【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能煤矿，尤其涉及一种采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法。
技术介绍
1、当前，煤矿井下采掘装备数字孪生系统的数据传输路线为传感器-plc-opc-mqtt-系统内存-模型动作方法，推动煤矿设备管理与监测水平需要依托数字孪生系统，而构建数字孪生系统需借助这一数据传输路线。
2、这条数据传输路线中具体进行数据传输的方式为：传感器负责监测采掘装备的实时数据，以固定频率进行数据采集，将数据传输至plc，记该环节的时间间隔为t1。plc接收并处理数据，执行预设的控制逻辑，并传递处理后的数据，记该环节的时间间隔为t2。opc将plc处理后的数据以标准格式传输，记该环节的时间间隔为t3。mqtt接收opc传来的数据，并通过消息队列的方式将数据转发至系统内存，记mqtt转发数据时间间隔为t4。数据被采掘装备数字孪生系统的模型动作方法调用进行计算（即执行模型动作方法），这段时间间隔记为t5。最后，通过采掘装备数字孪生系统的模型渲染运动将计算出的姿态数据转化为屏幕上可视化的模型运动，实时呈现在用户界面上，记每次模型渲染运动的时间为t6。其中由于环节本身限制可视为固定参数的有t1、t2、t3、t6，人工容易设置的参数有t4、t5。
3、当前，采掘装备数字孪生系统在确定数据传输参数时，通常倾向于将各个环节的更新频率调整至性能允许的最快水平，以追求更高的实时性和性能。然而，这种做法不仅会丢掉部分传输数据，造成资源浪费，而且这样也并不意味着当下的总时延为最佳。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法。本专利技术的技术方案如下：
2、一种采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法，其包括：
3、s1，确定采掘装备数字孪生系统的单位分辨精确度和屏幕更新率f，并根据屏幕更新率f确定屏幕更新时间间隔tz；
4、s2，根据采掘装备数字孪生系统的数据传输路线上的采掘装备、传感器、opc和mqtt，测量从传感器至opc过程的第一时间间隔t1的最小值t1 min、mqtt将数据转存至系统内存过程的第二时间间隔t2的最小值t2 min、从系统内存调用数据执行模型动作方法过程的第三时间间隔t3的最小值t3 min、采掘装备以最快速度运动单位分辨精确度的最大速度vmax及采掘装备以最快速度运动单位分辨精确度的最大转动幅度sj，并根据vmax和sj确定单位分辨精确度时间tj；
5、s3，根据t1 min，t2 min，t3 min，t1、t2和t3之间的关系，tz和tj建立约束条件和目标函数；
6、s4，求解目标函数满足所述约束条件的解，得到采掘装备数字孪生系统进行数据传输的最优参数。
7、可选地，所述s1在根据屏幕更新率f确定屏幕更新时间间隔tz时，通过如下公式实现：
8、tz=1/f。
9、可选地，所述s2在根据vmax和sj确定单位分辨精确度时间tj时，通过如下公式实现：
10、tj=sj/vmax。
11、可选地，所述s3根据t1 min，t2 min，t3 min，t1、t2和t3之间的关系，tz和tj建立的约束条件为：
12、t1=t1 min，t2=at1，t2>t2 min，t2→t1，t3=abt1，t3>t3 min，t3≤tj，t3→tj，t3≥tz；
13、建立的目标函数为：minimize t3=abt1；
14、其中，a和b为决策变量且均为正整数。
15、可选地，所述s4在求解目标函数满足所述约束条件的解，得到采掘装备数字孪生系统进行数据传输的最优参数时，包括：
16、s41，使用整数规划求解器确定目标函数满足所述约束条件的决策变量a和b的可行取值，得到t3的可行解；
17、s42，根据参数优化目的从t3的可行解中选择最优的t3作为采掘装备数字孪生系统数据传输路线中执行模型动作方法的最优时间间隔。
18、上述所有可选技术方案均可任意组合，本专利技术不对一一组合后的结构进行详细说明。
19、借由上述方案，本专利技术的有益效果如下：
20、通过根据传感器和模型渲染运动这两个环节受采掘装备实际运动分辨精确度限制和模型显示帧数限制的原因，确定屏幕更新时间间隔和单位分辨精确度时间，并通过测量各环节的最小时间间隔，以此为依据构建约束条件和目标函数，进而求解目标函数的最优参数，提供了一种根据数据传输路线中各环节的实际工作情况，来确定采掘装备数字孪生系统执行模型动作方法最优参数的方法，通过该方法可以在保证数据传输的实时性和精准性的前提下，合理分配各个环节的查询频率，确保少丢值的同时，能够达到采掘装备现场的传输时延要求，并能够节省资源。
21、上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
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1.一种采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法，其特征在于，所述S1在根据屏幕更新率f确定屏幕更新时间间隔tz时，通过如下公式实现：
3.根据权利要求1所述的采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法，其特征在于，所述S2在根据vmax和sj确定单位分辨精确度时间tj时，通过如下公式实现：
4.根据权利要求1或2或3所述的采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法，其特征在于，所述S3根据T1 min，T2 min，T3 min，T1、T2和T3之间的关系，tz和tj建立的约束条件为：
5.根据权利要求4所述的采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法，其特征在于，所述S4在求解目标函数满足所述约束条件的解，得到采掘装备数字孪生系统进行数据传输的最优参数时，包括：
【技术特征摘要】
1.一种采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法，其特征在于，所述s1在根据屏幕更新率f确定屏幕更新时间间隔tz时，通过如下公式实现：
3.根据权利要求1所述的采掘装备数字孪生系统的数据传输参数优化方法，其特征在于，所述s2在根据vmax和sj确定单位分辨精确度时间tj时，通过如下公式实现：...
【专利技术属性】
技术研发人员：付翔，刘萌，姜玉龙，张智星，秦一凡，刘彬，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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