本發(fā)明涉及數(shù)字孿生，尤其涉及一種基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法、基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的系統(tǒng)及計算設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字孿生技術(shù)在智能制造、城市基礎(chǔ)設(shè)施管理、建筑能源管理等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。通過創(chuàng)建物理實體的數(shù)字副本，可以實現(xiàn)對實體狀態(tài)的實時監(jiān)控、分析和預(yù)測。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，數(shù)字孿生系統(tǒng)主要依賴于傳感器數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)(i?ot)技術(shù)和云計算平臺。該系統(tǒng)雖然能夠收集和處理來自物理世界的數(shù)據(jù)，但在數(shù)據(jù)同步、實時性和精確映射方面存在一些局限性。具體地，現(xiàn)有的數(shù)字孿生系統(tǒng)存在以下缺陷：對于不同來源和類型的數(shù)據(jù)，難以實現(xiàn)高精度的時間同步；由于缺乏精確的空間和時間編碼，難以實現(xiàn)對物理實體的高精度映射；實時性不足，現(xiàn)有系統(tǒng)在處理和分析數(shù)據(jù)流時存在延遲，難以滿足實時監(jiān)控和快速響應(yīng)的需求；隨著應(yīng)用規(guī)模的擴大和監(jiān)控對象數(shù)量的增加，現(xiàn)有系統(tǒng)在對物理實體或數(shù)字模型的擴展性方面存在瓶頸。

3、因此，需要一種基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法，來解決上述技術(shù)方案中存在的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提供一種基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法及基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的系統(tǒng)，以解決或至少緩解上面存在的問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法，在服務(wù)器中執(zhí)行，所述服務(wù)器與布置在多個目標(biāo)區(qū)域的多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信連接，所述方法包括：實時獲取各個數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的各個目標(biāo)區(qū)域的各個物理實體的原始實時數(shù)據(jù)，所述物理實體包括工業(yè)設(shè)備、智能建筑、交通工具、城市基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)業(yè)設(shè)施、能源系統(tǒng)中的一種或多種；對于每個所述物理實體，對所述物理實體的原始實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和格式化處理，得到所述物理實體的目標(biāo)實時數(shù)據(jù)，所述目標(biāo)實時數(shù)據(jù)包括一種或多種狀態(tài)數(shù)據(jù)；獲取所述物理實體的地理位置信息和時間信息，并對所述地理位置信息和時間信息進行編碼生成時空編碼，將所述物理實體的目標(biāo)實時數(shù)據(jù)與所述時空編碼進行關(guān)聯(lián)，得到所述物理實體的時空編碼實時數(shù)據(jù)；基于所述物理實體的時空編碼實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述物理實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)孿生體，以便基于所述物理實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)孿生體實時監(jiān)控所述物理實體的狀態(tài)。

3、可選地，在根據(jù)本發(fā)明的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法中，獲取所述物理實體的地理位置信息和時間信息，并對所述地理位置信息和時間信息進行編碼生成時空編碼，包括：從對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備中的gps模塊或北斗定位系統(tǒng)獲取所述物理實體的地理位置信息，基于北斗網(wǎng)格碼的時空網(wǎng)格框架對所述地理位置信息進行編碼，生成空間編碼信息，所述地理位置信息包括經(jīng)度信息和維度信息；從所述物理實體的目標(biāo)實時數(shù)據(jù)中獲取第一時間戳信息，利用標(biāo)準(zhǔn)時間服務(wù)器對所述第一時間戳信息進行校正得到第二時間戳信息，基于北斗網(wǎng)格碼的時空網(wǎng)格框架對所述第二時間戳信息進行時間離散編碼，得到離散化的時間信息；將所述空間編碼信息和所述離散化的時間信息進行組合，生成唯一的時空編碼。

4、可選地，在根據(jù)本發(fā)明的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法中，基于所述物理實體的時空編碼實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述物理實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)孿生體，包括：構(gòu)建所述物理實體的基礎(chǔ)數(shù)字模型；對所述物理實體的時空編碼實時數(shù)據(jù)進行解析，以得到所述物理實體的目標(biāo)實時數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的地理位置信息和時間信息；基于所述地理位置信息和時間信息，將所述物理實體的目標(biāo)實時數(shù)據(jù)映射到所述基礎(chǔ)數(shù)字模型的相應(yīng)位置，形成映射數(shù)據(jù)；基于所述基礎(chǔ)數(shù)字模型和所述映射數(shù)據(jù)，得到所述物理實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)孿生體，其中，所述映射數(shù)據(jù)用于表示所述數(shù)字孿生體的狀態(tài)并反映所述物理實體的狀態(tài)。

5、可選地，在根據(jù)本發(fā)明的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法中，所述服務(wù)器與數(shù)據(jù)存儲裝置通信連接，所述方法還包括：將所述物理實體的時空編碼實時數(shù)據(jù)存儲在所述數(shù)據(jù)存儲裝置中；實時從所述數(shù)據(jù)存儲裝置中獲取所述物理實體的最新時空編碼實時數(shù)據(jù)；對所述物理實體的最新時空編碼實時數(shù)據(jù)進行解析，以得到所述物理實體的最新目標(biāo)實時數(shù)據(jù)以及對應(yīng)的地理位置信息和時間信息；基于所述地理位置信息和時間信息，將所述物理實體的最新目標(biāo)實時數(shù)據(jù)映射到所述數(shù)字孿生體的相應(yīng)位置，形成最新映射數(shù)據(jù)，以基于所述最新映射數(shù)據(jù)更新所述數(shù)字孿生體的狀態(tài)，以使更新后的數(shù)字孿生體的狀態(tài)與所述物理實體的狀態(tài)相一致。

6、可選地，在根據(jù)本發(fā)明的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法中，構(gòu)建所述物理實體的基礎(chǔ)數(shù)字模型，包括：基于所述物理實體的形狀和尺寸信息，構(gòu)建所述物理實體的三維幾何模型；將初始屬性信息賦予所述三維幾何模型，以得到所述物理實體的基礎(chǔ)數(shù)字模型，所述初始屬性信息包括材質(zhì)信息、顏色信息和結(jié)構(gòu)信息。

7、可選地，在根據(jù)本發(fā)明的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法中，基于所述地理位置信息和時間信息，將所述物理實體的目標(biāo)實時數(shù)據(jù)映射到所述基礎(chǔ)數(shù)字模型的相應(yīng)位置，包括：基于所述地理位置信息，將所述目標(biāo)實時數(shù)據(jù)映射到所述基礎(chǔ)數(shù)字模型的相應(yīng)位置；基于所述時間信息，將所述目標(biāo)實時數(shù)據(jù)疊加到所述數(shù)字孿生體對應(yīng)的時間軸上。

8、可選地，在根據(jù)本發(fā)明的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法中，還包括：從所述數(shù)據(jù)存儲裝置中獲取所述物理實體正常運行狀態(tài)下的多個時間點的時空編碼實時數(shù)據(jù)，作為正常運行歷史數(shù)據(jù)；基于所述正常運行歷史數(shù)據(jù)對孤立森林算法進行訓(xùn)練，生成孤立森林模型；利用所述孤立森林模型，基于所述物理實體的最新目標(biāo)實時數(shù)據(jù)，確定異常評分；判斷所述異常評分是否超過預(yù)設(shè)評分閾值，以確定所述物理實體的當(dāng)前狀態(tài)是否異常。

9、可選地，在根據(jù)本發(fā)明的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法中，所述服務(wù)器經(jīng)由多個邊緣計算節(jié)點與布置在多個目標(biāo)區(qū)域的多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信連接，其中每個目標(biāo)區(qū)域分別對應(yīng)一個邊緣計算節(jié)點，各個所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過無線通信網(wǎng)絡(luò)與對應(yīng)的邊緣計算節(jié)點通信連接，適于將采集的各個目標(biāo)區(qū)域的物理實體的原始實時數(shù)據(jù)發(fā)送至對應(yīng)的邊緣計算節(jié)點；實時獲取各個數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的各個目標(biāo)區(qū)域的各個物理實體的原始實時數(shù)據(jù)，包括：通過各個邊緣計算節(jié)點，實時獲取各個數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的各個目標(biāo)區(qū)域的各個物理實體的原始實時數(shù)據(jù)；對所述物理實體的原始實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和格式化處理，包括：通過對應(yīng)的邊緣計算節(jié)點，對所述物理實體的原始實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和格式化處理。

10、可選地，在根據(jù)本發(fā)明的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法中，還包括：實時監(jiān)控各個目標(biāo)區(qū)域的各個數(shù)據(jù)采集設(shè)備的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)采集情況；當(dāng)監(jiān)控到任一數(shù)據(jù)采集設(shè)備的運行狀態(tài)和/或數(shù)據(jù)采集情況異常時，進行報警。

11、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的系統(tǒng)，包括：布置在多個目標(biāo)區(qū)域的多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備，適于采集各個目標(biāo)區(qū)域的各個物理實體的原始實時數(shù)據(jù)；服務(wù)器，與所述多個數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信連接，所述服務(wù)器中部署有構(gòu)建裝置，所述構(gòu)建裝置包括：獲取單元，適于實時獲取各個數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的各個目標(biāo)區(qū)域的各個物理實體的原始實時數(shù)據(jù)，所述物理實體包括工業(yè)設(shè)備、智能建筑、交通工具、城市基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)業(yè)設(shè)施、能源系統(tǒng)中的一種或多種；預(yù)處理單元，適于對于每個所述物理實體，對所述物理實體的原始實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和格式化處理，得到所述物理實體的目標(biāo)實時數(shù)據(jù)，所述目標(biāo)實時數(shù)據(jù)包括一種或多種狀態(tài)數(shù)據(jù)；編碼單元，適于獲取所述物理實體的地理位置信息和時間信息，并對所述地理位置信息和時間信息進行編碼生成時空編碼，將所述物理實體的目標(biāo)實時數(shù)據(jù)與所述時空編碼進行關(guān)聯(lián)，得到所述物理實體的時空編碼實時數(shù)據(jù)；構(gòu)建單元，適于基于所述物理實體的時空編碼實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建所述物理實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)孿生體，以便基于所述物理實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)孿生體實時監(jiān)控所述物理實體的狀態(tài)。

12、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種計算設(shè)備，包括：至少一個處理器；存儲器，存儲有程序指令，其中，程序指令被配置為適于由上述至少一個處理器執(zhí)行，所述程序指令包括用于執(zhí)行如上所述的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法的指令。

13、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序/指令，其中，所述計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上所述的方法。

14、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種存儲有程序指令的可讀存儲介質(zhì)，當(dāng)該程序指令被計算設(shè)備讀取并執(zhí)行時，使得該計算設(shè)備執(zhí)行如上所述的基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法。

15、根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種基于時空編碼構(gòu)建數(shù)字孿生體的方法，通過實時獲取各個數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的各個目標(biāo)區(qū)域的各個物理實體的原始實時數(shù)據(jù)，對于每個物理實體，對物理實體的原始實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗和格式化處理得到目標(biāo)實時數(shù)據(jù)，進而，對物理實體的地理位置信息和時間信息進行編碼生成時空編碼，并將目標(biāo)實時數(shù)據(jù)與時空編碼進行關(guān)聯(lián)得到時空編碼實時數(shù)據(jù)，基于時空編碼實時數(shù)據(jù)來構(gòu)建物理實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)孿生體，進而可以基于物理實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)孿生體實時監(jiān)控物理實體的狀態(tài)。基于此，本發(fā)明基于時空編碼能夠?qū)崿F(xiàn)對不同來源的物理實體實時數(shù)據(jù)的高精度時空同步，以及物理實體與數(shù)字孿生體之間的高精度映射，通過實時獲取和處理數(shù)據(jù)并構(gòu)建數(shù)字孿生體，能夠滿足實時監(jiān)控和快速響應(yīng)的需求，且能夠靈活地為新增的物理實體構(gòu)建對應(yīng)的數(shù)字孿生體，提高了物理實體和數(shù)字孿生體的可擴展性。

16、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實施方式。