一种基于大数据的地铁车站数字孪生模型构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于大数据的地铁车站数字孪生模型构建方法，步骤如下：构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型，设计“一物一码”标签和状态时标实现对地铁车站监控设备在多维度建模；数字化地铁车站数字孪生虚拟设备的行为模型，主要包括数字化地铁车站的监控设备在设计、建设和运维过程中的工作流程和应急处理流程，以及设备之间的关联关系；设计开发基于容器化的多态分析技术实现地铁车站的实时、历史、特征和多预测等状态模式，通过上述多个模式的组合实现车站运维在多场景下的不同功能需求，从而可视化展示数字孪生体不同生命周期的数据状态。本发明专利技术能够实现数字孪生模型构建和多态分析研判地铁车站系统运维过程，提高运维效率。高运维效率。高运维效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大数据的地铁车站数字孪生模型构建方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通监控系统，特别是一种基于大数据的地铁车站数字孪生模型构建方法。

技术介绍

[0002]随着自动化技术在轨道交通TCC、综合监控和智慧车站的不断应用，各个系统内部积累了大量的物理感知数据、模型生成数据和虚实融合数据，数据呈现多来源、多种类、多结构的特点，存在数据融合困难、信息孤岛等问题。数字孪生(Digital Twin)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全生命周期过程。数字孪生技术作为数字世界与物理世界两个领域之间的桥梁，可以提供物理对象和过程的实时虚拟表示，为了给用户带来持续价值的数字孪生项目落地，需要持续稳定的数据驱动、更智能分析技术和更丰富的可视化展现。大数据技术可以高效稳定处理海量数据，很好地解决了多源异构、时空对齐和数据融合等问题，为数字孪生建模提供了新的手段和新的方向。
[0003]目前，轨道交通地铁车站智慧运维系统采用三维软件如C4D/3DMAX/H5等软件实现车站三维虚拟空间的搭建，把整个物理场景复刻一遍，构造一个和物理现实相对应的虚拟空间来模拟监控设备虚拟孪生体。基于三维可视化场景，对具体设备运行情况进行精准复现，能够高度还原设备的地理位置、外形、材质、纹理细节等显示细节以及复杂内部结构，实现高精度、超精细的可视化渲染。信息的采集，虚实连接，数据存储、分析、研判等人脑难以承载的庞大信息量及整个生产管理运营逻辑，需要设计更加合理的分析方法。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于大数据的地铁车站数字孪生模型构建方法，从而实现数字孪生模型构建和多态分析研判地铁车站系统运维过程，提高运维效率。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种基于大数据的地铁车站数字孪生模型构建方法，包括以下步骤：
[0006](1)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型，设计“一物一码”标签和状态时标实现对地铁车站监控设备在各种维度建模，所述维度包括多源、异构、时间和空间；
[0007](2)数字化地铁车站数字孪生虚拟设备的行为模型，主要包括数字化地铁车站的监控设备在设计、建设和运维过程中的工作流程和应急处理流程，以及设备之间的关联关系；
[0008](3)设计开发基于容器化的多态分析技术实现地铁车站的多种状态模式，所述状态模式包括实时状态模式、历史状态模式、特征状态模式和多预测状态模式，通过上述多个模式的组合实现车站运维在培训、演习和运营等各种场景下的不同功能需求；地铁车站需求场景复杂，单一状态模式不能全面满足业务需求，容器组态功能实现多容器多模式方式满足各项需求，例如多个历史、特征和多预测状态模式组成培训场景；多个历史、特征模式
组成演习场景；多个实时、历史、特征和多预测状态模式组成运营场景。
[0009]步骤(1)中所述的构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型，是指在数据仓库中按照“一物一码”原则建立地铁车站的数字化模型；所述“一物一码”原则指所有采集系统监控设备模型与大数据模型建立一一对应关系，多源数据中相同设备不同属性时，在相同设备建立不同属性即可，相同设备相同属性时，属性只建一遍，包括：车站唯一性编码规则为“线路ID.车站ID”，车站设备唯一性编码规则为“线路ID.车站ID.专业ID.设备类型ID.设备ID”，属性唯一性编码规则为“线路ID.车站ID.专业ID.设备类型ID.设备ID.属性类型ID.属性ID”。
[0010]所述步骤(1)具体为：
[0011](1.1)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型的状态时标：采集系统中监控设备设备更新状态的时间戳，采集系统上传变化状态时将时间戳同时上传；使用Flink框架实时和批处理处理所有的具有状态时标的采集数据，动态映射监控设备的虚拟对象；
[0012](1.2)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型中的动态映射：采集系统上传采集数据，经过ETL过程后，程序通过hash映射标签，更新属性状态；
[0013](1.3)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型中的处理多源异构数据：大数据平台与采集系统进行对时后，虚拟设备的多个数据源的状态更新，程序比较设备实时时标和采集时标，如果实时时标大于采集时标，该状态数据丢弃，如果实时时标小于采集时标，状态更新，实时时标更新；
[0014](1.4)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型中的处理时间维度数据：在大数据平台内部对监控设备在时间和频率同步统计，便于后期分析；
[0015](1.5)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型中的处理空间维度数据：在大数据平台内部统一划分多层空间区域，包括车站、站台、站厅、三维网格区域，利用挖掘监控设备深层关系。
[0016]步骤(2)所述的数字化地铁车站数字孪生虚拟设备的行为模型是指将监控设备虚拟体之间的树形结构关系在关系数据库中建立数据行为模型，树形结构中一个节点在数据库为一条记录，记录主要包含唯一性编码、子节点编码和兄弟节点编码三个属性，例如A节点有B、C、D的三个子节点，A节点记录为{A，B，
“”
}，B节点记录为{B，
“”
，C}，C节点记录为{C，
“”
，D}，D节点记录为{D，
“”
，
“”
}。
[0017]所述步骤(2)具体为：
[0018](2.1)数字化地铁车站的监控设备在设计、建设和运维过程中的工作流程和应急处理流程：将各个流程中各个步骤中有设备的步骤和无设备的步骤筛选出来，有设备步骤可以用于显示或操作步骤，无设备的只用于信息提示，建立树形结构关系图；
[0019](2.2)数字化地铁车站的设备之间的关联关系：将具有关联关系的设备建立树形结构关系图。
[0020]步骤(3)中所述的基于容器化的多态分析技术是指根据地铁车站当前设备情况和步骤(2)中树形结构图生成包含一组微服务、缓存数据和预测模型的组合，用于同一时间为数据可视化分析提供多种数据驱动；组合以容器部署方式手动或自动生成，且容器之间相互隔离不影响；大数据可视化画面任意切换连接某个容器，同时展示地铁车站不同维度的状态，更直观地与决策者进行深层互动。
[0021]步骤(3)中所述的实时状态模式是指监控系统的所有监控设备虚拟对象接受变化数据实时刷新；所述的历史状态模式是指以历史数据文件为驱动，回放车站监控设备某一段时间内的历史状态；所述的特征状态模式是指根据各种特征抽取以往具有相同特征的监控或处理流程，并模拟回放该过程，所述特征包括报警、故障或流程；所述的多预测状态模式是指设备正常实时刷新，根据步骤(2)中树形结构图生成智能辅助路径的监控设备状态模式，包含全路径和优选路径两种预测模式，其中在全路径预测中，选择某一步骤，显示该步骤执行后的当前所有监控设备实时状态和预测值；优选路径为根据当前情况智能选出几本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于大数据的地铁车站数字孪生模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型，设计“一物一码”标签和状态时标实现对地铁车站监控设备在各种维度建模，所述维度包括多源、异构、时间和空间；(2)数字化地铁车站数字孪生虚拟设备的行为模型，主要包括数字化地铁车站的监控设备在设计、建设和运维过程中的工作流程和应急处理流程，以及设备之间的关联关系；(3)设计开发基于容器化的多态分析技术实现地铁车站的多种状态模式，所述状态模式包括实时状态模式、历史状态模式、特征状态模式和多预测状态模式，通过上述多个模式的组合实现车站运维在各种场景下的不同功能需求。2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的地铁车站数字孪生模型构建方法，其特征在于，步骤(1)中所述的构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型，是指在数据仓库中按照“一物一码”原则建立地铁车站的数字化模型；所述“一物一码”原则指所有采集系统监控设备模型与大数据模型建立一一对应关系，多源数据中相同设备不同属性时，在相同设备建立不同属性即可，相同设备相同属性时，属性只建一遍，包括：车站唯一性编码规则为“线路ID.车站ID”，车站设备唯一性编码规则为“线路ID.车站ID.专业ID.设备类型ID.设备ID”，属性唯一性编码规则为“线路ID.车站ID.专业ID.设备类型ID.设备ID.属性类型ID.属性ID”。3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的地铁车站数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：(1.1)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型的状态时标：采集系统中监控设备设备更新状态的时间戳，采集系统上传变化状态时将时间戳同时上传；使用Flink框架实时和批处理处理所有的具有状态时标的采集数据，动态映射监控设备的虚拟对象；(1.2)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型中的动态映射：采集系统上传采集数据，经过ETL过程后，程序通过hash映射标签，更新属性状态；(1.3)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型中的处理多源异构数据：大数据平台与采集系统进行对时后，虚拟设备的多个数据源的状态更新，程序比较设备实时时标和采集时标，如果实时时标大于采集时标，该状态数据丢弃，如果实时时标小于采集时标，状态更新，实时时标更新；(1.4)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型中的处理时间维度数据：在大数据平台内部对监控设备在时间和频率同步统计，便于后期分析；(1.5)构建地铁车站数字孪生虚拟设备的基础模型中的处理空间维度数据：在大数据平台内部统一划分多层空间区域，包括车站、站台、站厅、三维网格区域，利用挖掘监控设备深层关系。4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的地铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振山，路红娟，肖声，陈莉莉，胡波，费洋，
申请(专利权)人：南瑞轨道交通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：