基于数字孪生体的水电站数据与三维场景映射方法与流程

本发明涉及可视化管理，具体涉及一种基于数字孪生体的水电站数据与三维场景映射方法。

背景技术：

1、在当前的数字孪生技术领域，尽管已经取得了显著进展，特别是在建筑空间的数据映射与可视化方面，但针对复杂如水电站等工业设施的全面应用仍面临诸多挑战。现有技术大多依赖于人工关联的方式来实现可视化模型与业务数据的相互映射，这种方法在处理水电站这类包含大量安全监测和设备监控数据的场景时，显得尤为不足。

2、而数字孪生的一个重要方面就是建立数字与三维模型数据之间的映射或者联系，需要建立联系的数据包括设备数据、外形数据等众多方面。

3、现有技术也有对三维模型建立映射的方案，例如中国专利文献cn116305356a功能开了一种电气设备数字孪生三维模型与数据映射方法及系统，不仅能够在电气设备的数字孪生三维模型中融入在线实体电气设备的实时全景监测数据等动态信息；还能够在数字孪生三维模型中用名称来标识模型，并与数字化模型建立真正的一一对应的映射关系，能够在网页中准确的显示实体电气设备的出现异常等当前状态，从而能够实现数字孪生系统的实时感知功能。实现在电气设备的数字孪生三维模型中融入在线实体电气设备的动态信息。

4、但在现有的数字孪生技术中，存在着一下缺陷：

5、1.人工关联工作量大且易出错，水电站作为复杂的工业系统，其运行涉及众多设备、管道、传感器等，这些数据源的实时监控和记录对水电站的安全、高效运行至关重要。然而，现有技术多通过人工方式将各类数据逐一与可视化模型进行关联，这一过程不仅工作量巨大，而且极易因人为因素导致错误，增加了数据不准确的风险。

6、2.时间成本和人力成本高，随着水电站规模的扩大和智能化程度的提高，需要监控和管理的数据量急剧增加。人工关联的方式无法有效应对这种数据量的增长，导致整个映射过程耗时费力，严重制约了水电站运维管理的效率。

7、3.自动关联方法局限性大，尽管已有基于北斗网格位置码的自动映射方法被提出并应用于建筑空间的数据映射，但该方法在水电站等工业场景中的应用存在明显局限。它主要聚焦于建筑外部或整体空间的位置编码，无法深入到建筑内部设施设备层面，实现精细化、动态化的可视化模型与业务数据的相互映射。因此，该方法无法支撑水电站三维场景的交互联动和数字孪生相关应用，难以满足水电站运维管理的实际需求。

8、4.缺乏统一的映射标准和规范，不同水电站之间的设备种类、布局、监控数据格式等存在差异，缺乏统一的映射标准和规范，使得现有技术难以在不同水电站之间实现无缝对接和互操作。这不仅增加了技术实施的难度，也限制了数字孪生技术在水电站领域的广泛应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于数字孪生体的水电站数据与三维场景映射方法，针对数字孪生水电站的应用场景，建设了水电站数据与三维场景的映射方法及系统，将水电站的可视化模型或模型分解文件上传映射系统，根据结构设备的编码规则解析得到水电站的孪生体结构树，通过唯一编码实现孪生体与模型的自动关联。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、基于数字孪生体的水电站数据与三维场景映射方法，映射方法基于水电站数字孪生体，水电站数字孪生体串联水电站结构、设备不同阶段的数据和可视化模型；

4、映射方法包括以下步骤：

5、基于水电站引用需求和分类，制定水电站结构和设备的分级分类方法，组成水电站数字孪生体编码体系；

6、建立基于模型编码的自动映射和基于经验逻辑的挂接关联的两种模型映射方法，建立水电站数字孪生体与可视化模型及数据关联的映射系统；

7、建立监测检测数据与水电站数字孪生体的映射，包括建立测点编码体系以及基于测点编码的解析映射；

8、建立映射关系的共享引用。

9、上述的水电站数字孪生体编码体系的工程类编码由系统码、建筑码、功能码、元素码四级组成，设备类编码由全厂码、系统码、设备码、部件码四级组成。

10、上述的基于模型编码的自动映射方法为：

11、根据水电站数字孪生体编码体系，对水电站结构设备的bim模型进行编码；将bim模型上传映射系统后，系统先通过轻量化工具分离出模型属性信息和模型几何数据，再根据编码规则自动解析出模型的层级结构，即水电站孪生体的结构树，水电站孪生体结构树、模型几何数据、模型属性信息通过唯一编码进行关联，实现模型与孪生体对象的一对一映射。

12、上述的基于经验逻辑的挂接关联的映射方法为：

13、将水电站各结构设备的唯一编码和属性信息以文件形式上传映射系统，系统根据编码规则自动生成水电站孪生体的结构树，将模型上传映射系统后，选择孪生体结构树中的构件和该构件对应的模型进行关联，实现水电站孪生体对象、模型数据、属性信息的一对一映射。

14、上述的基于模型编码的自动映射方法的具体步骤为：

15、s1、采用建模软件，对水电站进行bim建模，在软件中录入模型构件的属性信息，并对每一项构件赋予一个唯一的标识码；

16、s2、完成bim建模、属性录入和编码设置后，形成bim模型文件；

17、s3、将bim模型上传映射系统，对模型进行轻量化处理；

18、s4、采用轻量化工具，通过数模分离的方式，读取并分离bim模型中的几何数据和非几何数据；

19、s5、轻量化模型保留完整的几何数据和唯一编码，而非几何数据以数据库的方式进行存储；轻量化模型中的唯一编码和属性信息数据库中的唯一编码存在一一对应关系，可通过唯一编码实现轻量化模型和属性信息的关联；

20、s6、映射系统提前预设好水电站工程类和设备类的编码规则；

21、s7、根据编码规则，映射系统自动解析获取轻量化模型的层级结构，即该水电站孪生体的结构树；

22、s8、由于轻量化模型和属性信息通过唯一编码进行关联，因此在结构树中选择水电站的任一构件后，系统能在三维场景中定位并高亮此构件的轻量化模型，查询构件的属性信息，实现水电站bim模型与孪生体结构树的交互联动。

23、上述的基于经验逻辑的挂接关联的映射方法具体步骤为：

24、s1、创建水电站结构分解文件，根据水电站孪生体编码体系对各工程设备赋予唯一编码，在文件中填入编码信息和属性信息；

25、s2、将结构分解文件上传到映射系统，根据编码规则，系统自动生成该水电站孪生体的结构树；

26、s3、将工程设备的属性信息存储在数据库中，属性信息通过唯一编码与结构树进行关联；

27、s4、将水电站相关的三维模型、gis模型上传到映射系统，实现模型的轻量化处理；s5、系统中选择孪生体结构树中的构件和该构件对应的轻量化模型进行关联；

28、s6、关联完成后，在结构树中选择水电站的任一构件，系统能在三维场景中定位并高亮此构件的轻量化模型，查询构件的属性信息，实现水电站三维模型、gis模型与孪生体结构树的交互联动。

29、上述的测点编码体系包括：在水电站数字孪生体编码体系的基础上，增加监测类型码和测点顺序码，形成“孪生体编码-监测类型-测点编号”的组合编码模式。

30、上述的基于测点编码的解析映射包括：

31、s1、将测点信息导入到编码工具，根据监测对象对测点附加孪生体编码，根据测点类型对测点附加类型码，对同一类型的监测点附加顺序码；

32、s2、映射系统提前预设好水电站测点的编码规则；

33、s3、将测点信息上传到映射系统，根据测点编码，系统自动解析出测点所属的孪生体对象以及测点类型、数量；

34、s4、由于水电站测点与孪生体对象是多对一的关系，因此系统可直接将各测点挂接到对应的孪生体结构树上，形成水电站孪生体监测树；

35、s5、自动挂接后，可手动调整测点与孪生体结构树的挂接关系；

36、s6、测点的属性信息和时序数据存储在结构化数据库中，通过唯一测点编码与监测树进行关联；

37、s7、在可视化模型构建的三维场景中，根据测点坐标标记出测点的空间分布位置，通过唯一测点编码与监测树进行关联；

38、s8、关联完成后，在监测树中选择水电站的任一测点，系统在三维场景中定位高亮此测点以及此测点所属构件的可视化模型，查询测点属性信息和监测数据，实现水电站孪生体与监测点的交互联动。

39、上述的映射关系的共享引用包括：

40、s1、完成水电站数字孪生体与可视化模型、监测数据的映射后，将此映射关系共享给需要使用的业务人员；

41、s2、在系统中查看孪生数据目录，包括孪生体与模型数据的关联信息、模型属性信息、测点属性信息、监测数据等，业务人员通过关键字和条件查询，检索所需要的孪生体信息；

42、s3、将授权后的模型编码导入映射系统，系统能根据最新一版的关联信息，自动生成授权模型与孪生体之间的映射关系；

43、s4、将授权后的测点编码导入映射系统，系统能根据最新一版的关联信息，自动生成授权测点与孪生体之间的映射关系；

44、s5、相关人员直接使用该关联信息，或者基于已有的关联信息进行调整，或根据需求重新挂接水电站数字孪生体与可视化模型、监测数据，并将重新挂接或调整后的关联信息作为另一版本进行管理。

45、上述的可视化模型是水电站数字孪生体的展示载体，需要挂接到孪生体的某一分解对象上；

46、所述的监测数据是水电站数字孪生体的驱动，需要挂接到孪生体的某一分解对象上。

47、本发明提供的一种基于数字孪生体的水电站数据与三维场景映射方法，针对数字孪生水电站的应用场景，建设了水电站数据与三维场景的映射方法及系统。将水电站的可视化模型或模型分解文件上传映射系统，根据结构设备的编码规则解析得到水电站的孪生体结构树，通过唯一编码实现孪生体与模型的自动关联；通过编码工具对水电站测点进行编码，将测点信息上传映射系统，根据测点编码规则将测点挂接到水电站孪生体结构树上，通过唯一编码实现孪生体与测点数据的自动关联。能够减少时间和人力成本，提高模型数据相互映射的效率和质量，有助于实现水电站运行动态数据与孪生场景的快速融合联动。