基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台技术方案

本发明专利技术提供一种基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，涉及数字孪生技术领域。本发明专利技术通过在监控平台上直观展示物理系留气球系统的数字孪生模型，并将物理系留气球系统上的各种传感器数据同步展示在系留球体孪生模型上，通过对系留气球孪生气球球体模型的位姿仿真，充分展示系留气球的运行状态。本发明专利技术可视化程度高、交互手段好，能够将系留气球的运行状态直观展现出来，从而实现了系留气球系统的远程运行状态监控，保障了系留气球系统的运行安全。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台
本专利技术涉及数字孪生
，具体涉及一种基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台。
技术介绍
系留气球系统主要用于低空、超低空预警，对海警戒和对敌边境线纵深地区的侦察监视，是空中预警飞机和地面雷达网的良好补充，是以雷达为任务系统的一种综合信息系统。广泛应用于预警探测、通信中继、电子干扰、防灾减灾、公共安全等军事和民用领域。数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的实际运行过程。随着产品数量逐步增加及系留气球设备的老化，导致系留气球系统运行过程中的安全问题逐渐增多，如何保障系留气球系统运行安全已成为迫切需要解决的问题，目前，保障系留气球系统运行安全的监控平台主要包括系留气球测控平台和远程视频监控平台。系留气球测控系统包括球上测控和球下监控两部分，球上测控负责数据采集，球下监控进行信息的综合展示，远程视频监控系统通过几个固定的摄像头远程监控系留气球的工作状态。然而本申请的专利技术人发现，系留气球测控平台和远程视频监控平台均存在交互手段弱的技术问题。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，解决了现有的监控平台交互手段弱的技术问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供一种基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，包括：系留气球数字孪生模型构建模块，用于对系留气球系统三维CAD模型进行处理，构建系留气球数字孪生模型，系留气球数字孪生模型包括球体数字孪生模型和地面系留设施数字孪生模型；系留气球运行状态数据解析模块，用于对通过网络传输过来的数据流进行解析，获取系留气球运行状态数据；系留气球数字孪生模型仿真模块，用于根据系留气球运行状态数据，实现球体数字孪生模型的位置仿真和姿态仿真，以及地面系留设施数字孪生模型的旋转仿真；系留气球全方位多视角可视化模块，用于实现系留气球多状态下的系留气球孪生模型的可视化；系留气球运行状态数据可视化模块，用于实现系留气球运行状态数据的可视化。优选的，所述监控平台还包括：系留气球阵地场景模型构建模块；所述系留气球阵地场景模型构建模块用于构建系留气球阵地面片模型，对系留气球阵地面片模型进行处理，构建系留气球阵地场景模型。优选的，所述监控平台还包括：系留气球运行状态报警模块；所述系留气球运行状态报警模块用于对系留气球运行状态数据中的异常数据进行报警。优选的，所述构建系留气球阵地面片模型，对系留气球阵地面片模型进行处理，构建系留气球阵地场景模型，包括：根据系留气球阵地实际地形构建阵地面片模型，并对阵地面片模型进行贴图与渲染，将系留气球阵地中心设置在世界坐标系的原点处，设置系留气球阵地天空盒，得到系留气球阵地场景模型。优选的，所述对系留气球系统三维CAD模型进行处理，构建系留气球数字孪生模型，包括：将系留气球系统三维CAD模型转化为系留气球系统面片模型，并按照系留气球系统各组成部分的实际外观，对系留气球系统面片模型进行贴图渲染，将系留塔底座底面旋转中心设置在世界坐标系的原点处；按照系留气球仿真需求，对系留气球模型的结构层级进行调整。优选的，所述按照系留气球仿真需求，对系留气球模型的结构层级进行调整包括：创建球体节点和创建地面系留设施旋转节点；其中，创建球体节点包括：创建球体节点空物体，将球体节点的局部坐标系位置设置为默认系留状态下球体在世界坐标系下的重心坐标，并将随球体运动的模型加入到球体节点下，以实现球体的旋转能够绕系留气球球体重心旋转；创建地面系留设施旋转节点包括：创建地面系留设施旋转空物体，将地面系留设施旋转节点的局部坐标系位置设置为世界坐标系原点处，并将随系留设施旋转的模型加入到系留设施旋转节点下。优选的，所述系留气球运行状态数据包括：位姿状态、压力状态、温度信息、风速风向、缆绳状态、供电状态、工作状态和故障信息，所述位姿状态包括位置数据和姿态数据。优选的，所述球体数字孪生模型的位置仿真包括：根据位置数据中的经度、纬度和绝对高度换算出系留气球距离系留塔中心的水平漂移距离、方位角和绝对高度；由水平漂移距离、方位角和绝对高度，计算出球体在世界坐标系中的位置坐标，并将位置坐标赋值给球体，实现系留气球球体的位置仿真；所述球体数字孪生模型的姿态仿真包括：根据姿态数据中的俯仰角、横滚角和航向数据，设置球体节点的欧拉角，实现系留气球球体的姿态仿真；地面系留设施数字孪生模型的旋转仿真包括：根据获取到的防护舱方位数据，设置地面系留设施旋转节点的欧拉角，以实现地面系留设施的旋转仿真。优选的，所述实现系留气球多状态下的系留气球孪生模型的可视化，包括：通过地面人员视角、球上跟随自由视角和固定视角，实现系留气球多状态下的系留气球孪生模型的可视化。优选的，所述系留气球运行状态报警模块用于对系留气球运行状态数据中的异常数据进行报警，包括：所述系留气球运行状态报警模块实时获取系留气球运行状态数据解析模块中的系留气球运行状态数据，实时监控系留气球的安全状态，对异常数据进行报警，报警类型包括碰撞监测报警、电源告警、姿态角告警、风速风向告警、缆绳张力告警、缆绳偏角告警、球体压力告警。(三)有益效果本专利技术提供了一种基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台。与现有技术相比，具备以下有益效果：本专利技术通过系留气球数字孪生模型构建模块对系留气球系统三维CAD模型进行处理，构建系留气球数字孪生模型，主要包括球体数字孪生模型和地面系留设施数字孪生模型；通过系留气球运行状态数据解析模块获取系留气球运行状态数据；通过系留气球数字孪生模型仿真模块，实现系留气球球体数字孪生模型的位置仿真、姿态仿真，以及地面系留设施数字孪生模型的旋转仿真；系留气球全方位多视角可视化模块实现系留气球多状态下的系留气球孪生模型的可视化，以及系留气球运行状态数据的可视化。本专利技术通过在监控平台上直观展示物理系留气球系统的数字孪生模型，并将物理系留气球系统上的各种传感器数据同步展示在系留球体孪生模型上，通过对系留气球孪生气球球体模型的位姿仿真，充分展示系留气球的运行状态。本专利技术可视化程度高、交互手段好，能够将系留气球的运行状态直观展现出来，从而实现了系留气球系统的远程运行状态监控，保障了系留气球系统的运行安全。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例中基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，其特征在于，包括：/n系留气球数字孪生模型构建模块，用于对系留气球系统三维CAD模型进行处理，构建系留气球数字孪生模型，系留气球数字孪生模型包括球体数字孪生模型和地面系留设施数字孪生模型；/n系留气球运行状态数据解析模块，用于对通过网络传输过来的数据流进行解析，获取系留气球运行状态数据；/n系留气球数字孪生模型仿真模块，用于根据系留气球运行状态数据，实现球体数字孪生模型的位置仿真和姿态仿真，以及地面系留设施数字孪生模型的旋转仿真；/n系留气球全方位多视角可视化模块，用于实现系留气球多状态下的系留气球孪生模型的可视化；/n系留气球运行状态数据可视化模块，用于实现系留气球运行状态数据的可视化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，其特征在于，包括：
系留气球数字孪生模型构建模块，用于对系留气球系统三维CAD模型进行处理，构建系留气球数字孪生模型，系留气球数字孪生模型包括球体数字孪生模型和地面系留设施数字孪生模型；
系留气球运行状态数据解析模块，用于对通过网络传输过来的数据流进行解析，获取系留气球运行状态数据；
系留气球数字孪生模型仿真模块，用于根据系留气球运行状态数据，实现球体数字孪生模型的位置仿真和姿态仿真，以及地面系留设施数字孪生模型的旋转仿真；
系留气球全方位多视角可视化模块，用于实现系留气球多状态下的系留气球孪生模型的可视化；
系留气球运行状态数据可视化模块，用于实现系留气球运行状态数据的可视化。


2.如权利要求1所述的基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，其特征在于，所述监控平台还包括：系留气球阵地场景模型构建模块；
所述系留气球阵地场景模型构建模块用于构建系留气球阵地面片模型，对系留气球阵地面片模型进行处理，构建系留气球阵地场景模型。


3.如权利要求1所述的基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，其特征在于，所述监控平台还包括：系留气球运行状态报警模块；
所述系留气球运行状态报警模块用于对系留气球运行状态数据中的异常数据进行报警。


4.如权利要求1所述的基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，其特征在于，所述构建系留气球阵地面片模型，对系留气球阵地面片模型进行处理，构建系留气球阵地场景模型，包括：
根据系留气球阵地实际地形构建阵地面片模型，并对阵地面片模型进行贴图与渲染，将系留气球阵地中心设置在世界坐标系的原点处，设置系留气球阵地天空盒，得到系留气球阵地场景模型。


5.如权利要求1所述的基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，其特征在于，所述对系留气球系统三维CAD模型进行处理，构建系留气球数字孪生模型，包括：
将系留气球系统三维CAD模型转化为系留气球系统面片模型，并按照系留气球系统各组成部分的实际外观，对系留气球系统面片模型进行贴图渲染，将系留塔底座底面旋转中心设置在世界坐标系的原点处；按照系留气球仿真需求，对系留气球模型的结构层级进行调整。


6.如权利要求5所述的基于数字孪生的系留气球系统远程监控平台，其特征在于，所述按照系留气球仿真需求，...

【专利技术属性】
技术研发人员：田富君，陈兴玉，张燕龙，周红桥，魏一雄，陈亮希，周金文，郭磊，张红旗，苏建军，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34