[發明專利]面向智能礦山場景的數字孿生演化機理及方法

有效

• 申請號: 201911388541.5
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111210359B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 張帆
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;G06N3/08;G06N3/04;G06F30/23
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本發明公開了面向智能礦山場景的數字孿生演化機理及方法，所述數字孿生由物理模型、邏輯模型、仿真模型和數據模型相互耦合和演化集成，包含以下方法步驟：(1)物理模型定義；(2)邏輯模型表示；(3)仿真模型建立；(4)仿真模型優化；(5)仿真模型驗證；(6)數據模型構建；(7)數字孿生集成。本發明通過構建數字孿生模型，實現數字孿生體與物理實體之間的數據鏡像與信息交互，實現物理空間物理實體與虛擬空間數字孿生體的對象孿生、過程孿生和性能孿生；本發明通過數字孿生演化機理與方法，在虛擬空間智能礦山場景實現對物理空間智能礦山場景遠程可視化監控，以及對礦山應用場景設備進行智能感知、實時監控、精確定位和健康預測。

技術領域

本發明涉及一種面向智能礦山的數字孿生技術，屬于機器視覺、計算機仿真與物聯網技術領域，具體涉及面向智能礦山場景的數字孿生演化機理及方法。

背景技術

當前，數字孿生技術廣泛應用于智能制造和虛擬生產車間，并逐漸從數字化向智能化和智慧化發展。礦山無人化開采與機器學習等信息技術的深度融合，加快了礦井智能開采技術興起并向縱深發展。數字孿生技術具有模型可視化、邏輯可控制和數據可計算的虛擬模型構建特點，其在工業智能制造和虛擬生產場景應用廣泛。隨著機器視覺三維建模技術以及視覺傳感器測量技術在工業應用成果的不斷推廣，基于機器視覺的數字孿生技術將在智能礦山三維場景建模、物理信息技術以及虛擬空間數字鏡像等應用方面發揮重要作用。

現有礦山應用場景采用VR或AR等虛擬現實仿真技術，物理模型與虛擬仿真的數據不同步，仿真模型的自學習、自優化能力弱，缺乏可計算性及信息交互能力，無法對智能礦山應用場景及作業設備進行智能感知、實時監控、精確定位和健康預測。因此，需要探索發明一種新的仿真模型構建方法，基于可視化三維模型進行感知分析、仿真模擬、迭代優化與決策控制，通過虛擬場景數字孿生模型實現智能礦山場景的遠程可視化智能監控，以解決現有技術難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：為了克服現有技術不足之處，本發明提出了一種面向智能礦山場景的數字孿生演化機理及方法，旨在通過構建物理空間智能礦山場景在虛擬空間的數字孿生模型，實現數字孿生體與物理實體之間信息交互與虛擬監控，實現對智能礦山應用場景及作業設備的智能感知、實時監控、精確定位和健康預測。

本發明的技術方案是：面向智能礦山場景的數字孿生演化機理及方法，所述方法的數字孿生模型包括物理模型、邏輯模型、仿真模型和數據模型，數字孿生模型由物理模型、邏輯模型、仿真模型相互耦合及演化而成，并通過數字孿生實現虛擬空間智能礦山場景與物理空間智能礦山場景的映射重構、數據鏡像、同步反饋與信息交互，所述數字孿生包括對象孿生、過程孿生和性能孿生。

所述數字孿生數據模型包括感知層、網絡層、數據層和表示層。

感知層用于感知智能礦山場景工況環境、設備運行參數和設備工作狀態，為數字孿生的對象孿生提供信息流。

網絡層用于智能礦山場景設備的統一組網、協議轉換、邊緣計算和網絡傳輸，為感知層和數據層提供通信接口，并為數字孿生的過程孿生提供控制流。

數據層用于智能礦山場景多源數據的匯聚融合、迭代計算、分析挖掘、數據孿生和存儲管理，為數字孿生的性能孿生提供數據流。

表示層為用戶提供智能礦山場景數字孿生與信息交互服務，以及智能礦山場景設備的智能識別、精確定位、實時監控和可靠運維，為數字孿生提供決策流。

所述方法的數字孿生建模，包括如下步驟：

步驟1，物理模型定義：選取智能礦山場景物理實體建立三維物理模型，定義物理實體的幾何屬性、運動屬性和功能屬性，以及幾何外形和機械結構，定義仿真迭代優化條件；

步驟2，邏輯模型表示：將物理模型映射到邏輯模型，通過圖形化、形式化描述邏輯模型的組成要素、組織結構和運行機制，并通過邏輯模型將各要素屬性和行為反饋到物理模型，實現對物理模型的優化；