一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法技术

本发明专利技术提出一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法，涉及物联网以及传感器领域，传感器收集物理世界的数据，通过Socket或Lora将数据传输到仿真环境，对数据进行可视化展示并增强数字孪生的真实性。传感器数据收集，将传感器与硬件端口连接，运行程序收集数据。通过本发明专利技术，可以通过传感器获取真实物理数据，并能够传输到仿真环境进行参数设置，有效的解决仿真软件获取真实环境数据的问题，并增强数字孪生的真实性。字孪生的真实性。字孪生的真实性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法


[0001]本专利技术公布了一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法，涉及物联网，传感器以及数字孪生领域。

技术介绍

[0002]近年来，无人驾驶技术快速发展，但在无人驾驶的研究当中，测试无人驾驶在复杂道路情况下的行驶效果往往在现实中很难满足，因此，要求能够在虚拟场景中，对其进行测试，数字孪生技术就是实现该测试的关键技术，数字孪生区别于仿真，不仅仅需要将现实的物体在仿真器中进行仿真，还需要给现实的物体进行反作用，给物体发送指令。
[0003]数字孪生技术应用于无人驾驶技术的研究当中时，光照强度，环境的温湿度都是构成复杂环境的重要因素。而在对复杂环境进行仿真的过程中，复杂的环境信息通过传感器进行收集，传感器作为数据来源，其重要性不言而喻。传感器收集到数据以后，如何将数据传送到仿真软件进行仿真，成了一个新的问题；而如何将传感器收集到的真实的环境信息数据传送到仿真软件也就是本专利技术所要解决的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本申请旨在提供一种面向数字孪生应用的强实时数据通信及交互方法，将真实的环境信息通过传感器的收集以及网络通信技术，传输到仿真软件，对仿真环境进行参数设置，增强数字孪生的效果。
[0005]本专利技术实例提供一种面向数字孪生应用的强实时数据通信及交互方法，将真实的环境信息通过传感器的收集，然后使用物联网通信技术，将数据传输到仿真软件，本专利技术采取的技术方案如下：提供一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法，所述通信方法包括以下步骤：S1，客户端设备获取传感器数据；S2，客户端设备使用局域网Socket或Lora网关进行数据传输，将所述传感器数据上传至HTTP API模块或物联网平台；S3，Carla系统调用HTTP API模块，获取局域网内通过Socket进行传输的传感器数据或保存在物联网平台上的数据；S4，将数据进行可视化动态显示。
[0006]进一步的，所述步骤S2具体包括以下内容：同一局域网内进行数据传输，使用Socket网关完成传输操作；不在同一局域网内进行数据传输，使用Lora网关进行传输操作。
[0007]进一步的，采用Socket网关进行传输时，服务端绑定指定的IP地址，对该IP地址进行监听；所述传感器与硬件端口连接，软件Arduino通过硬件端口收集传感器数据，Socket客户端指定硬件端口获取软件Arduino收集的数据， Socket客户端连接服务端绑定的IP地
址，通过TCP进行数据传输。
[0008]进一步的，使用Lora网关进行传输时，首先配置Lora网关的网络，然后对IOT服务器进行配置，在IOT服务器上添加设备并设置相关信息，Lora终端节点收集传感器数据，并通过Lora协议发送出去，Lora网关中的MCU部分从Lora无线获取传感器数据，并传送到Linux端，Linux端将数据以Restful API格式发送到IOT服务器。
[0009]进一步的，所述IOT服务器上添加设备并设置相关信息，包括设备类型，名称，给设备添加传感器，设置传感器信息，包括标识，单位，名称，所属设备，发送间隔。
[0010]进一步的，Lora网关采用WIFI客户端模式，Lora网关作为WIFI客户端，通过WIFI连接，从上级路由器获取DHCP和网络连接。
[0011]进一步的，服务端调用网络接口获取传感器数据，使用Flask框架定义网络接口，定义网络接口时，设定网络接口对应的地址以及访问方式，访问方式应包括：POST法和GET法；设定临时单元保存传感器数据，Socket服务端使用POST方法将传感器数据发送到设定接口，Carla通过GET方法获取传感器数据；当使用Lora网关传输数据时，Lora网关获取到数据以后，将数据保存在其服务器上，Carla系统调用物联网平台自定义的接口获取物联网平台保存的传感器数据。
[0012]进一步的，传感器数据输出格式包括：传感器数据的名称以及数值。
[0013]进一步的，所述步骤S4具体包括以下内容：ROS发布者实时接收传感器数据，使用matplotlib进行图像绘制，通过ROS话题和消息将图像发送给ROS系统，实时动态显示传感器数据。
[0014]有益效果：
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术实现了传感器数据的收集，传输以及显示，能够通过传感器获取真实环境的数据，并在ROS系统中，可视化展示，并能够提高Carla系统的仿真效果；本专利技术实现了两种传感器数据的传输方式，分别对应于局域网内Socket数据传输以及Lora网关传输，从而面对不同的网络环境，有不同的适用方法。
附图说明
[0016]图1是本专利技术客户端收集数据的流程图；图2是根据本专利技术Socket传输传感器数据的执行流程图；图3是本专利技术通过Lora网关进行数据传输的流程图；图4是本专利技术获取传感器数据的流程图；图5是本专利技术数据动态可视化的流程图。
实施方式
[0017]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]本专利技术提供一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法，包括：S1，客户端配置，编写并运行微控制程序，获取传感器数据；具体的说，客户端使用Arduino软件编写微控制程序，并指定硬件端口和开发板，获取传感器数据。
[0019]S2，客户端收集传感器数据，使用局域网Socket或Lora网关进行数据传输，将数据上传到自定义的HTTP API或物联网平台。
[0020]S3，服务端选择调用HTTP网络端口，获取局域网传感器数据或物联网平台数据。Carla调用HTTP API，获取局域网传感器数据或物联网平台数据。
[0021]S4,对收集到的传感器数据进行可视化动态显示。
[0022]图1是关于客户端收集传感器数据的流程图，主要分为以下几个步骤：步骤S01，客户端配置，对客户端进行配置，以便其能够运行微控制程序并能够对数据进行保存以及传输。在该步骤中，传感器的配置指将传感器的端口和开发板的引脚进行正确连接。在本专利技术中，使用温湿度传感器DHT11以及光照传感器。对于DHT11，将传感器的VCC，GND以及DATA端口分别连接开发板的5V，GND以及8号引脚进行连接，8号引脚作为数据收集的接口。对于光照传感器，将传感器的VCC，GND，A0端口分别与开发板的5V，GND以及0号引脚进行连接。配置相应的操作系统，能够安装Arduino软件，以便能够运行对应传感器的微控制程序，并且具有存储功能，能够对传感器的数据进行保存，还需要安装多个硬件端口，以便传感器与硬件端口进行连接进行数据的收集。
[0023]步骤S02，连接传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法，其特征在于：所述通信方法包括以下步骤：S1，客户端设备获取传感器数据；S2，客户端设备使用局域网Socket或Lora网关进行数据传输，将所述传感器数据上传至HTTP API模块或物联网平台；S3，Carla系统调用HTTP API模块，获取局域网内通过Socket进行传输的传感器数据或保存在物联网平台上的数据；S4，将数据进行可视化动态显示。2.根据权利要求1所述的一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下内容：同一局域网内进行数据传输，使用Socket网关完成传输操作；不在同一局域网内进行数据传输，使用Lora网关进行传输操作。3.根据权利要求2所述的一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法，其特征在于：采用Socket网关进行传输时，服务端绑定指定的IP地址，对该IP地址进行监听；所述传感器与硬件端口连接，软件Arduino通过硬件端口收集传感器数据，Socket客户端指定硬件端口获取软件Arduino收集的数据， Socket客户端连接服务端绑定的IP地址，通过TCP进行数据传输。4.根据权利要求2所述的一种面向数字孪生应用的强实时数据通信方法，其特征在于：使用Lora网关进行传输时，首先配置Lora网关的网络，然后对IOT服务器进行配置，在IOT服务器上添加设备并设置相关信息，Lora终端节点收集传感器数据，并通过Lora协议发送出去，Lora网关中的MCU部分从Lora无线获取传感器数据，并传送到Linux端，Linux端将数据以Restfu...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁鑫，向以龙，田烁，陈启蔚，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：