一种人的数字孪生模型制造技术

本发明专利技术公开了一种人的数字孪生模型，涉及计算机科学技术领域，解决了现有关于人的数字孪生技术严重偏向于人的数字实体模型而忽略知识和行为的影响的技术问题，其技术方案要点是提出的一种三体式的基于人的数字孪生模型包含人的真实实体、人的数字实体和环境实体，结构精炼且内容充分，着眼于两两之间的交互过程，为人的数字孪生技术的研究提供了理论基础。同时，该数字孪生模型为一种基于本体的可扩展的人的数字孪生架构，其中组成人的数字实体的各个元素作为本体，基于本体能够对数字孪生模型进行扩展，能够直观的表现各实体间和本体间的关系，且其可扩展的特性便于后续的优化与改进。与改进。与改进。

【技术实现步骤摘要】
一种人的数字孪生模型


[0001]本申请涉及计算机科学
，尤其涉及一种人的数字孪生模型。

技术介绍

[0002]数字孪生通过对物理实体的全方位模拟，实现数字化表征物理实体的所有内在属性和功能。数字孪生技术在各个领域都得到了广泛的应用，且已经成为推动数字化转型和智能化改进的重要使能技术。目前，大多数数字孪生技术都应用于机器、设备和产品等实体而忽略了人在生产制造过程中的重要地位。实际上，无论是物体还是环境本身，都与人存在一定程度的交互：物体通常是由人来操作使用的，而环境是物体和人共存的空间。在现有的制造业领域内，人仍然占据不可替代的关键地位，除了自主能力和解决问题的能力外，人还拥有智能系统无法比拟的灵巧、感知和决策能力。因此，构建人的数字孪生模型对于完善整个数字孪生的体系以及推进产业智能化和数字化转型有着重要的研究价值。
[0003]目前，关于人的数字孪生模型的大部分研究都是基于实际应用的，这些研究受到面向物体的数字孪生技术的影响，严重偏向于构建人的数字实体的物理模型，并分析该物理模型来实现人的行为检测。然而，知识和行为对于人的构成是同等重要的，单一的物理模型仅能反映人的一部分生理状态，无法完全地反映人的真实实体。基于此，本专利技术提供一种基于人的数字孪生模型，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种人的数字孪生模型，其技术目的是基于人的真实实体、人的数字实体和环境实体之间的连接交互关系，设计一种“三体”式的人的数字孪生模型，并结合“知行合一”的理念，构建一种融合生理状态、精神状态和社会状态的人的数字实体，进而提出一种基于本体的可扩展的人的数字孪生架构，为人的数字孪生技术的研究提供理论基础。
[0005]本申请的上述技术目的是通过以下技术，案得以实现的：
[0006]一种人的数字孪生模型，包括相互均连接的环境实体、人的真实实体和人的数字实体；其中，人的数字实体通过生理状态、心理状态和社会状态进行联合表征，生理状态、心理状态和社会状态通过人的真实实体进行采集，人的数字实体反映人的真实实体；
[0007]人的真实实体和环境实体之间的连接，包括：人的真实实体对环境实体进行感知以实现信息输入，人的真实实体经由大脑处理完信息后，再将信息输出至环境实体，形成人的真实实体与环境实体之间的闭环连接；
[0008]环境实体和人的数字实体之间的连接，包括：环境实体通过信息和规则对人的数字实体进行约束，使其能够根据环境变化进行自适应更新和改进；人的数字实体通过理解及合理利用资源，进而对知识和规则的优化方向进行探索，以对环境实体进行改进；
[0009]人的真实实体和人的数字实体之间的连接，包括：人的真实实体提供人体数据以完成人的数字实体的构建，人的数字实体受到信息和规则的约束进而反馈至人的真实实
体，实现动态调控。
[0010]进一步地，人的真实实体随时间发生变化，包括时间跨度较短时的变化和时间跨度较长时的变化；
[0011]时间跨度较短时的变化包括：在某一时刻t0，人的姿态定义为将时序上连续且语义相关的人的姿态进行组合后，得到[t0,t1]时间段内人的动作再将当前时间跨度下的动作进行组合得到人的行为跨度下的动作进行组合得到人的行为
[0012]时间跨度较长时的变化包括：人的身体健康状态Health(t)和精神的认知状态Knowledge(t)的变化；其中，身体健康状态Health(t)随着时间整体呈现为衰减的曲线，精神的认知状态Knowledge(t)随着时间整体呈现为逐步增长的曲线；
[0013]其中，身体健康状态Health(t)曲线和精神的认知状态Knowledge(t)曲线均被生理状态、心理状态和社会状态影响。
[0014]进一步地，所述人的数字实体通过生理状态、心理状态和社会状态进行联合表征，包括：传感器对人的真实实体的特征进行采集并量化，经由计算机处理后划分为生理状态PS、心理状态MS和社会状态SS，并以此组建人的数字实体。
[0015]进一步地，所述生理状态PS的特征包括外观特征、生理特征、静态特征和动态特征；所述外观特征包括衣着、装饰和表情；所述生理特征包括身高、体重、年龄、肤色、体温、血压、心跳频率和残障情况；所述静态特征包括身体姿态、空间定位和目光注意力；所述动态特征包括步态、运动速度、运动加速度、运动方向、与外部物体的交互和物理空间的位移。
[0016]进一步地，所述心理状态MS的特征包括个性特征、情感特征、意图特征和认知能力特征；所述个性特征由五大人格特质来决定，该五大人格特质包括随和性、外向性、开放性、敏感性和谨慎性；所述情感特征包括愉快、悲伤、愤怒、恐惧、厌恶和惊讶；所述意图特征包括生物学动机、社会心理动机、成就动机、好奇心动机、权力动机、安全动机和情绪动机；所述认知能力特征包括注意力、沟通能力、记忆力和推理能力。
[0017]进一步地，所述社会状态SS的特征包括社会关系特征、教育水平特征和经济地位特征；所述社会关系特征包括亲属关系、工作关系和政治关系；所述教育水平特征包括学历、语言水平和职业技能；所述经济地位特征包括收入、财富和职业身份。
[0018]进一步地，在信息系统中，人的数字实体通过生理状态、心理状态和社会状态进行联合表征时，信息包括人的活动和人的认知，人的活动根据时间跨度长短划分为行为、动作和姿态，人的认知包括知识、目标和计划；
[0019]其中，情感特征、意图特征和认知能力特征共同对姿态产生影响，动作由姿态组成，生理特征和动态特征共同对动作产生影响，行为由动作组成，社会状态对行为产生影响；认知能力特征对知识进行约束，意图特征对计划产生影响，知识对目标和计划进行指导，计划由目标决定，目标通过计划和动态特征实现；
[0020]在物理系统中，人的数字实体反映人的真实实体，包括：
[0021]基于社会状态对人的行为进行分析，将分析结果与人的实际行为进行比对，保证行为的一致性；
[0022]基于生理特征和动态特征对人的动作类别进行分析，通过比对动作和实际行为的包含关系，保证动作的合理性；
[0023]基于意图特征、情感特征和认知能力特征对人的姿态进行分析，通过比对姿态和实际动作的包含关系，保证姿态的合理性；
[0024]基于意图特征和动态特征对人的短期未来动作进行预测，通过比对动作和实际行为的包含关系，对未来动作的规范性进行判定。
[0025]进一步地，人的数字实体和人的真实实体之间存在相似关系，该相似关系包括形似、神似和性似；
[0026]所述形似包括：人的数字实体与人的真实实体具有相似的物理性质，通过人的真实实体的生理状态来实现；
[0027]所述神似包括：人的数字实体与人的真实实体具有相似的知识水平，通过人的真实实体的心理状态来实现；
[0028]所述性似包括：人的数字实体与人的真实实体具有相似的功能服务，通过人的真实实体的生理状态、心理状态和社会状态共同实现。
[0029]本申请的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人的数字孪生模型，其特征在于，包括相互均连接的环境实体、人的真实实体和人的数字实体；其中，人的数字实体通过生理状态、心理状态和社会状态进行联合表征，生理状态、心理状态和社会状态通过人的真实实体进行采集，人的数字实体反映人的真实实体；人的真实实体和环境实体之间的连接，包括：人的真实实体对环境实体进行感知以实现信息输入，人的真实实体经由大脑处理完信息后，再将信息输出至环境实体，形成人的真实实体与环境实体之间的闭环连接；环境实体和人的数字实体之间的连接，包括：环境实体通过信息和规则对人的数字实体进行约束，使其能够根据环境变化进行自适应更新和改进；人的数字实体通过理解及合理利用资源，进而对知识和规则的优化方向进行探索，以对环境实体进行改进；人的真实实体和人的数字实体之间的连接，包括：人的真实实体提供人体数据以完成人的数字实体的构建，人的数字实体受到信息和规则的约束进而反馈至人的真实实体，实现动态调控。2.如权利要求1所述的模型，其特征在于，人的真实实体随时间发生变化，包括时间跨度较短时的变化和时间跨度较长时的变化；时间跨度较短时的变化包括：在某一时刻t0，人的姿态定义为将时序上连续且语义相关的人的姿态进行组合后，得到[t0，t1]时间段内人的动作再将当前时间跨度下的动作进行组合得到人的行为度下的动作进行组合得到人的行为时间跨度较长时的变化包括：人的身体健康状态Health(t)和精神的认知状态Knowledge(t)的变化；其中，身体健康状态Health(t)随着时间整体呈现为衰减的曲线，精神的认知状态Knowledge(t)随着时间整体呈现为逐步增长的曲线；其中，身体健康状态Health(t)曲线和精神的认知状态Knowledge(t)曲线均被生理状态、心理状态和社会状态影响。3.如权利要求1所述的模型，其特征在于，所述人的数字实体通过生理状态、心理状态和社会状态进行联合表征，包括：传感器对人的真实实体的特征进行采集并量化，经由计算机处理后划分为生理状态PS、心理状态MS和社会状态SS，并以此组建人的数字实体。4.如权利要求3所述的模型，其特征在于，所述生理状态PS的特征包括外观特征、生理特征、静态特征和动态特征；所述外观特征包括衣着、装饰和表情；所述生理特征包括身高、体重、年龄、肤色、体温、血压、心跳频率和残障情况；所述静态特征包括身体姿态、空间定位和目光注意力；所述动态特征包括步态、运动速度、运动加速度、运动方向、与外部...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪中华，刘庭煜，焦磊，翁陈熠，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：