[发明专利]机理模型和动态数据联合驱动的“云-边”结合数字孪生方法

说明书

一种机理模型和动态数据联合驱动的“云‑边”结合数字孪生方法，用于构建多种物理实体的数字孪生。获取特定的物理实体信息，对采集数据进行筛选和简单分析，采用实时通讯技术将处理后的数据传输到计算和分析部分，根据所得到数据由相应的仿真分析方法模拟并预测物理实体的外在行为和内在性能信息，将预处理数据、分析数据和物理实体的几何数据相结合，利用多源数据融合方法将多种数据集成并存储，同时满足数字孪生数据的历史可溯性、当下实时性和未来预测性。本发明实现了针对多种物理实体形貌和性能一体的数字孪生快速构建，利用有限的传感器信息实时得到物理实体的姿态和全局性能信息，有助于实现针对物理实体的有效评估、精准预测和最优决策。

技术领域

本发明属于数字孪生领域，涉及一种机理模型和动态数据联合驱动的“云-边”结合数字孪生方法。

背景技术

数字孪生是一种建立物理世界与虚拟世界之间实时联系和交互的概念。借助虚拟世界，数字孪生可以实现对物理世界中表层和隐藏信息的实时呈现和分析，进而为智能化决策提供数据支撑。得益于当前传感器、网络爬虫、通讯、大数据、人工智能、计算机辅助设计、数值仿真、计算机渲染、“云-边”计算等技术的快速发展，数字孪生逐渐从概念层面的方法理论研究转向了技术层面的落地应用研究。高精度传感器向小微型化、低成本发展，为大量布置传感器以收集物理世界的数据提供了条件；网络爬虫作为数据获取的重要手段之一，有助于大量关键信息的自动化获取，可以为虚拟世界重构物理世界提供海量高价值的数据支持；通讯质量、速率、可靠性的不断提高，为物理世界和虚拟世界之间建立实时连接提供了技术保障；面向大体量、多样化数据的处理技术和人工智能技术的快速发展使虚拟世界具备了处理物理世界海量数据的快速分析和计算能力，为更逼真地模拟物理世界提供了更多可能；高保真的计算机辅助设计技术为构建物理世界的虚拟体提供了几何数据和拓扑结构支持，是物理世界三维虚拟可视化的基础；多物理、多尺度、多学科交叉的数值仿真技术为高保真地模拟复杂多变、多向耦合的物理世界提供了关键技术；计算机渲染技术的发展为数字孪生的最终可视化呈现提供了强大的图形和引擎支持；云计算为处理大体量、多类型数据的分析提供了软硬件支撑，以网络为媒介，云计算可以提供快速安全的计算服务和数据存储，具备强大的可扩展性；而在靠近物理实体或数据源头的一端，通过边缘计算则可以有效利用近端硬件设备，降低网络响应延迟，提升数据处理和分析的效率；“云-边”结合的计算模式则可以充分利用云端的大体量数据处理能力和高性能数据分析能力以及边缘端的快速响应能力，做到同时满足数字孪生所要求的超高保真映射和实时虚实互联。这些高新技术的发展使数字孪生集成了数字化、网络化、智能化等多种优势，使数字孪生可以实现物理实体全生命周期的动态交互、数据融合及优化决策等。