[发明专利]一种基于虚拟成像技术的数字孪生系统

权利要求书

1.一种基于虚拟成像的强映射数字孪生系统，包括：物理系统、仿真系统、多传感器采集系统、边缘计算节点、数据中心、终端处理器、虚拟成像设备，其中：

物理系统为数字孪生系统的应用场景，包括场景中的实体设备及实体设备周边的物理环境；实体设备具有通讯接口，实体设备通过该通讯接口与传感器连接；

仿真系统为数字孪生系统的优化和虚拟调试环境，提供环境模拟、数据流模拟、传感器模拟和虚拟成像模拟和虚拟调试功能，为数字孪生系统提供学习进化环境，优化传感器的数量和分布范围，并指导物理系统的构建，以实现信息的高效传递，减少冗余信息；

多传感器采集系统包括仿真优化的多个传感器，多个传感器包括检测实体设备行为信息和状态信息的传感器、检测实体设备周边环境的传感器，该多传感器采集系统采集实体设备的状态信息、行为信息及周边环境信息；

边缘计算节点与多传感器采集系统进行通信连接，其接收周边传感器传送过来的具有不同协议的物理信息数据并进行实时计算和分析过滤，并将计算和分析过滤后的数据打包为数据包发送给终端处理器；

终端处理器与边缘计算节点进行通信连接，并与数据中心连接，对接收到的数据包进行解包处理，获得设备的物理状态数据和健康状态信息及用于显示设备状态的第一三维图像信息，同时将解包后得到的节点信息存入数据中心；终端处理器还应用仿真模型并结合数据中心的实体设备 历史数据，完成对实体设备的运行状态的分析诊断，并将诊断结果变换成可记录设备物理状态数据和健康状态信息的第二三维图像信息；并将第一三维图像信息和第二三维图像信息发送给虚拟成像设备；

虚拟成像设备与数据中心和终端处理器连接，用于对终端处理器的处理结果进行3D成像显示，虚拟成像设备接收自终端处理器处理的第一三维图像信息和第二三维图像信息，并将其按照所需的比例投射到真实的三维空间中；

虚拟成像设备进行投射时，采用增强现实技术将接收的真实的第一三维图像信息和反映物理状态数据和健康状态信息的第二三维图像信息融合在一起，实现图像仿真；

边缘计算节点与多传感器采集系统的通信连接为无线或有线连接，终端处理器与边缘计算节点的通信连接为无线连接；

边缘计算节点在数据打包时，对数据量特别大的图像信息采用增量压缩编码，仅保存相对于前一帧图像发生变化的数据，然后以统一的协议将图像数据和其他过滤后的传感器信息打包处理，并将打包后的数据包发送至终端处理器进行统一处理；

边缘计算节点还包括存储器，用于保存图像数据作运算处理；

终端处理器内部设置多个接收队列，多个接收队列包含两种类型：一类为传感器信息接收队列，一类为图像信息接收队列，此两类接收队列均是按照接收时间先后顺序将数据包放入；

边缘计算节点发送的数据包包含类型标识，该类型标识用于标识发送的数据包为传感器信息或图像信息；

终端处理器根据数据包的类型标识，将数据包放入其对应的传感器信息接收队列或图像信息接收队列；

终端处理器设置的接收队列中，针对每个边缘计算节点都设置一个对应的传感器信息接收队列和一个图像信息接收队列；

边缘计算节点发送的数据包还包含边缘计算节点标识，该边缘计算节点标识用于标识发送数据包的边缘计算节点；

终端处理器在接收数据包时，根据接收到的数据包中的边缘计算节点标识按照接收时间排序存入所标识的边缘计算节点所一一对应的传感器信息接收队列或图像信息接收队列进行暂存；

终端处理器通过轮询处理方式来对每个边缘计算节点对应的接收队列中的数据进行处理；对于一个边缘计算节点对应的图像信息接收队列和传感器信息接收队列，图像信息接收队列的优先级高于传感器信息接收队列；

边缘计算节点发送图像信息数据包时，每个数据包都附加一发送时间戳信息；终端处理器在当前边缘计算节点中的处理时隙，终端处理器进一步判断图像信息接收队列中排序最前的数据包的发送时间戳与当前系统时间的差值是否大于一预设阈值，如果大于预设阈值，则只将该排序最前的数据包存入数据中心，不做解包处理，即做丢包处理，然后继续判断下一个排序最前的数据包的发送时间戳与当前系统时间的差值是否大于一预设阈值，直到当前排序最前的数据包的发送时间戳与当前系统时间的差值小于等于一预设阈值，则将当前排序最前的数据包进行解压缩处理，并将其与前一个解压缩处理的图像数据包发送到虚拟成像设备；

每隔固定时间，边缘计算节点发送一帧完整图像信息，而不仅仅只发送相对于前一帧图像发生变化的数据。