【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字孪生可视化，具体为一种基于仿真数字孪生可视化技术方法和系统。
技术介绍
1、数字孪生是指通过数字模型对现实世界的物理实体进行建模和仿真，在虚拟空间中进行分析和优化，从而为实体的设计、生产和运营提供支持，可视化是一种通过图形、图表、图像或动画等方式将数据或信息以可视形式呈现的技术或方法，数字孪生可视化则是通过图像、动画或交互界面等手段，将数字孪生的模型可视化呈现出来，使用户能够更直观地理解和操作数字孪生，数字孪生技术将现实世界中的物理对象、系统或过程通过数字化建模的方式呈现在虚拟空间中，以便于我们进行实时的监测、分析和预测。在过去的几年里，数字孪生可视化已经在智慧水利、智慧校园、智慧工厂以及智慧城市等行业得到了广泛的应用，并取得了显著的成果。
2、但是目前的仿真数字孪生可视化技术在智慧交通方面仍存在一定的不足，随着城市化进程的加速推进，交通拥堵问题日益严重，传统的交通信号灯配时方案存在缺陷，传统的交通信号灯配时方案往往基于固定时段和预设模式，无法实时适应交通流量的变化，导致车辆等待时间过长，交通拥堵现象频发。因此，有必要提出一种基于仿真数字孪生可视化技术方法和系统，以解决现有技术中的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种基于仿真数字孪生可视化技术方法和系统，它可以利用仿真模型预测交通流量变化，通过数字孪生技术构建虚拟交通场景，实时模拟交通运行情况，并基于可视化技术展示交通流量数据和信号配时方案，实现动态调整交通信
2、本专利技术为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，该方法包括：
3、建立交通流仿真模型，预测交通流量的变化；
4、构建与实际交通场景相对应的数字孪生场景，实时反映实际交通运行情况；
5、实时采集交通流量和车辆行驶状态数据；
6、对采集到的数据进行处理和分析，提取有用信息；
7、通过可视化技术展示交通流量数据和信号配时方案；
8、根据实时数据和仿真模型的预测结果，通过动态信号优化算法自动计算最优的信号配时方案，并调整交通信号灯的实际配时。
9、进一步地，所述建立交通流仿真模型，预测交通流量的变化，该方法包括：
10、收集历史交通流量数据、道路网络布局和车辆行驶规则的基础信息，对收集到的数据进行预处理；
11、使用图论方法表示道路网络，其中节点代表交叉口，边代表路段，定义每条路段的物理属性和交通属性；
12、应用跟驰模型来描述车辆之间的相互作用，公式为：其中，vn+1(t+δt)是后车在未来时刻的速度，vn(t)是前车在当前时刻的速度，δt是时间步长，t是驾驶员反应时间v(sn+1(t))是根据车间距sn+1(t)确定的期望速度；
13、引入换道模型来处理车辆换道行为；
14、设计信号相位和配时方案，包括绿灯时间、黄灯时间和红灯时间的分配，考虑不同相位之间的转换逻辑和冲突解决机制；
15、根据上述模型，模拟车辆行驶和交叉口信号控制过程，记录并输出仿真结果，包括交通流量、车辆延误和排队长度指标。
16、更进一步地，所述构建与实际交通场景相对应的数字孪生场景，该方法包括：
17、将实际交通场景中的物理对象映射到数字孪生场景中，建立实时数据同步机制；
18、使用三维建模技术构建虚拟交通场景，根据道路网络模型和车辆行驶模型，在虚拟环境中模拟道路布局、车辆行驶轨迹和信号控制状态；
19、通过接口和协议将实时交通数据接入数字孪生场景，使用可视化技术在虚拟环境中展示车辆位置、速度、交通信号状态的实时信息；
20、在数字孪生场景中添加交互元素，包括按钮和滑块，允许用户通过界面调整信号配时方案和查看不同场景下的交通运行情况。
21、更进一步地，所述实时采集交通流量和车辆行驶状态数据，该方法包括：
22、在关键交通节点部署传感器设备，包括在交叉口和高速公路出入口部署摄像头、雷达和地磁感应器；
23、通过有线和无线方式，实时从传感器设备中收集交通流量、车辆行驶速度、车辆类型、车道占用率数据；
24、对收集的数据进行数据融合，将来自不同传感器的数据整合成一致的信息流，进行数据融合时采用卡尔曼滤波算法，估计和预测车辆状态，卡尔曼滤波状态更新方程：其中，是更新后的状态估计，是预测的状态，kk是卡尔曼增益，zk是观测值，hk是观测矩阵；
25、将数据存储到数据库和数据仓库中，并将收集到的数据传输到交通信号优化系统。
26、更进一步地，所述对采集到的数据进行处理和分析，提取有用信息，该方法包括：
27、检查数据集中是否存在完全相同的记录，并删除重复项；
28、对于缺失和不完整的数据字段，根据上下文进行填充；
29、对于包含噪声的数据，采用卡尔曼滤波算法去除噪声；
30、使用统计量来定义异常值的阈值，并检测超出阈值的数据点，使用z-score方法检测异常值：其中，x是数据点，μ是均值，σ是标准差，∣z∣>3被认为是异常值；
31、数据聚合与统计分析，将数据按时间间隔进行聚合，计算平均流量、平均速度指标，根据道路网络布局，将数据聚合到不同的路段和交叉口，计算各区域的交通流量和拥堵程度，使用统计方法进一步分析数据，提取交通流模式、拥堵热点信息；
32、从处理后的数据中提取信号优化的关键特征，包括交通流量峰值、平均等待时间、交叉口饱和度。
33、更进一步地，所述通过可视化技术展示交通流量数据和信号配时方案，该方法包括：
34、从实时数据采集与处理模块获取已经处理过的交通流量数据和信号配时方案数据；
35、选择可视化库和框架来创建可视化图表和界面，确定可视化元素的类型和布局，使用热力图展示交通拥堵情况，使用核密度估计来生成热力图，涉及以下公式：其中，k是核函数，h是带宽，xi是观测数据点，n是数据点数量；
36、设计用户友好的界面，包括导航栏、工具栏、图表区域，确定需要被可视化展示的数据，并为每种数据类型选择合适的可视化表示形式；
37、将数据映射到可视化元素上；
38、将信号配时方案以图形化形式表示，包括使用不同颜色的灯光表示不同的信号灯状态和在地图上显示信号灯的实时状态；
39、使用可视化工具和技术将设计好的界面和数据渲染成可视化图表；
40、对可视化界面进行优化，包括调整颜色、字体、布局。
41、更进一步地，所述根据实时数据和仿真模型的预测结果，通过动态信号优化算法自动计算最优的信号配时方案，并调整交通信号灯的实际配时，该方法包括：
42、将实时数据采集与处理模块提供的实时交通流量、车辆行驶状态数据，与交通流仿真模块的预本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述建立交通流仿真模型，预测交通流量的变化，该方法包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述构建与实际交通场景相对应的数字孪生场景，该方法包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述实时采集交通流量和车辆行驶状态数据，该方法包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述对采集到的数据进行处理和分析，提取有用信息，该方法包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述通过可视化技术展示交通流量数据和信号配时方案，该方法包括：
7.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述根据实时数据和仿真模型的预测结果，通过动态信号优化算法自动计算最优的信号配时方案，并调整交通信号灯的实际配时，该方法包括：<...
【技术特征摘要】
1.一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述建立交通流仿真模型，预测交通流量的变化，该方法包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述构建与实际交通场景相对应的数字孪生场景，该方法包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述实时采集交通流量和车辆行驶状态数据，该方法包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在于，所述对采集到的数据进行处理和分析，提取有用信息，该方法包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于仿真数字孪生可视化技术方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱婵，
申请(专利权)人：广州千越飞鸿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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