一种基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及绿化规划与设计技术领域，公开了一种基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法及装置。本发明专利技术根据目标城市绿化项目中需采集物理实体信息数据的目标数据类型建立相关的多元异构数据库；基于该数据库实时获取并存储该项目在建设过程中的物理实体信息数据，构建贯穿该项目全生命周期的虚拟数据孪生模型；基于该数据库中的时变数据调整该模型以实时反映相应物理实体的变化情况，并基于当前虚拟数据孪生模型对该项目的目标未来指标进行预测，进而输出绿化设计方案建议以提示用户；检测到方案调整指令被触发时相应调整绿化设计方案。本发明专利技术能够实现绿化设计方案的实时仿真预测与智能动态化调整，使数据信息得以从设计阶段传递至下一阶段。传递至下一阶段。传递至下一阶段。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法及装置


[0001]本专利技术涉及绿化规划与设计
，尤其涉及一种基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法及装置。

技术介绍

[0002]随着现代城市规模的逐步扩大,城市可持续发展、绿色低碳与智慧城市建设等新理念的陆续提出，城市的绿化建设正逐渐受到关注。在城市绿化设计过程中通过数字信息化手段实现城市绿化的合理布局，对智慧城市绿化设计的科学性与效益提升有着重大意义。
[0003]传统技术中使用参数化设计进行绿化设计。参数化设计(Parametric Design)起源于工业设计领域，后逐渐发展并进入建筑设计领域与景观绿化领域。参数化设计可通过建立绿化设计项目中气候、地形、植物等各设计因素间的定量化关系，用计算机软件对各设计因素进行赋值、调整并计算，模拟景观绿化系统的运行规律后，得出可选的设计方案；又或是由设计者先确定设计草案，再运用参数化设计技术进行建模辅助，验证设计的科学合理性。参数化设计通过对设计因素的高度定量化，能够获得相比依靠经验设计更加科学、高效的方案结果，但设计方案的人文性与艺术性却仍有不足。
[0004]随着建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技术的发展，该技术逐步应用于绿化设计领域。BIM技术是通过建立模块化的景观信息模型，再将现实实体的数据信息绑定在模型上，把城市绿化设计细分为各个带有真实参数的景观对象部件并有机组合。BIM技术在绿化设计项目中能将原本相互独立的模型与数据，通过贯穿项目全生命周期的景观信息模型进行整合，以此提高设计项目模型与数据信息的统一性，保证模型与数据修改的同步。
[0005]虽然BIM技术可以将现实实体的数据信息与景观信息模型建立联系，但绿化设计项目中物理实体的数据信息与虚拟模型信息间的实时互通性仍存在较大不足，绿化项目较长的生命周期使得缺少数据实时仿真预测与智能动态化调整能力的绿化设计结果难以适应快速变化的城市环境，这也使得部分城市绿化存在养护管理不足、植物种类、种植密度不合理等问题。同时，在绿化设计项目全生命周期各阶段中，因设计、施工与运维各阶段功能需求的不同，会产生同一项目的多个相互独立的数字信息模型，使得数据信息无法从设计阶段传递至下一阶段，整个项目中的数据信息出现阶段性的孤立，设计阶段产生的问题难以在后续得到解决。
[0006]数字孪生(Digital Twin)在工程中的实际应用得益于信息通信、传感器与建模仿真等技术的发展。数字孪生指在信息数字化平台上建立起物理实体、流程或者系统的数字化模拟，当物理实体变化时，数字化模拟能根据实体反馈的数据信息自动与物理实体做出相同的变化，并能通过信息数字化平台了解和控制物理实体。通过数字孪生系统中虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等方法，能在数字化模拟模型上进行预先模拟，再将较优的模式运用到物理实体上，以此拓展物理实体的能力。本申请将基于数字孪生技术解
决现有绿化设计技术中存在的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法及装置，解决了现有绿化设计方法存在绿化设计结果由于缺少数据仿真预测与智能动态调整能力而难以适应快速变化的城市环境、绿化设计项目中的数据信息出现阶段性孤立的缺陷的技术问题。
[0008]本专利技术第一方面提供一种基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法，包括：
[0009]确定目标城市绿化项目中需采集物理实体信息数据的目标数据类型，根据所述目标数据类型建立目标城市绿化项目相关的多元异构数据库；
[0010]根据所述多元异构数据库，实时获取并存储所述目标城市绿化项目在建设过程中的各所述目标数据类型的物理实体信息数据；
[0011]基于所述多元异构数据库构建贯穿所述目标城市绿化项目的全生命周期的目标虚拟数据孪生模型；
[0012]基于所述多元异构数据库中的时变数据调整所述目标虚拟数据孪生模型以实时反映相应物理实体的变化情况，并基于当前的目标虚拟数据孪生模型对所述目标城市绿化项目的目标未来指标进行预测，基于得到的预测结果输出绿化设计方案建议以提示用户；所述目标未来指标包括目标植物的目标生长参数、目标植物的健康状态及目标环境参数；
[0013]检测到方案调整指令被触发时相应调整所述目标城市绿化项目的绿化设计方案；所述方案调整指令在检测到物理实体约束条件发生改变或者接收到针对所述绿化设计方案建议的反馈信息时被触发。
[0014]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述基于所述多元异构数据库构建贯穿所述目标城市绿化项目的全生命周期的目标虚拟数据孪生模型，包括：
[0015]从所述多元异构数据库中提取地形数据、周边环境影像数据、植物数据、土壤数据、气候数据和居民数据；
[0016]根据所述地形数据构建三维可视化城市环境，根据所述周边环境影像数据在所述三维可视化城市环境中补入相应的植物模型和公共设施，得到三维城市化景观模型；
[0017]将所述植物数据、所述土壤数据、所述气候数据和所述居民数据绑定于所述三维城市化景观模型，得到相应的虚拟数据孪生模型；
[0018]为所述虚拟数据孪生模型添加预置的对应物理实体间各类物体关系的智能预测算法，基于土壤数据、气候数据和居民数据训练并优化所述智能预测算法的准确性，以确定所述虚拟数据孪生模型的最优参数；其中，所述智能预测算法用于对所述目标未来指标进行预测；
[0019]将优化得到的虚拟数据孪生模型与所述多元异构数据库建立连接，得到目标虚拟数据孪生模型。
[0020]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述检测到方案调整指令被触发时相应调整所述目标城市绿化项目的绿化设计方案，包括：
[0021]若所述方案调整指令为在检测到物理实体约束条件发生改变时被触发，根据发生改变的物理实体约束条件调整所述目标城市绿化项目的绿化设计需求条件，计算出同时满足所述目标城市绿化项目的当前所有绿化设计需求条件的绿化设计方案作为调整后的绿
化设计方案；
[0022]若所述方案调整指令为在接收到针对所述绿化设计方案建议的反馈信息时被触发，根据所述反馈信息调整所述目标城市绿化项目的绿化设计方案。
[0023]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述计算出同时满足所述目标城市绿化项目的当前所有绿化设计需求条件的绿化设计方案作为调整后的绿化设计方案，包括：
[0024]从预置的各标准绿化设计方案中，匹配出同时满足所述目标城市绿化项目的当前所有绿化设计需求条件的一个标准绿化设计方案作为调整后的绿化设计方案。
[0025]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述检测到方案调整指令被触发时相应调整所述目标城市绿化项目的绿化设计方案，还包括：
[0026]若所述方案调整指令为在检测到物理实体约束条件发生改变时被触发，且未计算出同时满足所述目标城市绿化项目的当前所有绿化设计需求条件的绿化设计方案，根据能够满足所述目标城市绿化项目的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法，其特征在于，包括：确定目标城市绿化项目中需采集物理实体信息数据的目标数据类型，根据所述目标数据类型建立目标城市绿化项目相关的多元异构数据库；根据所述多元异构数据库，实时获取并存储所述目标城市绿化项目在建设过程中的各所述目标数据类型的物理实体信息数据；基于所述多元异构数据库构建贯穿所述目标城市绿化项目的全生命周期的目标虚拟数据孪生模型；基于所述多元异构数据库中的时变数据调整所述目标虚拟数据孪生模型以实时反映相应物理实体的变化情况，并基于当前的目标虚拟数据孪生模型对所述目标城市绿化项目的目标未来指标进行预测，基于得到的预测结果输出绿化设计方案建议以提示用户；所述目标未来指标包括目标植物的目标生长参数、目标植物的健康状态及目标环境参数；检测到方案调整指令被触发时相应调整所述目标城市绿化项目的绿化设计方案；所述方案调整指令在检测到物理实体约束条件发生改变或者接收到针对所述绿化设计方案建议的反馈信息时被触发。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法，其特征在于，所述基于所述多元异构数据库构建贯穿所述目标城市绿化项目的全生命周期的目标虚拟数据孪生模型，包括：从所述多元异构数据库中提取地形数据、周边环境影像数据、植物数据、土壤数据、气候数据和居民数据；根据所述地形数据构建三维可视化城市环境，根据所述周边环境影像数据在所述三维可视化城市环境中补入相应的植物模型和公共设施，得到三维城市化景观模型；将所述植物数据、所述土壤数据、所述气候数据和所述居民数据绑定于所述三维城市化景观模型，得到相应的虚拟数据孪生模型；为所述虚拟数据孪生模型添加预置的对应物理实体间各类物体关系的智能预测算法，基于土壤数据、气候数据和居民数据训练并优化所述智能预测算法的准确性，以确定所述虚拟数据孪生模型的最优参数；其中，所述智能预测算法用于对所述目标未来指标进行预测；将优化得到的虚拟数据孪生模型与所述多元异构数据库建立连接，得到目标虚拟数据孪生模型。3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法，其特征在于，所述检测到方案调整指令被触发时相应调整所述目标城市绿化项目的绿化设计方案，包括：若所述方案调整指令为在检测到物理实体约束条件发生改变时被触发，根据发生改变的物理实体约束条件调整所述目标城市绿化项目的绿化设计需求条件，计算出同时满足所述目标城市绿化项目的当前所有绿化设计需求条件的绿化设计方案作为调整后的绿化设计方案；若所述方案调整指令为在接收到针对所述绿化设计方案建议的反馈信息时被触发，根据所述反馈信息调整所述目标城市绿化项目的绿化设计方案。4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的智慧城市绿化设计方法，其特征在于，所述计算出同时满足所述目标城市绿化项目的当前所有绿化设计需求条件的绿化设计方案作为
调整后的绿化设计方案，包括：从预置的各标准绿化设计方案中，匹配出同时满足所述目标城市绿化项目的当前所有绿化设计需求条件的一个标准绿化设计方案作为调整后的绿化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雄，谢雨琪，张易东，熊宇涵，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：