四旋翼无人机飞行过程孪生仿真研究

为了满足无人机在实际飞行过程中的虚实交互、实时响应和精确控制等要求,以四旋翼无人机的飞行过程作为任务需求,提出基于数字孪生技术的四旋翼无人机飞行过程仿真研究。搭建了四旋翼无人机飞行数字孪生系统架构,分析了数字孪生体仿真数据的流向及其作用,并对四旋翼无人机飞行数字孪生系统的功能和意义进行了介绍。从几何、物理、行为和规则等四个方面融合构建了四旋翼无人机的数字孪生体模型。最后进行了四旋翼无人机巡航过程的案例研究,通过仿真案例中的各项参数分析,考察了虚实无人机之间的交互性,证明了数字孪生体模型的精确性,验证了四旋翼无人机飞行数字孪生系统的可行性。     

四旋翼飞行器的数字孪生系统设计

随着四旋翼飞行器在工程实践中的应用越发广泛,对其控制系统的精确性、快速性、适应性等要求也不断提高。近些年的研究热点--数字孪生,正是借助数据和模型模拟物理实体在现实环境中的行为,通过对物理对象的精准数字化,可用于提高物理实体或系统的运行效率。将数字孪生技术引入四旋翼飞行器的控制系统,建立四旋翼飞行器的数字孪生系统体系架构。详细阐述该体系架构搭建所涉及的相关技术：四旋翼飞行器的数字孪生建模;以传感器技术与无线通讯技术为载体的数据采集与传输;本地数据库配合Hadoop技术进行大数据存储、挖掘。对实际的四旋翼飞行器进行了模型仿真与实地测试,验证了所设计的数字孪生系统的有效性,达到了四旋翼飞行器的运行过程透明化和利用孪生数据优化飞行控制与机身状态的效果。     

数字孪生在煤矿电网中的应用研究

立足于数字孪生的基本概念和内涵,分析了数字孪生技术在煤矿电网中的应用优势：以同步实体运行状态、数字化模拟运行2种手段来辅助煤矿电网的运行管理,具有数据驱动、实时更新、同步反馈的特点。提出了由煤矿电网物理实体层、煤矿电网数字孪生模型层、用户管理服务层、数据交流层组成的煤矿电网数字孪生体系基本架构,从物理实体、数字孪生模型2个方面探索了煤矿电网数字孪生体系运行模式。介绍了建立煤矿电网数字孪生体系的关键技术：煤矿电网数字孪生模型构建、智能数据采集、基于5G的智能通信、数字孪生智能数据库、数字孪生设备智能管理平台。给出了数字孪生技术在煤矿电网中的具体应用场景,包括煤矿井下电气设备状态评估、煤矿电网故障定位和保护、煤矿电网智能监控、煤矿井下线路智能巡检。将数字孪生技术应用在煤矿电网中,对煤矿电网的状态和运行进行动态仿真建模,一方面可以满足当今规模庞大的煤矿电网相对地面电网更高的运行要求,保障煤矿生产安全性,另一方面可推进煤矿电网的智能化进程,实现数据资源高效合理利用。     

基于数字孪生的力能控制式压力机虚拟调试

为降低调试周期和成本,提前预知系统级风险,基于数字孪生的虚实一致特性,提出了一种基于数字孪生的力能控制式压力机虚拟调试方法,设计了虚拟调试系统.根据力能控制式压力机的多系统协同调试任务,建立了其多物理领域统一模型,即机械、电气等的多领域数字孪生模型,并构建了虚拟控制系统,包括虚拟控制器和控制器-模型接口.通过应用于压力机虚拟调试的实例,展示了基于此数字孪生模型进行虚拟调试的有效性,构建的虚拟调试系统能够验证机械系统、电气系统和控制程序的设计,并确定和优化运行参数,有效避免了实机调试成本高、风险大、周期长等弊端.     

基于一致性度量的数字孪生模型实时自修正

数字孪生技术解决了信息物理世界的融合难题,在工业互联网领域里获得了十分广泛的应用。为解决数字孪生与物理实体的动态修正问题,本文提出一种基于一致性度量的数字孪生模型实时自修正方法。利用数据变化快慢将模型分为渐变模型和快速模型2个部分,构建参数快速搜索方法,结合拉丁超立方全局搜索和贪婪局部搜索,并引入迭代更新机制,实现物理实体和数字孪生体的一致性度量。实验结果表明,数字孪生模型通过优化模型可调参数的选取过程,改善可调参数选取随机性的问题,实现模型与物理实体高度一致性,达到了模型实时自修正要求。     

基于数据驱动的机床生产管控系统研究

机床数据可视化与程序管理系统研究是提升机床生产控制质量的有效方法。基于机床数据，研究了机床生产管控系统。通过对机床设备进行联网改造和网络统一接入，实现了机床数据统一管理。基于数据采集分析平台，实现了机床工艺参数、运行参数等关键信息的实时采集。定制开发了设备实时状态、工艺执行监测、设备异常告警、能源耗材使用、场景化智能算法模型等生产管控系统模块，实现了多层级数据可视化与统计分析。该研究为机床生产管控系统的推广和应用奠定基础。     

面向配电网终端设备的数字孪生映射方法研究

提出了一种面向配电网终端设备的数字孪生映射方法,推动电网企业数字化转型和电力系统自动化,降低成本与安全风险。方法利用虚拟数字孪生空间映射电网物理设备,实现对区域配电网多类型设备故障的实时诊断。首先,对配电网终端设备数据进行压缩转换和级联映射,提取感知终端监测信息与物理拓扑连接关系。其次,采用改进的轻量级Yolov4网络模型进行设备类型识别与分割,结合物理拓扑图进行数字孪生映射,形成设备孪生模型。最后,设计基于卷积注意力机制的状态评估模型,充分考虑区域设备关联与故障特征,实现对设备孪生模型的故障评估及物理空间设备的状态反馈。上述创新方法有望为电力行业带来更高效、安全的运行模式,推进电网智能化发展。     

基于数字孪生的变电设备运维系统及其构建

针对变电设备周期状态管控难、运检效率低等问题,基于数字孪生理论,构建基于真实变电设备运维的数字化模型及系统。首先,在信息层建立能反映变电设备换流变、调相机、GIS（Gas Insulated Substation）这3类设备真实状态的数字孪生体;其次,基于换流变、调相机、GIS历史大数据,通过数字孪生体的变电站设备进行统计分析,并根据采集的实时数据、运维数据来预测变电站设备下一时刻的状态,使变电设备实现实际变电站内物理层与信息层数据的融合;最后,以变电站设备运维为对象,采用信息物理融合系统进行运维数据的集成和同步,形成最终变电设备运维数字孪生框架系统。相关研究表明,运用数字孪生技术可以对变电设备运维系统运行效率的提升和对变电站整体智能化提供强有力的技术支撑。     

一种基于数字孪生的管控平台

针对我国光伏发电项目迅速扩容面临的可靠性问题,提出一种基于数字孪生的发电功率预测软件,解决缺少简单易用、精度好的预测方法的问题。研发数字孪生管控平台,将孪生模型与气象数字模型结合构建数字孪生体,包括数据采集、模拟仿真、算法预测、分析优化等功能模块,实现信息可视化管理。创新发电功率预测方法,提升系统稳定性,提高施工效率与质量水平。经天津市重点工程,武清区150MW和西青区120MW智能光伏项目实际应用,预测准确,具有很高实用性和推广价值。     

基于Labview的加速度传感器运动信息采集平台设计

随着数字化时代的到来,运动设备的数字化也越来越受到人们的青睐,介绍了一种基于Labview和Matlab的运动信息采集平台设计的实用方法。利用美国ADI公司的加速度传感器ADXL330做成的计步器具有灵敏度高、准确性高、集成度高以及功耗低(3.3mW)的特点,同时利用Labview与Matlab的接口进行采集平台的数据处理模块的开发,解决了通过其它方式实现数值分析和处理过程中相对繁琐的问题,实现了数据采集处理与控制系统的无缝连接。实验证明,系统运行稳定,精度高,能够达到运动信息采集的要求。     

面向智能矿山与新工科的数字孪生技术研究

将数字孪生与人工智能(AI)技术相结合,提出了基于数字孪生+AI的智能矿山建设新思路。探索了智能矿山技术发展路径,研究了数字孪生技术的特征、应用领域及发展趋势,指出数字孪生是数字化矿山发展的必然趋势。提出了基于数字孪生+AI的智能矿山理论架构,构建了矿山数字孪生模型,模型自下而上分别为矿山全要素物理实体、矿山信息物理融合层、矿山数字孪生模型、矿山孪生数据交互层、矿山应用智能服务层,据此实现智能矿山的泛在感知、协同控制和智能决策与优化。从应用实际需求出发,探讨了智能矿山模型构建技术、智能开采数字孪生体技术、矿山智能控制技术、矿山设备故障预测、基于数字孪生的人机交互等关键技术。通过研究数字孪生在智能矿山中的应用,为AI技术在智能矿山应用落地提供思路,为未来智能矿山新工科建设提供理论借鉴。     

数字孪生: 跨界赋能于多领域智能的新应用

随着大数据、5G、人工智能、CPS、云计算、物联网技术的发展与交叉融合, 使得世界朝着数字化、智能化方向发展. 数字孪生是以物理实体为原型建立多维虚拟模型, 通过安装在物理本体上的传感器实时反馈数据, 并结合以往的历史数据和人工智能技术, 最后利用软件分析并呈现. 由于数字孪生技术能与多个先进理念, 如: 工业4.0、航空航天、智慧城市、智慧医疗等良好的融合并应用, 这使其成为多个行业的热门研究方向与主要驱动技术, 在各行各业都有很大的发展空间. 本文首先阐述了数字孪生技术的基本概念, 梳理了数字孪生技术的发展脉络, 进一步理清了数字孪生技术与CPS技术之间的关系, 并介绍了数字孪生技术的研究现状. 其次, 介绍了数字孪生的关键技术即多维多尺度建模, 孪生数据管理和虚拟呈现. 最后, 探讨了数字孪生技术在智慧工厂领域、智慧城市领域、孪生医疗领域、航空航天领域的应用发展和方向, 并从方案、特点、关键技术等角度介绍了本研究团队在智慧工厂领域对原稳加热炉设备的数字孪生应用案例.     

基于数字孪生的虚拟仿真系统研究与应用

为解决全实物平台开发环境搭建困难、不便于测试与维护等问题,在研究PowerPC 处理器的实时嵌入式开发的基础上,采用数字孪生技术的设计思想,完成了一种拥有故障模拟与注入、协同仿真与模块化编程等功能的超实时虚拟仿真系统;提出了一种全数字仿真系统的设计与实现方法,基于数字孪生技术把硬件主板上的处理器以及外围设备虚拟化,集成到数字模型当中;各模型之间相互协同控制,实现CPU控制外部设备与动力学模型等设备之间的通信,以及数据收发、内存读写、串口输出等行为,最终实现与物理设备相同的功能;另外,采用了虚实结合的方法验证了运行结果的准确性,加快了软件执行效率,便于快速全面的系统开发与测试,从而更好地运用到各个领域当中。     

数字孪生三门峡水利枢纽综合设计与应用研究

该项目建设主要是利用数字高程数据、摄影影像信息与各类涉水要素信息、水利专业模型及人工智能应用技术等,建立一个基于3d地球的表达三门峡水库现实世界的虚拟仿真环境,构建一个包含GIS+DEM+DOM的数字孪生平台,使其能够全空间方位、全时间过程、全要素信息地为三门峡水利枢纽防汛抗旱决策、水资源调度与运行管理等提供支持服务,使其应用功能基本实现智慧化。     

面向数字孪生流域的云网融合架构研究

数字孪生流域建设是智慧水利建设的重要标志,是推动流域水利高质量发展的必然要求。为了应对当前数字孪生流域建设过程中面临的流域物联感知能力、通信传输网络资源、模型算法仿真计算水平等方面的不足而产生的挑战,本文结合云网融合的云网协同、按需互联、敏捷智能的服务能力特性,基于云网融合层次化的设计思想,把流域云和网充分融合,有效调度并应用计算、通信、存储等基础设施资源,提出了面向数字孪生流域的云网融合逻辑架构,梳理并阐述了水利感知网云网融合服务实现、水利信息网云网融合服务实现、数字孪生平台算力服务实现等可应用于数字孪生流域建设的云网融合服务架构,总结分析了面向数字孪生流域的云网融合关键技术。研究对充分发挥新一代信息技术对数字孪生流域建设的支撑驱动作用具有重要参考意义。     

大数据背景下智慧教育云平台构建研究

基于神经网络教育平台存在资源获取速度慢的缺点,针对该问题,提出了大数据背景下智慧教育云平台构建研究。在大数据支持下,设计智慧教育云平台总体架构,通过物理层、虚拟资源层配置相关硬件设备,经过逻辑层和展现层为用户提供有效服务,利用现有智慧信息,为用户提供个性化服务。优化处理Web端框架代码,降低代码复杂性,注重系统权限管控,科学设计服务功能,完成智慧教育云平台构建。由实验结果可知,该平台资源获取速度最高可达到99.5 MB/s,有效提高了学生学习效率。     

四川省数字孪生流域知识图谱的设计与实现

为解决水利信息资源管理分散、利用率低、缺乏统一整合和关联应用等问题,满足数字孪生流域建设中知识平台的构建需求,以数字孪生流域建设的数据底板为基础,依托自顶向下和自底向上相结合的方法,通过总体框架设计,基于BERT-BiLSTM-CRF命名实体识别、Transformer模型的关系抽取、Neo4j的存储和可视化展示完成知识图谱的搭建,并基于知识图谱建设性构建智能问答系统,为四川省数字孪生流域物理流域的全映射提供支撑,实现知识的可视化表达、精准查询与智能推荐,为四川省河湖智能管理提供知识性参考。     

New Paradigm of Data-Driven Smart Customisation through Digital Twin

Big data is one of the most important resources for the promotion of smart customisation. With access to data from multiple sources, manufacturers can provide on-demand and customised products. However, existing research of smart customisation has focused on data generated from the physical world, not virtual models. As physical data is constrained by what has already occurred, it is limited in the identification of new areas to improve customer satisfaction. A new technology called digital twin aims to achieve this integration of physical and virtual entities. Incorporation of digital twin into the paradigm of existing data-driven smart customisation will make the process more responsive, adaptable and predictive. This paper presents a new framework of data-driven smart customisation augmented by digital twin. The new framework aims to facilitate improved collaboration of all stakeholders in the customisation process. A case study of the elevator industry illustrates the efficacy of the proposed framework.     

基于Labview的中医脉象采集实验系统

Labview是目前世界上最优秀的虚拟仪器软件,应用虚拟仪器技术充分利用Labview开发平台的强大功能,采用模块化的硬件产品,可方便、快速地构建具有多种功能的测试仪器。文章采用Labview软件开发了中医脉象采集实验系统,用于对脉象信号的实时数据采集、显示、分析、处理等,使学生能结合实际学习相关课程,培养学生的动手能力和学习相关课程的兴趣。