实时在线监控系统的三维可视化方案

为解决核反应堆辐射及不可接近环境下工人运维的技术难题,融合新一代信息技术,将数字孪生技术与工业互联技术相结合,提出了一套三维数据可视化实现方案,解决了数字孪生应用中三维模型呈现、实时数据对接、模型算法软件对接,以及数据可视化等关键问题。首先,利用3D Studio Max、SolidWorks等建模软件构建三维模型,并结合前端设计、虚拟场景渲染等技术,实现数字孪生可视化场景构建;其次,基于Node. js运行环境搭建WebSocket服务器,并通过Node-EPICS事件驱动读取实验物理和工业控制系统（EPICS）的过程变量,实现对设备支持层数据更新事件的监听;最后,利用Socket. io套接字创建双向数据通道实现服务器到Unity客户端的实时数据传输。使用该方案构建的反应堆三维监控系统现已应用于中国科学院（CAS）钍基熔盐堆（TMSR）核能项目,该系统实现了核反应设备结构及物理特性在虚拟环境中的数字映射,具备网络通信、数据显示等功能,且数据更新周期达到100 ms,有助于监控人员掌握现场实际情况与指导运维检修。     

数字孪生下的继电保护装置故障远程VR在线诊断系统设计

为了远程、在线交互地诊断继电保护装置故障,保证异常信号的完整性和监测过程的效率,设计数字孪生下的继电保护装置故障远程VR在线诊断系统。采用数字孪生技术构建继电保护装置诊断系统,通过感知层的感知设备、地面激光雷达采集继电保护装置电流电压数据以及点云数据,经网络层传输至平台层后,平台层利用运检管控平台管理、协调以及储存继电保护装置相关数据。应用层调用平台层整合后数据,运用小波信号检测理论检测继电保护装置的信号异常点,并通过故障诊断模块对比异常点数据与预期数据,VR远程监测模块将设备三维模型引入VR设备,可视化展现继电保护装置实时监控和检修作业情况,并通过统一视频平台完成与用户的虚拟交互。实验结果表明：该系统操作流畅、画面清晰,能够清晰监测继电保护装置的故障,迅速获取继电保护装置的异常信号。     

三维实体的体几何模型

在科学可视化,体图形学及有限元等许多应用问题中,都需要处理三维实体的内部、从点集拓扑体模型的思想出发,实体内部的属性及结构可看作三维实体占据的空间位置的函数,该文 体几何模型描述三维形体占据的空间位置,并给出构造体几何模型的一些简单方法,体几何模型是三参量模型,容易离散化所需计算量及存储量皆很少,体几何模型可用于三维实体的有限元剖分,实体内部的可视化与体图形学等领域中。     

IT系统结构关系可视化系统

IT系统结构关系可视化系统是一个利用三维可视化技术构建业务至IT设施的可视化管理模型,以立体、仿真、实时互动的方式,呈现系统业务、系统、流程以及支撑的物理设备之间关系的Web系统[1].可以直观的展示不同层次应用节点的业务关系、应用与组件之间所属关系、逻辑组件与物理实体的对应关系、应用业务流向关系、系统监控信息和按条件显示拓扑等,并且支持针对某一节点发生故障的定位及影响分析、故障回溯功能.可视化系统数据来源于配置管理模块、后端使用Struct2+Hibernate4+Spring3技术,前端可视化模块使用Unity3D引擎.整个可视化系统具有使用方便、扩展性好、面向服务、支持配置化、数据呈现直观等特性.     

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。     

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。     

断路器柔性装配车间数字孪生系统设计

为优化断路器装配车间的产线结构和作业方法,结合数字孪生技术,提出一种基于多机器人运动控制的断路器柔性自动化车间装配方案。面向自动化装配单元,结合工业机器人的柔性装配工艺及方法,对实体装配车间进行全物理属性的数字化建模,同时建立多机器人的运动学控制模型,将机器人的三维运动模型应用于虚拟孪生场景。通过数据的交互传递,实现物理单元与虚拟单元的实时链接,将车间机器人的运动轨迹、装配状态、作业运送流程等数据信息进行实时显示,从而实现断路器柔性装配数字孪生系统的搭建与同步映射。实验结果证明,所提方案对实现断路器柔性装配有显著效果。     

基于VTK的三维纹理映射方法的实现及其应用

VTK是最著名的可视化软件开发包之一,三维纹理映射也是可视化领域的关键技术,但目前VTK不支持三维纹理。通过分析VTK的工作机制,对VTK进行扩充使之支持三维纹理映射;然后应用三维纹理映射方法实现了在三维几何模型叠加三维数据场,并将该方法应用于自主研发的可视化系统SVIP（Scientific Visualization Integrated Platform）,并取得了良好的效果。     

基于B/S架构的三维体数据可视化系统的设计过程

设计并实现了一个基于B/S架构的三维体数据可视化系统,系统在服务器端进行数据存储和处理;浏览器端采用基于WebGL技术实现了实时直接体绘制和三维等值面绘制.     

基于数字孪生的产线设备实时监控方法与实现

为推动国家智能制造发展,面向生产过程中设备实时监控困难、透明性差、管控效率低、跨学科交叉情况复杂等问题,融合MBSE思想,提出一种基于数字孪生的产线设备监控方法并实现。首先,提出基于数字孪生的监控方法架构;基于SysML建模语言对产线系统和设备进行统一描述建模,建立结构图和行为图,形成数据模型;通过SysML模型与OPC UA联合,以位移数据和任务数据双通道驱动的方式进行虚实映射,并建立异常报警追溯机制;以仓储系统中核心设备堆垛机为例,构建其SysML模型、数字孪生模型,并以仓储产线实时缓存数据库redis为数据源,通过OPC UA获取并实时更新数据驱动数字孪生模型,实现其三维可视化监控,验证了方法的可行性和实时性     

基于数字孪生机房的三维可视化监控系统的设计与实现

针对当前机房的监控管理方式单一、实时性差、透明度低等问题,构建了一种基于数字孪生机房的三维可视化监控系统。以数字孪生的五维模型为指导,构建机房虚拟场景,实现机房三维可视化。论文采用Three.js三维引擎搭建机房三维场景,使用JavaScript语言实现各模块间的功能交互,运用深度学习算法完成机房故障诊断的功能。实验证明:基于数字孪生的机房三维可视化监控系统可以实时监测系统状态,动态展示设备信息,提高了管理效率。     

三维工序模型几何演变序列的相似性度量

针对传统的基于"相似零件结构有相似工艺"准则的知识检索方法造成知识重用粒度大等缺点,提出一种基于三维工序模型序列演变过程的工艺相似性度量方法.首先利用具有仿射不变性的一组物理特征量,即形状描述元,表达三维工序模型几何形状的特征值;然后通过比较形状描述元的差异获取三维工序模型序列中发生几何变化的体素;再由发生几何变化的体素构建相邻两道工序模型之间几何变化的属性邻接图,并利用属性邻接图所构成的序列表达工序模型几何演变过程;最后通过度量属性邻接图序列之间的相似性实现工艺相似性度量方法,实例结果表明,该方法是有效的.     

超声序列图像实时体渲染系统设计与实现

设计并实现了对超声序列图像实时体渲染的可视化系统。该系统能够对目前的二维超声设备进行扩展,利用对视频数据的重采样和预处理得到三维切片体数据,并通过GPU加速达到了对DDR与MINIP光照模型的实时体渲染。阐述系统的设计模块与基于VTK的实现过程,最后通过对实际肝脏超声数据实验结果说明了系统对二维超声数据分析的有效性。     

基于数字孪生技术的自动化微电子生产线智能控制研究

以提升微电子生产质量,缩减生产周期,研究基于数字孪生技术的自动化微电子生产线智能控制方法。建立自动化微电子生产线智能控制框架,利用传感器采集生产线生产状态和运行信号数据,经数据预处理后,利用映射字典生成微电子生产线的三维虚拟模型,结合多范围生产数据获取生产线数字孪生体,孪生体根据遗传算法计算出最佳投料和工件调节的最佳组合方案,保证生产线瓶颈设备不会产生空闲状态和拥堵情况,达到生产线输出率最高,实现微电子生产线智能控制。实验表明：该方法可实现物理生产线数据到虚拟生产线的实时映射,实现虚实数据统一,可提高微电子生产质量,缩减生产周期,降低生产成本,促进现代工业智能化发展。     

基于TIN-Octree的三维地质模型构建方法研究

在三维地质模型中,不能有效的分析地层与断层之间的形态与结构,提出了基于TIN-Octree混合空间数据模型的精细三维地质体构建方法。分析两者的地质形态与连接状态,形成良好的数据映射剖面,并利用Octree的编码特性,增加对象的描述精度以及存储性能,可以有效地为油气勘探开发提供可视化效果。并结合实际地质地震勘探解释成果资料的应用,表明该模型构建方法可以有效地建立地质体三维模型,具有良好的应用价值。     

基于GPU的地下管线三维可视化建模研究

地下管线的三维建模与可视化是构建“数字城市”的重要内容,总结现有地下管线实时建模算法的不足,提出一种利用GPU编程实现的地下管线实时三维可视化建模算法。利用现代GPU的可编程特性将管线建模的计算任务全部移植到GPU端完成,CPU端只需传入管径和管线节点坐标,利用GPU提供的几何着色器完成管线模型的顶点坐标计算、管线顶点数据自动生成及管线三角网构建等工作,并通过光照和纹理映射实现管线材质的真实感效果。实验结果表明,该算法克服了现有建模算法的缺陷,能够在保证管线拟合逼真度的基础上完成大规模管网系统三维实时可视化建模的任务。     

数字孪生水下三维实景数据底板获取技术研究

为了获取高精度的水下三维模型细节纹理结构,满足数字孪生建设对水下三维实景数据底板获取的需求,实现对水下构筑物的实时可视化动态监测,基于GNSS技术、USBL技术研究构建了水陆一体化定位技术,融合水陆一体化定位技术、有缆ROV和水下摄影测量设备等研发了水下摄影测量系统,实现了数字孪生水下三维实景数据底板的获取,并采用多波束测深系统、水下三维全景成像声纳系统等对水下摄影测量系统获取的三维实景模型数据成果精度进行了验证,结果表明：水下摄影测量系统获取的三维实景模型精度满足规范要求,可用于数字孪生流域、工程等水下基础数据底板的建设,也可为水下高精度三维场景重构再现和水利工程水下构筑物实时动态监测提供技术支撑。     

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。     

矿井三维通风在线分析系统的研究与应用

介绍了一种矿井三维通风在线分析系统的实现方案。该系统采用3DGIS数字矿山基础信息平台的企业管理器模块对井下数据进行整理、加工及存储,根据该模块中存储的巷道网路、通风设备以及通风设施等数据自动建立通风网络拓扑关系;结合煤矿安全监测监控系统监测的实时风速数据,利用通风网络解算算法实时监控矿井通风系统运行状况,分析通风异常原因,并采用3DGIS数字矿山基础信息平台的企业应用平台模块将分析结果以三维可视化形式予以展示。该系统在四台矿的应用取得了良好的效果。     

基于钻孔信息的二维剖面图的三维实体重建*

为了有效地表示地质应用领域的三维实体,针对矿山地质三维数据的特征,提出了基于钻孔信息的地质体分层模型重建策略。给定原始地质钻孔数据,利用自适应神经网络预测地质体横剖面内信息未知区域的品位属性,生成分层数据;结合离散网络模型自动创建相邻数据分层内控制点之间的拓扑关系,由此建立三维实体的表面模型;然后利用OpenGL造型系统对上述模型进行可视化渲染。最后为验证建模方法的有效性,开发了一套地质体三维建模实验系统,并结合实证数据进行了仿真分析。