[发明专利]面向智能矿山场景的数字孪生演化机理及方法

权利要求书

1.面向智能矿山场景的数字孪生演化机理，包括安全控制层，其特征在于：所述安全控制层的输出端与物理层的输入端电连接，所述物理层的输出端与数据层的输入端信号连接，所述数据层的输出端与机理层的输入端电连接，所述机理层的输出端与表现层的输入端电连接，所述表现层的输出端与交互层的输入端信息连接，所述交互层输出端与物理层的输入端和机理层的输入端信号连接。

2.根据权利要求1所述的面向智能矿山场景的数字孪生演化机理，其特征在于，所述安全控制层由装置监测装置、身理检测装置、安全预警装置和紧急停止装置组成，且装置监测装置和身理检测装置的输出端与安全预警装置的输入端电连接，安全预警装置的输出端与紧急停止装置的输入端电连接。

3.根据权利要求1所述的面向智能矿山场景的数字孪生演化机理，其特征在于，所述物理层由矿山灾害模拟场景、场景物理状态、场景模拟过程和矿山灾害模拟装置组成，且矿山灾害模拟场景与场景物理状态双向电连接，场景物理状态与场景模拟过程双向电连接，场景模拟过程与矿山灾害模拟装置双向电连接。

4.根据权利要求1所述的面向智能矿山场景的数字孪生演化机理，其特征在于，所述数据层由数据检测、数据处理和数据安全组成，且数据检测的输出端与数据处理的输入端电连接，数据处理的输出端与数据安全的输入端电连接。

5.根据权利要求1所述的面向智能矿山场景的数字孪生演化机理，其特征在于：所述机理层由数据驱动、仿真模型、仿真计算和结果分析组成，且数据驱动和仿真模型的输出端与仿真计算的输入端电连接，仿真计算的输出端与结果分析的输入端电连接，所述结果分析的输出端与仿真模型的输入端固定连接。

6.根据权利要求1所述的面向智能矿山场景的数字孪生演化机理，其特征在于：所述表现层由沉浸式体验、现实展示和虚拟展示组成，且现实展示和虚拟展示的输出端均与沉浸式体验的输入端固定连接。

7.根据权利要求1所述的面向智能矿山场景的数字孪生演化机理，其特征在于：所述交互层由交互接口、应用软件和交互操作组成，且交互接口的输出端与应用软件的输入端信息连接，应用软件的输出端与交互操作的输入端电连接。

8.面向智能矿山场景的数字孪生演化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)安全控制层建立：将装置监测装置、身理检测装置、安全预警装置和紧急停止装置相互耦合，并与物理层相对接，当装置运行中在出现的紧急事件时能够快速有效的停止运行；

2)物理层建立：选取矿山场景物理实体建立三维物理模型，定义物理实体的几何属性、运动属性和功能属性，以及几何外形和机械结构，定义仿真迭代优化条件；

3)数据层定义：数据层在各智能设备本地侧对数据进行实时清洗和规范化，采用高速率、大容量、低延迟的通信线路进行数据传输；同时依托云计算和数据中心，动态地满足各种计算、存储与运行需求；

4)机理层建立：数字孪生所构建的智慧能源系统仿真模型使用了“模型驱动+数据驱动”的混合建模技术，采用基于模型的系统工程建模方法学，以“数据链”为主线，结合AI技术对系统模型进行迭代更新和优化，以实现真实的虚拟映射；

5)表现层定义：数字孪生技术应用虚拟现实(VR)、增强现实(AR)以及混合现实(MR)的3R技术，建立可视化程度极高的智慧能源系统虚拟模型，提升了可视化展示效果，利用计算机生成视、听和嗅等感官信号，将现实与虚拟的信息融为一体，增强用户在虚拟世界中的体验感和参与感，辅助技术人员更为直观、高效地洞悉智能设备蕴含的信息和联系；

6)交互层定义，基于数字孪生的智慧能源系统虚拟模型不再仅仅是传统的平面式展示或简单三维展示，而是实现用户与模型之间的实时深度交互。利用语音、姿态、视觉追踪等技术，建立用户与智能设备之间的通道，实现多通道交互体系来进行精准交互，以支持对电力网、燃气网、热力网、交通网、供水网等多能耦合的能源系统的高效精准控制和交互。