体建立连接。通过数字地球模型中的虚拟模型，可以与指定物理空间中的实体进行交互、通信和连接。例如，在虚拟模型中的目的位置上放置一个虚拟建筑物模型，可以与实体空间中的相应建筑物进行对应和重构，并在数字地球模型中显示和操作虚拟建筑物的属性和行为。

总结来说，以上内容描述了根据位向量数据集的目的地址字段和转换关系，在数字地球模型中确定虚拟空间中的目的位置，并根据立体模型库和数据字节字段，在数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型。这样的虚拟模型可以对目的位置进行虚拟重构，并与物理空间的实体建立连接，提供更丰富的交互和沟通体验。

本说明书实施例的目的在于提供一种基于数字孪生的数字地球域空间映射方法。该方法可以有效解决现实物体和场景在数字地球域环境下的重构问题。为后续更加快捷的进行数字化仿真、性能测试、安全分析、虚拟试验等活动提供了新的思路。

为了解决上述问题，本说明书实施例提出一种基于数字孪生的数字地球域空间映射方法，参见图2所述的数字地球域空间映射的整体框架程图，包括：物理空间数据的抓取、建立从物理空间到虚拟空间的映射与实现虚拟重构。参见图3所述的数字地球域空间映射的具体流程图，包括如下步骤：

步骤S10：划分空间并确定其唯一对应编码，将需要映射的物理空间按行政区域划分为多个子空间，每个子空间均唯一对应确定的位置编码。

该步骤涉及的位置编码具体形式为：

前6个字节存放国家编号信息：利用ISO国家代码确定发送方的国际位置，后8个字节存放省地级市的详细信息：利用邮编的方法确定具体发送方的具体街道信息。

步骤S20：按空间顺序获取子空间中各个实体的各项指标数据。

该步骤获取的各项指标数据至少包括如下数据：物理空间中的经纬度数据、环境数据、建筑空间数据、城市基础设施数据、交通数据、建筑信息数据、商店贸易数据。

物理空间中的经纬度数据包括：经度数据、维度数据；

环境数据包括：自然景观数据、天气数据、地形地貌数据；

建筑空间数据包括：空间的建筑面积、楼层高度及数目、各个层面的平面视图、建筑结构数据；

城市基础设施数据包括：城市名称数据、水利设施数据、交通设施数据、城市绿化数据；

交通数据包括：交通流量数据、路况数据、公共交通数据、路网数据、交通信号灯数据、停车位数据；

建筑信息数据包括：房屋的种类(经营用房或居民住房)、建筑风格数据、建筑年代数据、室内设计数据、建筑设备数据；

商店贸易数据包括：销售数据、库存数据、商品数据、营销数据、运营数据、物流信息数据。

步骤S30：对各所述的指标数据进行标准化评估，并将评估后的子区域子空间所对应的位置编码添加在所述各项指标数据的前端中，至此，完成物理空间数据的获取和创建虚拟空间所需全部数据的准备工作。

标准化评估主要是指对各所述指标数据进行分析处理，筛选缺少所述经纬度的指标数据，得到合理有效的数据。评估内容至少包括以下方面：数据的完整性、所占的空间大小、空间的设计和布局、空间的用途、空间的符合度。

步骤S40：根据所获取的实体物理空间数据所具有的维数确定创建与之对应的虚拟空间所需数据的维数，维数在确定时应考虑网络空间中交互等拓展应用领域。

维数的确定主要是指该空间所涉及的最大线性独立变量数。维数的确立至少考虑以下方面：数据的种类、空间中的单位向量数、虚拟空间拓展应用的领域数、虚拟空间的协议数。

步骤S50：子空间中所获得实体的各项指标数据按分段式排列组成一个完整的位向量数据集合，并通过非线性特征提取和升维操作转换为所述虚拟空间确定的维数的位向量数据集合，转换后的更高维位向量数据集合以满足后续在虚拟空间中进行虚拟重构和交互等操作的需要。

高维位向量数据集合的组成形式具体为：

位置编码：以确定发送方所属的国家、城市、街道信息；

目的地址：6个字节放经纬度数据，确定发送方的物理地址；

数据字节：46～1500字节的有效负载，即待传输的物理实体的其他各项指标数据；

应用部分：10字节，预留字节以适应更高维网络空间交互的需要

需要说明的是，具体更高维位向量数据集合的组成框图如图4所示。

步骤S60：基于地心地固坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型。物理空间中的实体坐标点与虚拟空间中的目标点可实现一一对应，虚拟空间可在对应的目标点处进行虚拟重构，与实体建立连接；

图5为基于地心地固坐标系构建带有经纬度坐标系的数字地球模型具体步骤流程图，基于地心地固坐标系构建带有经纬度坐标系的数字地球模型具体步骤为：

确定以地心地固坐标系作为模型的基准：构建以地球的质心为原点，以国际公认方向为正方向的基本坐标系，使用建模软件根据地球的真实尺寸按可选择的比例在所述原点基础上建立数字地球模型。

确定经纬度坐标系与地心地固坐标系的转换关系：使用数学公式或专业软件库将经纬度数据转换为地心地固坐标系的XYZ坐标。

所述实现经纬度坐标系转换为地心地固坐标系的常见专业软件库为：GeographicLib、Proj、GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)或GPSBabel。

所述经纬度坐标系转换为地心地固坐标系的数学公式为：

e＝sqrt((a^2-b^2)/a^2)

其中a、b分别代表地球椭球体长半轴和地球椭球体短半轴，大小由所述按可选择的比例缩小后的具体数字地球模型而定，e为椭球体离心率。

N是中间变量，λ、h分别代表采集到的指标数据中经度、维度和高程信息，X、Y、Z表示转换成对应地心地固坐标系中的三维坐标，所述虚拟空间坐标系的精度为10cm*10cm。

步骤S70：在虚拟空间中建立立体模型库；

立体模型库至少包括如下类型：几何模型库、家具模型库、动植物模型库、建筑模型库、环境库。

几何模型库包括：球体模型、立方体模型、锥形模型、圆柱体模型、圆环体模型、圆盘模型、圆台模型；

家具模型库包括：桌椅模型、床铺模型、架类模型、柜类模型、家用电器模型、玩具模型、摆件模型；

动植物模型库包括：动物模型、植物模型；

建筑模型库包括：建筑物模型、房屋模型、建筑风格模型；

环境库包括：自然景观模型、天气模型、地形地貌模型。

所述模型库中模型的尺寸大小是变参的，参数由传过来的数据而定。

步骤S80：基于所述的更高维矢量位向量数据集，并结合相应的立体模型库和混合现实的处理方法，进行物理空间和虚拟空间的交互和连接。最终实现在所述数字地球模型对应经纬度处搭建出理想的数字化嵌入模型，完成虚拟重构。

图6为实现物理空间和虚拟空间交互并完成虚拟重构的具体步骤流程图，完成虚拟重构并实现物理空间和虚拟空间交互的步骤具体为：

根据各所述更高维位向量数据集合中目的地址字段，利用各所述经纬度坐标系与地心地固坐标系的转换关系确定与之相关联的虚拟空间中的位置，基于该位置着手重构实体；

利用各所述基础模型库，根据各所述更高维位向量数据集合中数据字节字段建立与实体对应的虚拟模型；

根据各所述更高维位向量数据集合中应用部分字段，物体与物体之间的交互通过预留的这部分字节实现，以对所述重构后的虚拟模型进行操作控制。

需要说明的是，本说明书实施例基于数字孪生的数字地球域空间映射方法，通过数字化的方式高效的将现实的场景、物体等真实还原在数字环境中，快速生成高精度的数字化三维模型，使得人们可以更快捷的在数字环境中全面地获取或人为地调整所需的数据和信息。

需要说明的是，本说明书实施例基于数字孪生的数字地球域空间映射方法，通过非线性映射技术，可以实现将多个实体连接起来从而构成数字空间，适用性更广。而且能够将物理空间构建为笃定模型，在该模型的基础上满足复杂的协同协作、人机交互的需求，更贴合实际应用场景，对未来数字空间的应用和发展具有重要的指导意义和参考价值。

图7为本说明书一个或多个实施例提供的一种基于数字孪生的虚拟重构装置的结构示意图，包括：区域处理单元702、指标数据获取单元704、物理空间数据获取单元706、物理维数确定单元708、虚拟空间创建单元710、升维单元712、数字地球模型构建单元714、立体模型库建立单元716与虚拟重构单元718。

区域处理单元702，将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

指标数据获取单元704，根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

物理空间数据获取单元706，将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

物理维数确定单元708，确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

虚拟空间创建单元710，根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间；

升维单元712，将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集；

数字地球模型构建单元714，基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

立体模型库建立单元716，在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

虚拟重构单元718，根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

图8为本说明书一个或多个实施例提供的一种基于数字孪生的虚拟重构设备的结构示意图，包括：

至少一个处理器与总线；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间；

将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集；

基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

本说明书一个或多个实施例提供的一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被计算机执行时能够实现：

将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间；

将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集；

基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

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、设备、非易失性计算机存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

以上所述仅为本说明书的一个或多个实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书的一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种基于数字孪生的虚拟重构方法，其特征在于，所述方法包括：

将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间，包括：

根据所述物理空间数据的维数、所述物理空间数据的种类、所述物理空间中的单位向量数、待创建虚拟空间扩展应用的领域，以及待创建虚拟空间的协议，确定对应的虚拟空间数据所需的维数；

将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集，包括：

将所述每个子空间中各实体的指标数据按分段式排列组成位向量数据集；

将所述位向量数据集通过非线性特征提取和升维操作升高至指定维数的位向量数据集；

基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述指标数据包括：物理空间中的经纬度数据、环境数据、建筑空间数据、城市基础设施数据、交通数据、建筑信息数据与商店贸易数据中的一项或多项；其中，

所述物理空间中的经纬度数据包括：经度数据与维度数据；

所述环境数据包括：自然景观数据、天气数据与地形地貌数据；

所述建筑空间数据包括：空间的建筑面积、楼层高度及数目、各个层面的平面视图与建筑结构数据；

所述城市基础设施数据包括：城市名称数据、水利设施数据、交通设施数据与城市绿化数据；

所述交通数据包括：交通流量数据、路况数据、公共交通数据、路网数据、交通信号灯数据与停车位数据；

所述建筑信息数据包括：房屋的种类、建筑风格数据、建筑年代数据、室内设计数据与建筑设备数据；

所述商店贸易数据包括：销售数据、库存数据、商品数据、营销数据、运营数据与物流信息数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端前，所述方法还包括：

根据预设评估要求对所述指标数据进行分析处理，以得到符合要求的指标数据，所述预设评估要求包括所述指标数据对应的完整性、所占空间大小、空间的设计布局、空间的用途与空间的符合度中的一项或多项。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，包括：

设定地球的质心为原点，设定指定方向为正方向，以设定地心地固坐标系；

确定预先获取的经纬度坐标系与所述地心地固坐标系的转换关系；

根据所述转换关系、地球的真实尺寸与预设比例，建立数字地球模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接，包括：

根据所述指定维数的位向量数据集中的目的地址字段与所述转换关系，确定与所述目的地址字段相关联的所述虚拟空间中的目的位置；

根据所述立体模型库与指定维数的位向量数据集中数据字节字段，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型对所述目的位置完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

6.一种基于数字孪生的虚拟重构装置，其特征在于，包括：

区域处理单元，将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

指标数据获取单元，根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

物理空间数据获取单元，将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

物理维数确定单元，确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

虚拟空间创建单元，根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间，包括：根据所述物理空间数据的维数、所述物理空间数据的种类、所述物理空间中的单位向量数、待创建虚拟空间扩展应用的领域，以及待创建虚拟空间的协议，确定对应的虚拟空间数据所需的维数；

升维单元，将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集，包括：将所述每个子空间中各实体的指标数据按分段式排列组成位向量数据集；将所述位向量数据集通过非线性特征提取和升维操作升高至指定维数的位向量数据集；

数字地球模型构建单元，基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

立体模型库建立单元，在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

虚拟重构单元，根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

7.一种基于数字孪生的虚拟重构设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间，包括：

根据所述物理空间数据的维数、所述物理空间数据的种类、所述物理空间中的单位向量数、待创建虚拟空间扩展应用的领域，以及待创建虚拟空间的协议，确定对应的虚拟空间数据所需的维数；

将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集，包括：

将所述每个子空间中各实体的指标数据按分段式排列组成位向量数据集；

将所述位向量数据集通过非线性特征提取和升维操作升高至指定维数的位向量数据集；

基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。

8.一种非易失性计算机存储介质，其特征在于，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被计算机执行时能够实现：

将待处理的物理空间按照行政区域划分为多个子空间，并对每个子空间设定唯一对应的位置编码；

根据预先设定的空间顺序，逐个获取每个子空间中各实体的指标数据；

将所述每个子空间的位置编码添加至对应的指标数据的前端，以完成物理空间数据的获取；

确定所述物理空间数据的维数，所述物理空间数据的维数为所述物理空间所涉及的最大线性独立变量数；

根据所述物理空间数据的维数，创建相对应的虚拟空间，包括：

根据所述物理空间数据的维数、所述物理空间数据的种类、所述物理空间中的单位向量数、待创建虚拟空间扩展应用的领域，以及待创建虚拟空间的协议，确定对应的虚拟空间数据所需的维数；

将所述每个子空间中各实体的指标数据升高至指定维数的位向量数据集，包括：

将所述每个子空间中各实体的指标数据按分段式排列组成位向量数据集；

将所述位向量数据集通过非线性特征提取和升维操作升高至指定维数的位向量数据集；

基于预先设定的坐标系，构建带有经纬度坐标系的数字地球模型，所述数字地球模型用于将指定物理空间的实体坐标点与相关虚拟空间中的目标点一一对应，并在所述相关虚拟空间对应的目标点进行虚拟重构，以便与所述指定物理空间的实体建立连接；

在所述虚拟空间中建立相关联的立体模型库；

根据所述指定维数的位向量数据集与所述立体模型库，在所述数字地球模型对应经纬度处构建虚拟模型，以通过所述虚拟模型完成虚拟重构，与所述物理空间的实体建立连接。