[發明專利]一種基于數字孿生技術的崩塌監測系統與方法

有效

• 申請號: 202211065374.2
• 申請日: 2022-09-01
• 公開（公告）號: CN115130356B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 朱樟柳;韓忠;王長欣;呂大偉;喻光明;田淑明;閆鵬洋;李兵;饒振賓;徐猛
• 申請（專利權）人: 北京云廬科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06T17/20;G01D21/02
• 代理公司: 北京卓緯律師事務所 11872
• 代理人: 孫志峰

一種基于數字孿生技術的崩塌監測系統與方法，屬于崩塌監測技術領域，采集并記錄待監測崩塌類型及巖性、崩塌周邊地表情況，選擇崩塌破壞模型，并制定現場監測方案、建立崩塌數字孿生體；利用位態展示子模塊、超前預測子模塊以及虛實互動模塊進行崩塌數字孿生體與實體的互動，并通過對待監測崩塌的位移超前預測、安全系數計算，實現崩塌可能發生的特殊時期交通沿線崩塌狀態的實時智能感知；采用了孿生體喚醒機制，能最大程度的節約算力，優化人力和物力，可在整個交通沿線推廣復制。

技術領域

本發明屬于崩塌監測技術領域，特別涉及一種基于數字孿生技術的崩塌監測系統及其構建方法。

背景技術

崩塌是當前地質災害的主要類型之一，對于臨坡的重要建筑設施，如公路、鐵路、房屋，可能會受到崩塌災害的威脅。基于經濟性價比考量，在不考慮拆舊換新的前提下，進行必要的崩塌監測投入，是行業內的基本做法。崩塌監測的目的是追求崩塌發生最大程度的超前性，保障崩塌發生后第一時間投入人工干預力量，最大程度減小損失，保障生命財產安全。

當前市面崩塌監測系統很多，歸納來看存在以下問題：一是面向災害對象的針對性不足，未充分考慮除了滑塌之外的其他崩塌破壞機理，監測手段和方法大體照搬滑坡監測，一定程度上影響了崩塌監測的精準性；二是手段和理念偏于傳統，大多依靠于傳統的“曲線+預警閾值”的模式，缺乏一定形象化展示；三是過于追求監測硬件的精確性，忽略軟件與數據層面的賦能效應，未充分利用當下有限元軟件的計算和預測能力，智能化和實用化不足。上述三個方面的問題，是當前市面崩塌監測系統的普遍短板。

通過調研了解到，數字孿生技術當前已經成為工業發展的熱點，在工業制造領域發展迅猛。數字孿生是以數字化方式創建物理的虛擬實體，借助歷史數據、實時數據以及算法模型，模擬、驗證、預測、互動于物理實體全壽命周期過程。該技術特征是互操作性、可拓展性、實時性、保真性、閉環性，目前在工業領域應用廣泛。其發展有五個階段，分別是三維幾何模型、三維仿真模型、增強體仿真模型、動態孿生體、自主孿生體模型，其中前三個屬于傳統仿真模型的范疇、后兩個階段涵蓋了人工智能技術。數字孿生技術把物理世界中的對象，以數據的形式映射到數字空間當中，它不是通過采集動態數據對物理對象簡單克隆，而是一套獨立于物理對象的數字系統。其基本作用是，對真實實體進行持續監測，發現異常第一時間做出反應，同時對可能出現的各類情況進行超前預測和試錯。

近年崩塌監測實時數據采集傳感技術不斷發展，崩塌監測云端數值仿真技術不斷成熟，各類物理力學模型研究不斷豐富，算法模型進化融合，并行計算、邊云協同技術取得突破，數字孿生技術和理念在崩塌監測領域的應用已經沒有大障礙，其應用可以達到數字孿生第三個階段（增強體仿真模型），甚至第四個階段（動態孿生體），利用數字孿生體技術和理念，能夠有效解決上述提到的傳統崩塌監測系統的三方面問題和困境。然而，目前行業內幾乎沒有使用地質災害數字孿生體技術及理念對災害體監測，基于數字孿生體的崩塌監測系統市面上還沒有。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于數字孿生的崩塌監控系統，結合交通沿線的崩塌場景，根據崩塌的破壞類型建立針對性模型，確立合理的監測布控方案，將數字孿生技術與理念引入該場景下的崩塌監測系統中，輔以形象化的模型展示，匯聚崩塌環境中的各類實時物理場數據，特定條件下喚醒云端實時仿真，實現崩塌可能發生的特殊時期交通沿線崩塌狀態的實時智能感知，補齊傳統崩塌監測軟件和數據層面的效能短板，真正為交通沿線有關地質災害安全管理工作賦能。需要特別強調的是，由于監測系統采用了孿生體喚醒機制，能最大程度的節約算力，優化人力和物力，可在整個交通沿線推廣復制。