基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法，包括：首先，根据相应的土建结构数据构建公路隧道的隧道虚拟场景；然后，采集公路隧道内物理设备的实时数据进行数据处理，得到反映物理设备状态的状态数据，以及反映隧道运行状态的场景特征量数据；之后，通过状态数据预测相应物理设备的维护时间，并根据场景特征量数据在所述隧道虚拟场景中创建相应的数字孪生模型，该数字孪生模型随所述场景特征量数据的变化进行模型演化；最后，判定是否达到物理设备的维护时间，响应于达到维护时间，重新根据场景特征量数据在所述隧道虚拟场景中创建相应的数字孪生模型。通过数字孪生模型实时直观地、真实地反映隧道内的运行状态。的运行状态。的运行状态。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法


[0001]本专利技术涉及计算机制图的3D建模
，具体涉及一种基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法。

技术介绍

[0002]在公路隧道安全运营工作中，隧道内的实际运行情况尤为重要，可以第一时间反映出隧道的安全隐患，往往利用这些情况来衡量隧道的安全状态。然而现有技术大多还停留在监测数据展示层面，无法直观地反映隧道实际运行情况，且无法真实地反映隧道内的运行状态。因此，现在亟需一种可以直观地、真实地反映隧道内运行状况的技术。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法，可以真实地、直观地反映隧道内的实时运行状态。
[0004]第一方面，提供了一种基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法，包括：
[0005]根据相应的土建结构数据构建公路隧道的隧道虚拟场景；
[0006]采集公路隧道内物理设备的实时数据进行数据处理，得到反映物理设备状态的状态数据，以及反映隧道运行状态的场景特征量数据；
[0007]通过状态数据预测相应物理设备的维护时间，并根据场景特征量数据在所述隧道虚拟场景中创建相应的数字孪生模型，该数字孪生模型随所述场景特征量数据的变化进行模型演化；
[0008]判定是否达到物理设备的维护时间，响应于达到维护时间，重新根据场景特征量数据在所述隧道虚拟场景中创建相应的数字孪生模型。
[0009]结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，构建所述隧道虚拟场景包括：
[0010]根据公路隧道的土建结构数据将隧道划分为多个区段隧道，并确定每个区段隧道的土建结构数据和衔接点；
[0011]通过相应的土建结构数据构建各个区段隧道的衔接三维模型，并确定各个区段隧道之间的衔接点坐标；
[0012]根据衔接点坐标衔接各个区段隧道的衔接三维模型得到的隧道虚拟场景。
[0013]结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第二种可实现方式中，构建所述衔接三维模型包括：
[0014]在区段隧道的首尾衔接处分别创建与路线垂直的三维坐标系；
[0015]基于三维坐标系，根据土建结构数据构建区段隧道的结构轮廓，并确定区段隧道的衔接点坐标；
[0016]根据相应的结构轮廓和路线构建区段隧道的三维模型；
[0017]基于相应的三维模型创建区段隧道的实心三维模型；
[0018]根据衔接点坐标对各个区段隧道的实心三维模型进行布尔差集运算，得到相应的衔接三维模型。
[0019]结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第三种可实现方式中，还包括：
[0020]将区段隧道的衔接三维模型封装成衔接三维组件；
[0021]选取各个区段隧道相应的衔接三维组件，根据衔接点坐标衔接组成所述隧道虚拟场景。
[0022]结合第一方面，在第一方面的第四种可实现方式中，对实时数据进行处理包括：对实时数据进行降噪、异常值剔除以及缺失数据补偿。
[0023]结合第一方面，在第一方面的第五种可实现方式中，预测所述物理设备的维护时间，包括：
[0024]根据状态数据确定物理设备当前的退化状态；
[0025]确定相应测试设备处于所述退化状态时的状态测量值，以及测试设备出现故障的故障时间；
[0026]通过所述状态数据和状态测量值计算物理设备与测试设备之间的相似性参数；
[0027]根据所述相似性参数和故障时间预测物理设备的维护时间；
[0028]通过置信函数理论对所述物理设备的维护时间进行修正。
[0029]结合第一方面，在第一方面的第六种可实现方式中，在隧道虚拟场景中创建相应的数字孪生模型，包括：
[0030]根据物理设备的场景特征量数据构建不同形态的数字孪生模型；
[0031]定义不同形态的数字孪生模型与物理设备的场景特征量数据之间的数据接口；
[0032]获取物理设备实时的场景特征量数据，并通过数据接口匹配相应形态的数字孪生模型装配到隧道虚拟场景中。
[0033]结合第一方面的第六种可实现方式，在第一方面的第七种可实现方式中，还包括：
[0034]定义不同形态的数字孪生模型与物理设备的状态数据之间的数据接口；
[0035]获取物理设备实时的状态数据，并通过数据接口匹配相应形态的数字孪生模型装配到隧道虚拟场景中。
[0036]第二方面，提供了一种存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序运行时，执行第一方面、第一方面的第一至七种可实现方式中的任意一种基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法。
[0037]有益效果：采用本专利技术的基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法，对隧道设备、交通、环境等真实运行状态进行分析，建立隧道虚拟场景与隧道内的物理设备的实时数据映射匹配模型，实现隧道虚拟场景中的数字孪生模型与隧道内的实际运营场景的实时数字映射，从而实时直观地、真实地反映隧道内的运行状态。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0039]图1为本专利技术一实施例提供的模拟方法的流程图；
[0040]图2为构建隧道虚拟场景的流程图；
[0041]图3为构建区段隧道的衔接三维模型的流程图
[0042]图4为预测物理设备的维护时间的流程图。
具体实施方式
[0043]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0044]如图1所示的基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法的流程图，该模拟方法包括：
[0045]步骤1、根据相应的土建结构数据构建公路隧道的隧道虚拟场景；
[0046]步骤2、采集公路隧道内物理设备的实时数据进行数据处理，得到反映物理设备状态的状态数据，以及反映隧道运行状态的场景特征量数据；
[0047]步骤3、通过状态数据预测相应物理设备的维护时间，并根据场景特征量数据在所述隧道虚拟场景中创建相应的数字孪生模型，该数字孪生模型随所述场景特征量数据的变化进行模型演化；
[0048]步骤4、判定是否达到物理设备的维护时间，响应于达到维护时间，重新根据场景特征量数据在所述隧道虚拟场景中创建相应的数字孪生模型。具体而言：
[0049]首先，可以根据公路隧道的土建结构数据在显示隧道运行状态的展示平台中构建隧道虚拟场景，该土建结构数据可以是公路隧道的二维平面图。
[0050]然后，展示平台可以通过物联网与公路隧道内的物理设备通信连接，通过物理设备可以实时采集隧道内的监测数据和设备的运行状态数据。比如，通过微波车检器监测交通信息，通过亮度检测仪本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法，其特征在于，包括：根据相应的土建结构数据构建公路隧道的隧道虚拟场景；采集公路隧道内物理设备的实时数据进行数据处理，得到反映物理设备状态的状态数据，以及反映隧道运行状态的场景特征量数据；通过状态数据预测相应物理设备的维护时间，并根据场景特征量数据在所述隧道虚拟场景中创建相应的数字孪生模型，该数字孪生模型随所述场景特征量数据的变化进行模型演化；判定是否达到物理设备的维护时间，响应于达到维护时间，重新根据场景特征量数据在所述隧道虚拟场景中创建相应的数字孪生模型。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法，其特征在于，构建所述隧道虚拟场景包括：根据公路隧道的土建结构数据将隧道划分为多个区段隧道，并确定每个区段隧道的土建结构数据和衔接点；通过相应的土建结构数据构建各个区段隧道的衔接三维模型，并确定各个区段隧道之间的衔接点坐标；根据衔接点坐标衔接各个区段隧道的衔接三维模型得到的隧道虚拟场景。3.根据权利要求2所述的基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法，其特征在于，构建所述衔接三维模型包括：在区段隧道的首尾衔接处分别创建与路线垂直的三维坐标系；基于三维坐标系，根据土建结构数据构建区段隧道的结构轮廓，并确定区段隧道的衔接点坐标；根据相应的结构轮廓和路线构建区段隧道的三维模型；基于相应的三维模型创建区段隧道的实心三维模型；根据衔接点坐标对各个区段隧道的实心三维模型进行布尔差集运算，得到相应的衔接三维模型。4.根据权利要求2所述的基于数字孪生模型的公路隧道运行状态仿真模拟方法，其特征在于，还包括：将区段隧道的衔接三维模型封装成衔接三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚楠，付立家，何力，马晓刚，毛渝茸，于香玉，杨桪，高旭，徐少林，袁晓燕，
申请(专利权)人：重庆渝黔高速公路有限公司，
类型：发明
国别省市：