[发明专利]面向智能矿山场景的数字孪生演化机理及方法

说明书

本发明公开了面向智能矿山场景的数字孪生演化机理及方法，所述数字孪生由物理模型、逻辑模型、仿真模型和数据模型相互耦合和演化集成，包含以下方法步骤：(1)物理模型定义；(2)逻辑模型表示；(3)仿真模型建立；(4)仿真模型优化；(5)仿真模型验证；(6)数据模型构建；(7)数字孪生集成。本发明通过构建数字孪生模型，实现数字孪生体与物理实体之间的数据镜像与信息交互，实现物理空间物理实体与虚拟空间数字孪生体的对象孪生、过程孪生和性能孪生；本发明通过数字孪生演化机理与方法，在虚拟空间智能矿山场景实现对物理空间智能矿山场景远程可视化监控，以及对矿山应用场景设备进行智能感知、实时监控、精确定位和健康预测。

技术领域

本发明涉及一种面向智能矿山的数字孪生技术，属于机器视觉、计算机仿真与物联网技术领域，具体涉及面向智能矿山场景的数字孪生演化机理及方法。

背景技术

当前，数字孪生技术广泛应用于智能制造和虚拟生产车间，并逐渐从数字化向智能化和智慧化发展。矿山无人化开采与机器学习等信息技术的深度融合，加快了矿井智能开采技术兴起并向纵深发展。数字孪生技术具有模型可视化、逻辑可控制和数据可计算的虚拟模型构建特点，其在工业智能制造和虚拟生产场景应用广泛。随着机器视觉三维建模技术以及视觉传感器测量技术在工业应用成果的不断推广，基于机器视觉的数字孪生技术将在智能矿山三维场景建模、物理信息技术以及虚拟空间数字镜像等应用方面发挥重要作用。

现有矿山应用场景采用VR或AR等虚拟现实仿真技术，物理模型与虚拟仿真的数据不同步，仿真模型的自学习、自优化能力弱，缺乏可计算性及信息交互能力，无法对智能矿山应用场景及作业设备进行智能感知、实时监控、精确定位和健康预测。因此，需要探索发明一种新的仿真模型构建方法，基于可视化三维模型进行感知分析、仿真模拟、迭代优化与决策控制，通过虚拟场景数字孪生模型实现智能矿山场景的远程可视化智能监控，以解决现有技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术不足之处，本发明提出了一种面向智能矿山场景的数字孪生演化机理及方法，旨在通过构建物理空间智能矿山场景在虚拟空间的数字孪生模型，实现数字孪生体与物理实体之间信息交互与虚拟监控，实现对智能矿山应用场景及作业设备的智能感知、实时监控、精确定位和健康预测。

本发明的技术方案是：面向智能矿山场景的数字孪生演化机理及方法，所述方法的数字孪生模型包括物理模型、逻辑模型、仿真模型和数据模型，数字孪生模型由物理模型、逻辑模型、仿真模型相互耦合及演化而成，并通过数字孪生实现虚拟空间智能矿山场景与物理空间智能矿山场景的映射重构、数据镜像、同步反馈与信息交互，所述数字孪生包括对象孪生、过程孪生和性能孪生。

所述数字孪生数据模型包括感知层、网络层、数据层和表示层。

感知层用于感知智能矿山场景工况环境、设备运行参数和设备工作状态，为数字孪生的对象孪生提供信息流。

网络层用于智能矿山场景设备的统一组网、协议转换、边缘计算和网络传输，为感知层和数据层提供通信接口，并为数字孪生的过程孪生提供控制流。

数据层用于智能矿山场景多源数据的汇聚融合、迭代计算、分析挖掘、数据孪生和存储管理，为数字孪生的性能孪生提供数据流。

表示层为用户提供智能矿山场景数字孪生与信息交互服务，以及智能矿山场景设备的智能识别、精确定位、实时监控和可靠运维，为数字孪生提供决策流。

所述方法的数字孪生建模，包括如下步骤：

步骤1，物理模型定义：选取智能矿山场景物理实体建立三维物理模型，定义物理实体的几何属性、运动属性和功能属性，以及几何外形和机械结构，定义仿真迭代优化条件；

步骤2，逻辑模型表示：将物理模型映射到逻辑模型，通过图形化、形式化描述逻辑模型的组成要素、组织结构和运行机制，并通过逻辑模型将各要素属性和行为反馈到物理模型，实现对物理模型的优化；