基于数字孪生模型的智能控制应用方法、系统及存储介质与流程

本发明属于数字孪生，具体涉及基于数字孪生模型的智能控制应用方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、数字孪生指的是以数字的方式为物理实体创建高度仿真的虚拟模型，并且将虚拟模型与通过传感器从物理实体收集的数据进行联合展示的技术，随着工业智能化的脚步越来越快，建立工厂的数字孪生模型，能够更直观的监测工厂的生产情况，方便对工厂的生产情况进行智能调控。

2、公开号为cn115270642a的发明申请，公开一种基于数字孪生的植物工厂智能管理系统，包括：感知执行层，用于对植物工厂物理场景的各要素进行实时感应、监控和调控；网络传输层，用于提供智能网络传输环境，根据不同功能和不同子任务采用多路径路由算法进行数据的高速传输和准确分发，通过设置不同软件接口实现植物工厂虚拟模型与实体场景的双向通讯，监控数据实时动态映射；孪生功能层，用于建立虚实映射的植物工厂数字孪生模型，基于该数字孪生模型采用深度学习算法进行能源设备和控制设备的智能调控决策、不同植物生长预测和植物病害识别。公开号为cn117390715a的发明申请，提供一种基于压裂井工厂作业线的数字孪生系统，通过数字化井场设计平台对井场进行数字化设计，相比于传统二维设计图，通过三维虚拟实体的规划设计，使得表达更加直观，通过工程施工预算系统中的设备数据库存储设置在虚拟井场内的虚拟实体的数据，根据物料清单计算出所需的施工成本和施工时间，通过数字孪生运维系统结合对井场的三维数字化设计图，实现对压裂井工厂作业线的整体监控。然而，上述的发明申请均没有说明如何建立三维模型。

技术实现思路

1、本发明获取关于工厂内部环境的三维坐标点群，以及关于工厂内部生产设备的视频图像，从而生成工厂内部环境的三维模型和工厂内部生产设备的三维模型，并且采集工厂内部生产设备的运行参数，还对工厂内部环境的三维模型进行展示，同时对工厂内部生产设备的三维模型和工厂内部生产设备的运行参数进行对应展示，在工厂内部生产设备的运行参数出现异常的情况下，远程调控工厂内部生产设备的运行状态。本发明旨在以更直观的方式监测工厂的生产情况，同时还提供生成三维模型的方法。

2、为了达到上述的发明目的，本发明给出如下所述的基于数字孪生模型的智能控制应用方法，主要包括以下的步骤：

3、s1、设置扫描模块，通过所述扫描模块获取关于工厂内部环境的三维坐标点群，同时设置摄影模块，使用所述摄影模块收集关于工厂内部生产设备的视频图像，并且设置控制模块，所述控制模块根据所述三维坐标点群生成工厂内部环境的三维模型，还基于所述视频图像建立工厂内部生产设备的三维模型；

4、s2、设置传感器模块，依靠所述传感器模块采集工厂内部生产设备的运行参数，并且设置通信模块，所述传感器模块通过所述通信模块将工厂内部生产设备的运行参数传输给所述控制模块；

5、s3、所述控制模块对工厂内部环境的三维模型进行展示，同时对工厂内部生产设备的三维模型，和工厂内部生产设备的运行参数进行对应展示，并且所述控制模块还对工厂内部生产设备的运行参数进行分析处理，在工厂内部生产设备的运行参数出现异常的情况下，所述控制模块远程调控工厂内部生产设备的运行状态。

6、作为本发明的一种优选技术方案，通过所述扫描模块获取关于工厂内部环境的三维坐标点群的步骤，包括使用扫描模块对工厂内部环境的上部和下部，工厂内部环境的前部和后部，以及工厂内部环境的左部和右部进行激光扫描，同时收集通过扫描得到的三维坐标点群。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述控制模块根据所述三维坐标点群生成工厂内部环境的三维模型，包括如下的步骤：

8、s111、在所述三维坐标点群中，将每个三维坐标点当作中心坐标点，确定在中心坐标点附近的三维坐标点，每次从附近的三维坐标点中选择两个三维坐标点与中心坐标点一起建立一个三角面，计算三角面的特征量；

9、s112、计算每个三维坐标点对应的若干个特征量的平均值以得到每个三维坐标点对应的平均特征量，将对应的平均特征量相同的三维坐标点划分为同一组，将三维坐标点的数量最多的三维坐标点组判定为是工厂内部环境的上部和下部的三维坐标点组，将其余的三维坐标点组判定为是工厂内部环境的前部和后部，以及工厂内部环境的左部和右部的三维坐标点组；

10、s113、在工厂内部环境的上部和下部的三维坐标点组中，将三维坐标点的数量多的三维坐标点组判定为是工厂内部环境的上部的三维坐标点组，而将三维坐标点的数量少的三维坐标点组判定为是工厂内部环境的下部的三维坐标点组，并且在三维坐标系中分别建立工厂内部环境的上部模型，和工厂内部环境的下部模型；

11、s114、计算工厂内部环境的上部的三维坐标点组对应的平均特征量的平均值以得到参考特征量，同时计算工厂内部环境的前部和后部，以及工厂内部环境的左部和右部的三维坐标点组对应的平均特征量的平均值以分别得到计算特征量，根据计算特征量与参考特征量的数学关系，在三维坐标系中分别建立工厂内部环境的前部和后部模型，以及工厂内部环境的左部和右部模型。

12、作为本发明的一种优选技术方案，基于所述视频图像建立工厂内部生产设备的三维模型，包括如下的步骤：

13、s121、获取所述视频图像中的全部图片，并且在第一张图片中选择若干个标志点，记录第一张图片的标志点集合；

14、s122、判断是否所述视频图像中的全部图片都已经经过处理，在是的情况下，结束全部步骤，在否的情况下，继续下个步骤；

15、s123、获取下一张图片，同时在下一张图片中确定与上一张图片中的标志点相对应的标志点的数量，判断标志点的数量是否大于预先设定的标志点数量阈值，在标志点的数量大于所述标志点数量阈值的情况下，记录下一张图片的标志点集合，跳转所述s122，在标志点数量小于等于所述标志点数量阈值的情况下，继续s124；

16、s124、在下一张图片中添加新的标志点，并且将下一张图片中的所有标志点划分为只包含旧的标志点的旧标志点集合，以及包含新的标志点的新标志点集合，记录下一张图片的旧标志点集合和新标志点集合，跳转所述s122。

17、作为本发明的一种优选技术方案，在图片中添加新的标志点的步骤包括：在图片中选择若干个中间标志点，计算中间标志点与图片中原来的每个标志点之间的间隔值，累加不同的间隔值以得到中间标志点对应的总间隔值，并且将与最大的总间隔值相对应的中间标志点作为新的标志点添加到图片中。

18、作为本发明的一种优选技术方案，在图片中的所有标志点的数量大于所述标志点数量阈值之前，重复在图片中添加新的标志点的步骤。

19、作为本发明的一种优选技术方案，所述标志点数量阈值根据工厂内部生产设备的形状的复杂程度进行设置，工厂内部生产设备的形状的复杂程度越高，所述标志点数量阈值被设置的越大。

20、作为本发明的一种优选技术方案，基于所述视频图像建立工厂内部生产设备的三维模型，还包括如下的步骤：

21、s125、关于所述视频图像中的每一张图片，在记录的是图片的标志点集合的情况下，对标志点集合中的所有标志点进行三角剖分处理，计算形成的全部三角面的面积之和以得到总面积值，并且在记录的是旧标志点集合和新标志点集合的情况下，分别对旧标志点集合和新标志点集合中的所有标志点进行三角剖分处理，分别计算形成的全部三角面的面积之和以得到第一面积值和第二面积值，还计算第一面积值和第二面积值的平均值以得到总面积值；

22、s126、选择与最大的总面积值相对应的所述视频图像中的图片，在记录的是图片的标志点集合的情况下，使用标志点集合中的所有标志点建立工厂内部生产设备的三维模型，在记录的是图片的旧标志点集合和新标志点集合的情况下，分别使用旧标志点集合和新标志点集合中的所有标志点建立第一模型和第二模型，还将第一模型和第二模型合并为工厂内部生产设备的三维模型。

23、本发明还提供基于数字孪生模型的智能控制应用系统，包括如下的模块：

24、扫描模块，用于获取关于工厂内部环境的三维坐标点群；

25、摄影模块，用于收集关于工厂内部生产设备的视频图像；

26、传感器模块，用于采集工厂内部生产设备的运行参数；

27、通信模块，用于将工厂内部生产设备的运行参数传输给控制模块；

28、控制模块，用于根据三维坐标点群生成工厂内部环境的三维模型，以及基于视频图像建立工厂内部生产设备的三维模型；同时用于对工厂内部环境的三维模型进行展示，以及对工厂内部生产设备的三维模型，和工厂内部生产设备的运行参数进行对应展示，并且用于对工厂内部生产设备的运行参数进行分析处理，在工厂内部生产设备的运行参数出现异常的情况下，远程调控工厂内部生产设备的运行状态。

29、本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有程序指令，其中，在所述程序指令运行时控制所述存储介质所在设备执行上述中任意一项所述的方法。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：

31、在本发明中，首先通过扫描模块获取关于工厂内部环境的三维坐标点群，同时使用摄影模块收集关于工厂内部生产设备的视频图像，并且通过控制模块根据三维坐标点群生成工厂内部环境的三维模型，根据视频图像建立工厂内部生产设备的三维模型，其次依靠传感器模块采集工厂内部生产设备的运行参数，通过通信模块将工厂内部生产设备的运行参数传输给控制模块，最后通过控制模块对工厂内部环境的三维模型进行展示，同时对工厂内部生产设备的三维模型和工厂内部生产设备的运行参数进行对应展示，并且在工厂内部生产设备的运行参数出现异常的情况下，通过控制模块远程调控工厂内部生产设备的运行状态。通过本发明，不仅能实现更加直观、方便的监测工厂的生产情况，同时能在必要时对生产设备进行远程调控，而且还能提供简单、高效，且保证一定模型精度的生成三维模型的方法。