[发明专利]系留气球数字孪生监控系统

权利要求书

1.一种数字孪生系留气球系统，其特征在于，所述系统包括：

物理系留气球系统，所述物理系留气球系统为系留气球系统客观存在的物理实体，包括球体、分系统球上设备、系留缆绳、地面系留设施、地面控制设备、系留气球系统物联网和系留气球球上执行机构；所述系留气球系统物联网用于采集系留气球关键运行状态数据；所述球上执行机构用于接收系留气球数字孪生系统的控制指令并执行；

孪生数据服务中心，所述孪生数据服务中心接收系留气球关键运行状态数据，并对系留气球关键运行状态数据进行解析、存储和转发；

系留气球数字孪生系统，所述系留气球数字孪生系统为物理系留气球系统的数字化镜像，通过孪生数据服务中心转发的系留气球关键运行状态数据驱动孪生模型实现系留气球球体位姿仿真和地面系留设施运动仿真；

系留气球监控服务系统，系留气球监控服务系统通过对孪生数据服务中心的关键运行状态数据进行分析、处理与挖掘，实现系留气球系统工作状态的监视、全方位多视角监控、重大安全问题追溯和系留气球系统的自动控制；

其中，所述孪生模型主要包括球体数字孪生模型、系留缆绳数字孪生模型、地面系留设施数字孪生模型和地面控制中心数字孪生模型；

所述球体数字孪生模型的构建过程包括：创建球体空物体，将球体空物体的局部坐标系位置设置为球体重心坐标，并将球上设备模型加入到球体节点下，实现球体的位姿变换能绕球体重心旋转；

所述地面系留设施数字孪生模型的构建过程包括：创建地面系留设施空物体，将地面系留设施空物体局部坐标系位置设置为世界坐标系的原点处，并将随地面系留设施旋转的模型加入到地面系留设施物体节点下，实现地面系留设施的旋转能够绕系留塔中心旋转。

2.如权利要求1所述的数字孪生系留气球系统，其特征在于，孪生数据服务中心将系留气球关键运行状态数据转发到系留气球数字孪生系统的方式包括：用户数据包协议。

3.如权利要求1所述的数字孪生系留气球系统，其特征在于，所述系留气球物联网由部署在系留气球系统上的传感器组成，包括：气压测量单元、北斗定位系统、三维姿态方位参考系统、风速风向仪、拉力传感器和温度变送器。

4.如权利要求1所述的数字孪生系留气球系统，其特征在于，

所述系留气球球体位姿仿真包括：

基于系留气球系统的经度、纬度和高度信息，设置球体的局部坐标系位置，实现系留气球球体位置的变换；基于球体的俯仰角、横滚角和航向，设置给球体局部坐标系的欧拉角，实现系留气球球体位姿的变换；

所述地面系留设施运动仿真包括：

基于防护舱方位数据，设置地面系留设施局部坐标系的欧拉角，实现地面系留设施的旋转变换。

5.如权利要求1~4任一项所述的一种数字孪生系留气球系统，其特征在于，所述系留气球关键运行状态数据包括：气球参数数据、供电数据、工作状态数据、故障数据和应急处理数据；

其中，所述气球参数数据包括各气囊压力、气囊温度、阀门温度、外界大气温湿度、风速风向、气球丰满度、气球姿态及航向、气球高度、气球方位和系留缆绳球上拉力；

所述工作状态数据包括系统电源工作状态、执行机构的运行状态和防护室系留设备工作状态；

所述故障数据包括描述球上控制系统的故障状态和球上电源系统的故障状态。

6.如权利要求1~4任一项所述的一种数字孪生系留气球系统，其特征在于，所述全方位多视角监控提供的视角包括：地面人员视角、球上自由跟随视角和多个固定视角。

7.如权利要求1~4任一项所述的一种数字孪生系留气球系统，其特征在于，所述重大安全问题追溯是包括：当发生重大安全问题时，基于历史系留气球运行孪生数据，利用系留气球数字孪生系统，重现系留气球系统历史运行过程和场景，来查找发生重大安全问题的原因。

8.如权利要求1~4任一项所述的一种数字孪生系留气球系统，其特征在于，所述系留气球的自动控制包括：通过风机和阀门来实现系留气球各囊体压力的自动控制，当压力过大时打开阀门放气，当压力过小时打开风机充气。