一种基于数字孪生的隧道机电控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于数字孪生的隧道机电控制系统，涉及隧道机电控制领域。包括数字孪生系统、数据感知模块和终端设备模块，数据感知模块用于采集原始数据信息；计算单元用于获取原始数据信息，基于原始数据信息进行计算，将计算结果发送至数据库的计算结果数据集和终端设备模块；终端设备模块用于接收计算结果，对终端设备进行控制；信息模型单元用于预存储信息模型；数据映射单元用于获取信息模型单元中的信息模型，并分别从原始数据集、计算结果数据集中获取数据，将获取的数据与对应的信息模型进行挂接，生成数字孪生模型。本发明专利技术实现了数据采集的自动化、数据分析的可视化，通过不同终端设备的数据间协同实现隧道机电设备的智能控制。设备的智能控制。设备的智能控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的隧道机电控制系统及方法


[0001]本专利技术属于隧道机电控制
，尤其涉及一种基于数字孪生的隧道机电控制系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]行驶至隧道中时，驾驶员由于光线强度的变化而出现“眼盲”，无法第一时间看清洞口附近的情况，这种现象称之为“黑洞效应”和“白洞效应”。所谓“黑洞效应”，是指驾驶员行车进入隧道时，忽然从亮到暗，瞳孔会快速放大，眼睛一下子无法适应，会感觉一片漆黑，此时隧道洞口就像个黑洞；而从隧道出来的时候刚好相反，光线忽然从暗到亮，瞳孔快速缩小，人眼看到的是一片白光，被称为“白洞效应”。因此隧道进出口是事故多发路段，尤其是晴好天气，“黑洞效应”和“白洞效应”尤为严重，存在很大的交通安全隐患。为了尽量避免“黑洞效应”和“白洞效应”，隧道照明灯等机电设备是必不缺少的存在。
[0004]隧道机电设备是隧道工程在运营阶段主要能源消耗端，也是保障隧道正常通行的重要设备。专利技术人发现，目前隧道的灯光控制系统大多根据时间段、太阳光照度进行设定亮度，调光策略相对固定，在处理“黑洞效应”与“白洞效应”时并不灵活，也不利于节能减排；而隧道通风控制系统、信号灯控制系统与照明控制系统往往独立设置，管理分散，不利于隧道的统一运营管理。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于数字孪生的隧道机电控制系统及方法，其中基于数字孪生的隧道机电控制系统包括数字孪生系统、数据感知模块和终端设备模块，实现了数据采集的自动化、数字孪生模拟、数据分析的可视化，并通过不同终端设备的数据间协同，实现隧道机电设备的智能控制问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种基于数字孪生的隧道机电控制系统。
[0008]一种基于数字孪生的隧道机电控制系统，包括数字孪生系统、数据感知模块和终端设备模块，所述数字孪生系统包括计算单元、数据映射单元、信息模型单元和数据库，其中：
[0009]数据感知模块，其用于采集原始数据信息，并将原始数据信息发送至数据库的原始数据集中进行存储；
[0010]计算单元，其用于获取原始数据集中的原始数据信息，基于原始数据信息进行计算、分析，将计算结果分别发送至数据库的计算结果数据集中进行存储、发送至终端设备模块进行控制；同时利用数据映射单元与信息模型单元生成的数字孪生模型进行数字化仿真模拟，将模拟结果存储至计算结果数据集，进而将数据库原始数据集和计算结果数据集中
的数据进行统计并在可视化页面中展示，也可导出数据生成分析报表；
[0011]终端设备模块，其用于接收计算结果，基于计算结果对终端设备进行控制；
[0012]信息模型单元，其用于预存储信息模型；
[0013]数据映射单元，其用于获取信息模型单元中的信息模型，并分别从原始数据集、计算结果数据集中获取数据，将获取的数据与对应的信息模型进行挂接，生成数字孪生模型。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种基于数字孪生的隧道机电控制系统的控制方法。
[0015]一种基于第一方面所述的基于数字孪生的隧道机电控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0016]数据感知模块采集原始数据信息，将原始数据信息发送至数据库的原始数据集中进行存储；
[0017]计算单元获取原始数据集中的原始数据信息，基于原始数据信息进行计算、分析，将计算结果发送至数据库的计算结果数据集中进行存储，同时将计算结果发送至终端设备模块进行控制；
[0018]终端设备模块接收计算结果，基于计算结果对终端设备进行控制；
[0019]信息模型单元预存储信息模型；
[0020]数据映射单元获取信息模型单元中的信息模型，并分别从原始数据集、计算结果数据集中获取数据，将获取的数据与对应的信息模型进行挂接，生成数字孪生模型，基于生成的数字孪生模型，将生成的数字孪生模型发送至计算单元；
[0021]计算单元接收数据映射单元发送的数字孪生模型，利用数据库原始数据集和计算结果数据集中的数据在数字孪生场景中进行数字化仿真模拟获得模拟数据存储至计算结果数据集，进而将数据库原始数据集和计算结果数据集中的数据进行统计并在可视化页面中展示，导出数据生成分析报表。
[0022]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0023]1、本专利技术通过对感知数据的处理与分析，实现了物理世界数据向数字世界映射，为数据管理者提供了一个可视的数字孪生场景，实现了数据采集的自动化、数据分析的可视化，形成隧道机电运营管理的数字资产，并通过不同终端设备的数据间协同，实现隧道机电设备的智能控制问题。
[0024]2、本专利技术通过数据感知模块对隧道外和隧道内亮度信息、车辆位置和车辆行驶速度信息、隧道内空气质量以及风速信息的采集，实现对隧道内外各方面信息的个性化实时采集，通过计算单元基于原始数据信息进行计算、分析，将计算结果发送至终端设备模块，从而通过智能化的控制降低了照明灯单元与风机单元的能源消耗，在处理“黑洞效应”与“白洞效应”时更加灵活，降低了“黑洞效应”与“白洞效应”对司机视觉的影响，实现了风机单元风速的智能调节和信号灯单元对交通的管制。
[0025]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0027]图1为第一个实施例的系统结构图。
[0028]图2为第一个实施例的数据映射关系图。
[0029]图3为第二个实施例的方法流程图。
具体实施方式
[0030]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0031]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。
[0032]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0033]本专利技术提出的总体思路：
[0034]数字孪生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。实现隧道机电智能控制的核心问题是将物理世界与数字世界融合，数字孪生技术提供了这一新的路径，通过对物理世界的感知将物理对象的数据映射到数字世界，从而在数字世界对物理对象的行为进行分析与预测，实现多源异构数据协同，进而控制物理对象，实现对隧道机电设备的智能控制。
[0035]实施例一
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的隧道机电控制系统，其特征在于，包括数字孪生系统、数据感知模块和终端设备模块，所述数字孪生系统包括计算单元、数据映射单元、信息模型单元和数据库，其中：数据感知模块，其用于采集原始数据信息，并将原始数据信息发送至数据库的原始数据集中进行存储；计算单元，其用于获取原始数据集中的原始数据信息，基于原始数据信息进行计算、分析，将计算结果分别发送至数据库的计算结果数据集中进行存储、发送至终端设备模块进行控制；利用数据映射单元与信息模型单元生成的数字孪生模型进行数字化仿真模拟，将模拟结果存储至计算结果数据集，进而将数据库原始数据集和计算结果数据集中的数据进行统计并在可视化页面中展示，也可导出数据生成分析报表；终端设备模块，其用于接收计算结果，基于计算结果对终端设备进行控制；信息模型单元，其用于预存储信息模型；数据映射单元，其用于获取信息模型单元中的信息模型，并分别从原始数据集、计算结果数据集中获取数据，将获取的数据与对应的信息模型进行挂接，生成数字孪生模型，将生成的数字孪生模型发送至计算单元。2.如权利要求1所述的基于数字孪生的隧道机电控制系统，其特征在于，所述原始数据信息包括隧道外和隧道内亮度信息、车辆位置和车辆行驶速度信息、隧道内空气质量以及风速信息。3.如权利要求1所述的基于数字孪生的隧道机电控制系统，其特征在于，所述数据感知模块包括亮度传感器、毫米波雷达、空气质量传感器、风速传感器，其中：所述亮度传感器设置在隧道内和隧道外，隧道外亮度传感器设置在隧道洞口外，隧道内亮度传感器设置在隧道出入口内侧以及隧道中点位置；毫米波雷达设置在隧道入口外，获取车辆位置与车辆行驶速度信息；空气质量传感器与风速传感器设置在隧道出入口段位置和中点位置，获取隧道内不同位置的一氧化碳浓度、烟雾浓度以及风速信息。4.如权利要求1所述的基于数字孪生的隧道机电控制系统，其特征在于，终端设备模块包括设备控制单元、照明灯单元、风机单元、信号灯单元，所述计算单元将计算结果发送至终端设备模块的设备控制单元，设备控制单元根据计算结果向照明灯单元、风机单元、信号灯单元发送控制信号。5.如权利要求4所述的基于数字孪生的隧道机电控制系统，其特征在于，所述照明灯单元具备无极调光功能，根据设备控制单元发送的照明控制信号调整照明强度；风机单元根据设备控制单元发送的风机控制信号调整风机转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈成勇，崔永林，薛志超，刘乐民，栗剑，李怀剑，李月祥，马川义，陆由付，王永康，董士山，张宁，徐长靖，
申请(专利权)人：山东省交通规划设计院集团有限公司山东高速济潍高速公路有限公司，
类型：发明
国别省市：