CN115544672A - 数字孪生仿真方法、***、装置及服务器 - Google Patents

数字孪生仿真方法、***、装置及服务器 Download PDF

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CN115544672A
CN115544672A CN202211406004.0A CN202211406004A CN115544672A CN 115544672 A CN115544672 A CN 115544672A CN 202211406004 A CN202211406004 A CN 202211406004A CN 115544672 A CN115544672 A CN 115544672A
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virtual
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黑新宏
刘一龙
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Xian University of Technology
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Abstract

本申请提供一种数字孪生仿真方法、***、装置及服务器，涉及虚拟仿真技术领域。该方法包括：获取多个试验设备执行预设试验方案产生的静态数据和动态数据，静态数据为试验设备的参数，动态数据为试验设备运行时生成的数据；根据静态数据生成各试验设备的数据模型，数据模型用于表示各试验设备的设备参数、试验设备所在试验靶场的参数；根据数据模型，对各试验设备进行建模，得到各试验设备的几何模型；根据各几何模型及对应的动态数据，生成各试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，虚拟孪生场景中包括各试验设备对应的虚拟设备、以及对应的动态数据。本申请可以针对试验设备构建虚拟孪生场景，降低试验成本。

Description

数字孪生仿真方法、***、装置及服务器
技术领域
本发明涉及虚拟仿真技术领域，具体而言，涉及一种数字孪生仿真方法、***、装置及服务器。
背景技术
近年来，随着科学技术的不断发展，我国的飞行器自主研制成为具有重要战略意义的工作。
在飞行器研制过程中，面临诸多环节，每个环节都需要进行严格的试验验证，保证每个环节的正确性和安全性。试验设备分布在不同区域的不同靶场内，为了满足飞行器研制过程中的试验需求，需要对多个靶场中的试验设备进行组合构成逻辑靶场，完成大型一体化试验任务。
但是，由于飞行器研制过程中需要进行大量的试验，如果每次都针对试验设备进行试验会耗费大量的人力物力，如何针对试验设备构建虚拟孪生场景，以在虚拟孪生场景中进行仿真试验，对飞行器研制过程的试验至关重要。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种数字孪生仿真方法、***、装置及服务器，以便针对试验设备构建虚拟孪生场景，降低试验成本。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种数字孪生仿真方法，所述方法包括：
获取多个试验设备执行预设试验方案产生的静态数据和动态数据，所述静态数据为所述试验设备的参数，所述动态数据为所述试验设备运行时生成的数据；
根据所述静态数据生成各所述试验设备的数据模型，所述数据模型用于表示各所述试验设备的设备参数、所述试验设备所在试验靶场的参数；
根据所述数据模型，对各所述试验设备进行建模，得到各所述试验设备的几何模型；
根据各所述几何模型及对应的动态数据，生成各所述试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，所述虚拟孪生场景中包括各所述试验设备对应的虚拟设备、以及对应的所述动态数据。
可选的，所述获取多个试验设备执行预设试验方案产生的静态数据和动态数据之前，所述方法还包括：
接收试验启动指令和设备组合指令，所述试验启动指令包括：所述预设试验方案的标识，所述设备组合指令包括：多个试验设备的设备标识，以及所述多个试验设备之间的组合关系；
根据所述试验启动指令和所述设备组合指令，生成试验事件；
触发所述试验事件，控制所述多个试验设备执行所述预设试验方案，生成所述静态数据和所述动态数据。
可选的，所述根据所述数据模型，对各所述试验设备进行建模，得到各所述试验设备的几何模型，包括：
根据所述数据模型中所述试验设备的设备参数，对所述试验设备进行建模，得到所述试验设备的立体设备模型；
根据所述数据模型中所述试验设备所在试验靶场的参数，对所述试验靶场进行建模，得到所述试验设备所在试验靶场的立体靶场模型，所述试验设备的几何模型包括：所述立体设备模型和所述立体靶场模型。
可选的，所述数据模型还用于表示所述试验设备所在试验靶场的环境参数，所述方法还包括：
根据所述环境参数，对所述试验靶场的环境进行建模，得到所述试验设备所在试验靶场的立体环境模型，所述试验设备的几何模型包括：所述立体设备模型、所述立体靶场模型和所述立体环境模型。
可选的，所述根据各所述几何模型及对应的动态数据，生成各所述试验设备对应的虚拟孪生场景，包括：
根据各所述几何模型，生成各所述试验设备对应的虚拟设备；
对所述虚拟设备和所述动态数据进行匹配；
对各所述虚拟设备匹配的动态数据进行解析，得到多个属性的动态子数据；
对所述虚拟设备的多个属性和所述多个属性的动态子数据进行匹配，生成所述虚拟孪生场景。
第二方面，本申请实施例还提供一种数字孪生仿真***，所述数字孪生仿真***包括：物理层、数据层、虚拟层和实现层；
所述物理层包括多个试验靶场、属于各所述试验靶场的试验设备以及多种试验方案，所述试验设备，用于执行所述试验方案生成静态数据和动态数据，所述静态数据为所述试验设备的参数，所述动态数据为所述试验设备运行时生成的数据；
所述数据层，用于通过所述物理层获取多个试验设备执行预设试验方案产生的所述静态数据和所述动态数据，并将所述试验设备的静态数据和动态数据发送至所述虚拟层；
所述虚拟层，用于根据所述静态数据生成各所述试验设备的数据模型，所述数据模型用于表示各所述试验设备的设备参数、所述试验设备所在试验靶场的参数；还用于根据所述数据模型，利用所述实现层提供的建模工具，对各所述试验设备进行建模，得到各所述试验设备的几何模型；还用于根据各所述几何模型及对应的动态数据，生成各所述试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，所述虚拟孪生场景中包括各所述试验设备对应的虚拟设备、以及对应的所述动态数据。
可选的，所述虚拟层包括：数据解析脚本、设备匹配脚本和属性匹配脚本；
所述数据解析脚本，用于对从数据层获取的动态数据进行解析，得到各所述试验设备对应的动态数据；
所述设备匹配脚本，用于将解析得到的动态数据与所述试验设备对应的虚拟设备进行匹配，将所述试验设备对应的动态数据发送给对应的几何模型；
所述属性匹配脚本，用于对各所述动态数据进行解析，将所述虚拟设备的多个属性与多个属性的动态子数据进行匹配。
可选的，所述数字孪生仿真***还包括：服务层；
所述服务层与所述物理层通信，用于对所述物理层中的试验设备和试验靶场进行管理；
所述服务层与所述数据层通信，用于对所述数据层的数据进行分析及管理。
第三方面，本申请实施例还提供一种数字孪生仿真装置，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取多个试验设备的静态数据和动态数据，所述静态数据为所述试验设备的参数，所述动态数据为所述试验设备运行时生成的数据；
数据模型生成模块，用于根据所述静态数据生成各所述试验设备的数据模型，所述数据模型用于表示各所述试验设备的设备参数、所述试验设备所在试验靶场的参数；
几何模型生成模块，用于根据所述数据模型，对各所述试验设备进行建模，得到各所述试验设备的几何模型；
虚拟孪生场景生成模块，用于根据各所述几何模型及对应的动态数据，生成各所述试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，所述虚拟孪生场景中包括各所述试验设备对应的虚拟设备、以及对应的所述动态数据。
可选的，所述装置还包括：
指令接收模块，用于接收试验启动指令和设备组合指令，所述试验启动指令包括：所述预设试验方案的标识，所述设备组合指令包括：多个试验设备的设备标识，以及所述多个试验设备之间的组合关系；
事件生成模块，用于根据所述试验启动指令和所述设备组合指令，生成试验事件；
事件触发模块，用于触发所述试验事件，控制所述多个试验设备执行所述预设试验方案，生成所述静态数据和所述动态数据。
可选的，所述几何模型生成模块，包括：
设备建模单元，用于根据所述数据模型中所述试验设备的设备参数，对所述试验设备进行建模，得到所述试验设备的立体设备模型；
靶场建模单元，用于根据所述数据模型中所述试验设备所在试验靶场的参数，对所述试验靶场进行建模，得到所述试验设备所在试验靶场的立体靶场模型，所述试验设备的几何模型包括：所述立体设备模型和所述立体靶场模型。
可选的，所述几何模型生成模块，还可以包括：
环境建模单元，用于根据所述环境参数，对所述试验靶场的环境进行建模，得到所述试验设备所在试验靶场的立体环境模型，所述试验设备的几何模型包括：所述立体设备模型、所述立体靶场模型和所述立体环境模型。
可选的，所述虚拟孪生场景生成模块，包括：
虚拟设备生成单元，用于根据各所述几何模型，生成各所述试验设备对应的虚拟设备；
设备数据匹配用于，用于对所述虚拟设备和所述动态数据进行匹配；
数据解析单元，用于对各所述虚拟设备匹配的动态数据进行解析，得到多个属性的动态子数据；
虚拟孪生场景生成单元，用于对所述虚拟设备的多个属性和所述多个属性的动态子数据进行匹配，生成所述虚拟孪生场景。
第四方面，本申请实施例还提供一种服务器，包括：收发器、处理器和存储介质；
所述收发器用于接收和发送数据；
所述存储介质存储有所述处理器可执行的程序指令；
所述处理器用于调用存储于所述存储介质中的所述程序指令，以执行如第一方面任一所述的数字孪生仿真方法的步骤。
第五方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如第一方面任一所述的数字孪生仿真方法的步骤。
本申请的有益效果是：
本申请提供一种数字孪生仿真方法、***、装置及服务器，利用试验设备执行试验方案产生的静态数据构建数据模型，并根据数据模型构建试验设备的几何模型，根据试验设备的几何模型的动态数据生成虚拟孪生场景，实现将预设试验方案涉及的多个靶场中的多个试验设备的状态映射到虚拟孪生场景中，从而可以在虚拟孪生场景中还原和监控多个试验设备的设备状态，并可以利用虚拟孪生场景中的虚拟设备和动态数据进行虚拟仿真测试，降低试验成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的数字孪生仿真***的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种数据通信架构图；
图3为本申请实施例提供的数字孪生仿真方法的流程示意图一；
图4为本申请实施例提供的数字孪生仿真方法的流程示意图二；
图5为本申请实施例提供的数字孪生仿真方法的流程示意图三；
图6为本申请实施例提供的数字孪生仿真方法的流程示意图四；
图7为本申请实施例提供的数字孪生仿真装置的结构示意图；
图8为本申请实施例的提供一种服务器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此外，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。
在对本申请实施例提供的数字孪生仿真方法、***、装置及服务器进行详细说明，先对本申请实施例所应用的技术领域进行说明。本申请实施例应用于飞行器试验领域，飞行器试验过程中涉及多个试验设备、软件、模型、数据、模拟器和专业技术人员，这些试验资源分布在不同区域的不同靶场中，为了满足不同的试验需求，需要对多个靶场的试验资源进行组合构成逻辑靶场，进行大型综合一体化试验。为了满足飞行器试验任务和逻辑靶场虚拟试验的需求，需要构建与真实的试验场景相对应的虚拟孪生场景，以便在虚拟孪生场景中对试验设备进行虚拟仿真试验。
请参考图1，为本申请实施例提供的数字孪生仿真***的结构示意图，如图1所示，该数字孪生仿真***包括：物理层、数据层、虚拟层和实现层；
物理层包括多个试验靶场、属于各试验靶场的试验设备以及多种试验方案，试验设备，用于执行试验方案生成静态数据和动态数据，静态数据为试验设备的参数，动态数据为试验设备运行时生成的数据。
数据层，用于通过物理层获取多个试验设备执行预设试验方案产生的静态数据和动态数据，并将试验设备的静态数据和动态数据发送至虚拟层。
虚拟层，用于根据静态数据生成各试验设备的数据模型，数据模型用于表示各试验设备的设备参数、试验设备所在试验靶场的参数；还用于根据数据模型，利用实现层提供的建模工具，对各试验设备进行建模，得到各试验设备的几何模型；还用于根据各几何模型及对应的动态数据，生成各试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，虚拟孪生场景中包括各试验设备对应的虚拟设备、以及对应的动态数据。
服务层，用于对物理层中的试验设备和试验靶场进行管理；还用于对数据层的数据进行分析及管理。
本实施例中，如图1所示，物理层是整个数字孪生仿真***的基础，根据应用场景和功能结构，将物理层划分为：设备层(Dl)、靶场层(Bl)和测试层(Tl)，其中，测试层(Tl)用于对多个靶场层(Bl)进行管理，而靶场层(Bl)又对设备层(Dl)进行管理，即设备层(Dl)、靶场层(Bl)和测试层(Tl)之间的关系可以表示为：
Figure BDA0003936663390000081
具体的，设备层(Dl)是物理层的基础，由分布在各靶场中的试验设备和其他试验资源构成，试验设备例如可以为经纬仪、高速摄像机、雷达和全球定位***(GlobalPositioning System，GPS)等；靶场层(Bl)由分布在不同区域的靶场构成，靶场是试验设备和试验资源的综合体，也是飞行试验测试过程的基本单元；测试层(Tl)中包括多个试验方案，每个试验方案中包括一次试验过程中需要用到的所有资源和信息，通常一个试验会涉及到一个或者多个靶场。测试层(Tl)通常部署在逻辑靶场试验平台上，逻辑靶场试验平台可以对设备层(Dl)、靶场层(Bl)和测试层(Tl)进行管理，通过在逻辑靶场试验平台上配置或者选择试验方案，以对多个靶场中的多个试验设备进行调度执行试验方案。
数据层用于对数字孪生仿真***中的数据进行管理，数据层中的数据主要包括：物理层数据、虚拟层数据和服务层数据，其中，物理层数据包括：试验设备的静态数据和试验设备运行过程中生成的动态数据，其中，静态数据包括：试验设备的属性参数和几何参数，动态数据包括：试验设备运行过程中产生的数据和/或试验设备运行过程中采集的数据。虚拟层数据包括：虚拟层的数据模型、几何模型、行为模型和虚拟孪生场景产生的实时数据和历史数据。服务层数据是由服务层对从不同的数据库中获取的数据，以及服务层进行相关计算产生的数据。
在一些实施例中，数据层还包括：历史数据库、模型数据库和通用数据库，其中通过将实时数据库中的数据同步至历史数据库，可以在虚拟孪生场景中进行仿真测试时从历史数据库获取历史数据；模型数据库中包括对数据进行模型训练得到的多种模型。
虚拟层作为物理层的孪生体，由数据模型(Dm)、几何模型(Gm)、行为模型(Bm)和虚拟孪生场景(Vs)构成，数据模型(Dm)用于规定静态数据的格式，以将从数据层获取的试验设备的静态数据转换为预设格式，如设备尺寸、设备数据、试验设备所在的靶场参数、环境参数等。
几何模型(Gm)用于根据数据模型(Dm)提供的数据对试验设备进行建模，几何模型描述了试验设备的外观、结构和尺寸等几何信息，具体的，几何模型可以包括：设备模型、靶场模型和环境模型，通过对几何模型进行三维渲染，生成对应的虚拟设备。
行为模型(Bm)用于对动态数据和虚拟设备进行匹配，生成虚拟孪生场景(Vs)，其中，行为模型(Bm)包括：数据解析脚本、设备匹配脚本和属性匹配脚本；数据解析脚本可以对从数据层获取的动态数据进行解析，得到各个试验设备的动态数据，设备匹配脚本用于对动态数据和虚拟设备进行匹配，将动态数据分配给虚拟设备，属性匹配脚本用于对动态数据进行属性解析，得到多个属性的动态子数据，将多个属性的动态子数据与虚拟设备的多个属性进行匹配。
数据模型(Dm)、几何模型(Gm)、行为模型(Bm)和虚拟孪生场景(Vs)之间的关系可以表示为：
Figure BDA0003936663390000091
实现层包括利用3D MAX建模软件对各个试验设备进行三维建模，得到试验设备的几何模型，并利用Unity 3D技术对几何模型进行展示，实现试验设备的虚拟孪生体的构建和展示。
在一些实施例中，实现层还可以通过人机界面和交互的设计，以web页面的形式展示数字孪生仿真***，可以通过客户端和手机端访问及操作数字孪生仿真***。
服务层从数据层获取数据，并对数据进行管理、可视化及分析，还可以根据历史数据进行试验复现。
在一些实施例中，服务层还可以对物理层的设备进行管理，根据数据分析结果，对物理层的功能进行优化。
由于逻辑靶场中的飞行试验往往是跨靶场的多个试验设备的联合试验，试验过程中涉及到的试验设备的类型多，不同试验设备提供的数据采集接口和数据采集方式差异化较大，且各个试验设备的数据格式也不相同，数据呈现出多源异构的特点，因此，需要为试验设备提供不同的通信协议。请参考表1，为数据通信及采集过程中使用的通信协议及其特点。
表1通信协议及其特点
Figure BDA0003936663390000092
Figure BDA0003936663390000101
请参考图2，为本申请实施例提供的一种数据通信架构图，如图2所示，数据通信过程包括：
试验设备通过短距离通信协议与靶场数据接收端通信连接，将多个试验设备的数据发送至靶场数据接收端，靶场数据接收端对数据进行校验和处理后，发送至靶场本地数据库进行存储，同时，靶场数据接收端将数据通过网络传输协议发送至云端服务器的异构数据采集接口，异构数据采集接口对数据进行整理、汇总、处理后，将数据存储至云端实时数据库，云端实时数据库提供数据消费接口，以驱动虚拟层通过数据消费接口获取云端实时数据库中的静态数据和动态数据。
需要说明的是，靶场数据接收端和靶场本地数据库位于数字孪生仿真***的物理层，云端服务器和云端实时数据库位于数字孪生仿真***的数据层。
在一种可能的实现方式中，由于飞行试验过程需要多靶场和多试验设备的协同配合，试验过程中会产生大量的实时数据，为了减轻虚拟层构建虚拟孪生场景的处理压力和网络负担，异构数据采集接口接收到试验数据后，对数据进行分类，将试验数据分为静态数据和动态数据。
静态数据是指靶场中试验设备的参数、靶场参数和环境参数，试验设备的参数例如可以包括试验设备的基本参数、试验设备的几何参数和设备的基本工作参数等，试验设备的参数和靶场参数一般只需要在***启动时获取一次，环境数据也可以定期获取，而无需每次进行虚拟试验时均获取，可以减轻***的负担。
动态数据是试验过程中各试验设备和传感器采集到的实时数据，动态数据主要由两部分组成，一部分为传感器采集到的数据，包括当前湿度、温度、风速和风向等环境数据；另一部分为各试验设备采集和产生的数据，包括GPS的经纬度、磁偏角等，雷达的信噪比、径向速度、高度等，TSPI的加速度、角加速度、位置BLH坐标等，经纬仪的水平角、竖直角和半测回角等数据。需要说明的是，环境数据虽然为传感器在运行时产生的数据，但其实际在虚拟层作为静态数据参与环境模型的构建。
基于上述数字孪生仿真***，以下对本申请实施例提供的数字孪生仿真方法进行说明。
请参考图3，为本申请实施例提供的数字孪生仿真方法的流程示意图一，如图3所示，该方法可以包括：
S20：获取多个试验设备执行预设试验方案产生的静态数据和动态数据，静态数据为试验设备的参数，动态数据为试验设备运行时生成的数据。
本实施例中，在逻辑靶场试验平台中选择预设试验方案，预设试验方案中包括涉及多个靶场中的多个试验设备的标识和试验相关资源信息，根据预设试验方案，控制多个靶场中的多个试验设备执行预设试验方案，产生试验数据。
多个试验设备产生的试验数据可以通过多源异构采集接口发送至数据层的云端服务器，云端服务器对试验数据进行初步分类，得到静态数据和动态数据，并将静态数据和动态数据分别存储在云端实时数据库中，由虚拟层从云端实时数据库分别获取多个试验设备的静态数据和动态数据。
在一种可能的实现方式中，可以通过数字孪生仿真***向物理层的逻辑靶场试验平台发送预设试验方案。
S30：根据静态数据生成各试验设备的数据模型，数据模型用于表示各试验设备的设备参数、试验设备所在试验靶场的参数。
本实施例中，虚拟层预先包括多个试验设备的空白数据模型，空白数据模型规定了试验设备所包括的数据、参数、属性、靶场参数等信息，虚拟层从数据层获取到试验设备的静态数据后，读取静态数据，将静态数据中的数据、参数、属性、靶场参数等信息的具体取值写入空白数据模型，得到试验设备的数据模型。
S40：根据数据模型，对各试验设备进行建模，得到各试验设备的几何模型。
本实施例中，根据数据模型中包括的试验设备的各种数据、参数和属性等信息，对各试验设备进行三维建模，得到各试验设备的几何模型。
在一些实施例中，虚拟层可以调用实用层提供的3D MAX建模软件，根据数据模型对各试验设备进行建模，得到各试验设备的几何模型。
S50：根据各几何模型及对应的动态数据，生成各试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，虚拟孪生场景中包括各试验设备对应的虚拟设备、以及对应的动态数据。
本实施例中，利用预设的显示工具驱动各试验设备的几何模型进行显示，得到各试验设备对应的虚拟设备，通过虚拟层中的行为模型驱动各试验设备的动态数据与各试验设备对应的虚拟设备相匹配，生成包括虚拟设备和对应的动态数据的虚拟孪生场景，实现将预设试验方案涉及的多个靶场中的多个试验设备的状态映射到虚拟孪生场景中，从而可以在虚拟孪生场景中还原和监控多个试验设备的设备状态。
在一些实施例中，在虚拟孪生场景中，可以驱动各虚拟设备根据各动态数据和测试数据进行虚拟仿真测试。
以下结合图4对试验设备执行预设试验方案的一种实现方式进行说明。
请参考图4，为本申请实施例提供的数字孪生仿真方法的流程示意图二，如图4所示，在上述S20获取多个试验设备执行预设试验方案产生的静态数据和动态数据之前，该方法还可以包括：
S11：接收试验启动指令和设备组合指令，试验启动指令包括：预设试验方案的标识，设备组合指令包括：多个试验设备的设备标识，以及多个试验设备之间的组合关系。
本实施例中，逻辑靶场试验平台的测试层提供多个试验方案，试验人员可以从多个试验方案中选择预设试验方案，并从多个靶场的试验设备中选择多个试验设备，并针对多个试验设备设置组合关系，根据多个试验设备的组合关系生成设备组合指令，响应于试验人员输入的试验启动操作，生成试验启动指令，在试验启动指令中携带试验人员选择的预设试验方案的标识。
S12：根据试验启动指令和设备组合指令，生成试验事件。
本实施例中，根据试验启动指令和设备组合指令，生成试验事件，试验事件用于驱动多个试验设备执行预设试验方案，其中，将试验事件的格式定义为：
Event＝{Equipments,Props,Attirbutes,Time}
其中，Event为试验事件，Equipments为试验涉及到的试验设备的设备标识，Props为试验设备之间的组合关系，Attributes为预设试验方案的标识，Time为试验启动时刻。
S13：触发试验事件，控制多个试验设备执行预设试验方案，生成静态数据和动态数据。
本实施例中，将试验事件通过消息队列发送至数字孪生仿真***的服务器中，驱动试验初始化工作完成后，控制多个靶场中的多个试验设备执行预设试验方案，生成静态数据和动态数据。
多个试验设备生成静态数据和动态数据后，靶场数据接收到通过串口、蓝牙、WIFI或局域网等方式获取静态数据和动态数据，并将静态数据和动态数据发送至本地数据库进行存储，服务器采用WebService技术调用异构数据采集接口，从各个本地数据库中读取数据至服务器，并存储至云端数据库，实现数据的实时采集。虚拟层采用WebService技术调用数据推送接口，从云端数据库中以可扩展标识语言(eXtensibleMarkupLanguage，XML)文档的形式读取静态数据和动态数据。
以下结合图5对上述根据数据模型对试验设备进行建模，得到集合模型的一种实现方式进行详细说明。
请参考图5，为本申请实施例提供的数字孪生仿真方法的流程示意图三，如图5所示，上述S40中根据数据模型，对各试验设备进行建模，得到各试验设备的几何模型的过程，可以包括：
S41：根据数据模型中试验设备的设备参数，对试验设备进行建模，得到试验设备的立体设备模型。
本实施例中，在数据模型所包含的试验设备的各种参数中，获取试验设备的设备参数，设备参数可以包括：试验设备的尺寸、结构、外观、基本属性参数、工作参数等，根据试验设备的尺寸、结构、外观，对试验设备进行三维建模，得到试验设备的立体设备模型，并根据试验设备的基本属性参数和工作参数，设置立体设备模型的基本属性参数和工作参数。
S42：根据数据模型中试验设备所在试验靶场的参数，对试验靶场进行建模，得到试验设备所在试验靶场的立体靶场模型。
本实施例中，在数据模型所包含的试验设备的各种参数中，获取试验设备所在试验靶场的靶场参数，靶场参数可以包括：试验靶场的面积大小，根据试验靶场的面积大小对试验靶场进行三维建模，得到试验靶场的立体靶场模型。
S43：根据环境参数，对试验靶场的环境进行建模，得到试验设备所在试验靶场的立体环境模型。
本实施例中，在数据模型所包含的试验设备的各种参数中，获取试验设备所在试验靶场周围的环境参数，环境参数可以包括：试验靶场的天气参数、试验靶场周围的山地草木信息等，根据试验靶场的天气参数、试验靶场周围的山地草木信息对试验靶场周围的环境进行三维建模，得到试验靶场的立体环境模型。试验设备的几何模型包括：立体设备模型、立体靶场模型和立体环境模型。
以下结合图6对上述根据几何模型和动态数据生成虚拟孪生场景的一种实现方式进行详细说明。
请参考图6，为本申请实施例提供的数字孪生仿真方法的流程示意图四，如图6所示，上述S50中根据各几何模型及对应的动态数据，生成各试验设备对应的虚拟孪生场景的过程，可以包括：
S51：根据各几何模型，生成各试验设备对应的虚拟设备。
本实施例中，利用预设的显示工具驱动各试验设备的几何模型进行显示，得到各试验设备对应的虚拟设备。示例的，预设的显示驱动工具可以为实现层提供的Unity 3D工具。
S52：对虚拟设备和动态数据进行匹配。
本实施例中，通过虚拟层的行为模型从云端数据库中以XML文档的格式读取动态数据，行为模型中数据解析脚本对XML文档进行解析，从XML文档中解析得到多个试验设备的动态数据，数据解析脚本将解析得到的多个试验设备的动态数据发送至设备匹配脚本，由设备匹配脚本对多个试验设备的动态数据和多个动态设备对应的虚拟设备进行匹配。
S53：对各虚拟设备匹配的动态数据进行解析，得到多个属性的动态子数据。
本实施例中，动态数据与虚拟设备匹配完成后，由各虚拟设备对应的属性匹配脚本对动态数据进行解析，将动态数据解析为多个属性的动态子数据。
S54：对虚拟设备的多个属性和多个属性的动态子数据进行匹配，生成虚拟孪生场景。
本实施例中，由于数据模型中设置有试验设备所包含的多个属性，在根据数据模型生成几何模型，再根据几何模型驱动显示虚拟设备后，虚拟设备中也有多个属性，通过对多个属性的动态子数据和虚拟设备的多个属性进行匹配后，通过数据显示脚本驱动虚拟设备显示多个属性的动态子数据，生成虚拟孪生场景。
上述实施例提供的数字孪生仿真方法，利用试验设备执行试验方案产生的静态数据构建数据模型，并根据数据模型构建试验设备的几何模型，根据试验设备的几何模型的动态数据生成虚拟孪生场景，实现将预设试验方案涉及的多个靶场中的多个试验设备的状态映射到虚拟孪生场景中，从而可以在虚拟孪生场景中还原和监控多个试验设备的设备状态，并可以利用虚拟孪生场景中的虚拟设备和动态数据进行虚拟仿真测试，降低试验成本。
请参考图7，为本申请实施例提供的数字孪生仿真装置的结构示意图，如图7所示，该装置包括：
数据获取模块10，用于获取多个试验设备的静态数据和动态数据，静态数据为试验设备的参数，动态数据为试验设备运行时生成的数据；
数据模型生成模块20，用于根据静态数据生成各试验设备的数据模型，数据模型用于表示各试验设备的设备参数、试验设备所在试验靶场的参数；
几何模型生成模块30，用于根据数据模型，对各试验设备进行建模，得到各试验设备的几何模型；
虚拟孪生场景生成模块40，用于根据各几何模型及对应的动态数据，生成各试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，虚拟孪生场景中包括各试验设备对应的虚拟设备、以及对应的动态数据。
可选的，该装置还包括：
指令接收模块，用于接收试验启动指令和设备组合指令，试验启动指令包括：预设试验方案的标识，设备组合指令包括：多个试验设备的设备标识，以及多个试验设备之间的组合关系；
事件生成模块，用于根据试验启动指令和设备组合指令，生成试验事件；
事件触发模块，用于触发试验事件，控制多个试验设备执行预设试验方案，生成静态数据和动态数据。
可选的，几何模型生成模块30，包括：
设备建模单元，用于根据数据模型中试验设备的设备参数，对试验设备进行建模，得到试验设备的立体设备模型；
靶场建模单元，用于根据数据模型中试验设备所在试验靶场的参数，对试验靶场进行建模，得到试验设备所在试验靶场的立体靶场模型，试验设备的几何模型包括：立体设备模型和立体靶场模型。
可选的，几何模型生成模块30，还可以包括：
环境建模单元，用于根据环境参数，对试验靶场的环境进行建模，得到试验设备所在试验靶场的立体环境模型，试验设备的几何模型包括：立体设备模型、立体靶场模型和立体环境模型。
可选的，虚拟孪生场景生成模块40，包括：
虚拟设备生成单元，用于根据各几何模型，生成各试验设备对应的虚拟设备；
设备数据匹配用于，用于对虚拟设备和动态数据进行匹配；
数据解析单元，用于对各虚拟设备匹配的动态数据进行解析，得到多个属性的动态子数据；
虚拟孪生场景生成单元，用于对虚拟设备的多个属性和多个属性的动态子数据进行匹配，生成虚拟孪生场景。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上***(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
请参考图8，为本申请实施例的提供一种服务器的结构示意图，如图8所示，该服务器100包括：收发器101、处理器102和存储介质103，收发器101用于接收和发送数据，存储介质103存储有处理器102可执行的程序指令，处理器102执行程序指令，以执行上述方法实施例的步骤。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
可选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种数字孪生仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
获取多个试验设备执行预设试验方案产生的静态数据和动态数据，所述静态数据为所述试验设备的参数，所述动态数据为所述试验设备运行时生成的数据；
根据所述静态数据生成各所述试验设备的数据模型，所述数据模型用于表示各所述试验设备的设备参数、所述试验设备所在试验靶场的参数；
根据所述数据模型，对各所述试验设备进行建模，得到各所述试验设备的几何模型；
根据各所述几何模型及对应的动态数据，生成各所述试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，所述虚拟孪生场景中包括各所述试验设备对应的虚拟设备、以及对应的所述动态数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多个试验设备执行预设试验方案产生的静态数据和动态数据之前，所述方法还包括：
接收试验启动指令和设备组合指令，所述试验启动指令包括：所述预设试验方案的标识，所述设备组合指令包括：多个试验设备的设备标识，以及所述多个试验设备之间的组合关系；
根据所述试验启动指令和所述设备组合指令，生成试验事件；
触发所述试验事件，控制所述多个试验设备执行所述预设试验方案，生成所述静态数据和所述动态数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述数据模型，对各所述试验设备进行建模，得到各所述试验设备的几何模型，包括：
根据所述数据模型中所述试验设备的设备参数，对所述试验设备进行建模，得到所述试验设备的立体设备模型；
根据所述数据模型中所述试验设备所在试验靶场的参数，对所述试验靶场进行建模，得到所述试验设备所在试验靶场的立体靶场模型，所述试验设备的几何模型包括：所述立体设备模型和所述立体靶场模型。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数据模型还用于表示所述试验设备所在试验靶场的环境参数，所述方法还包括：
根据所述环境参数，对所述试验靶场的环境进行建模，得到所述试验设备所在试验靶场的立体环境模型，所述试验设备的几何模型包括：所述立体设备模型、所述立体靶场模型和所述立体环境模型。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各所述几何模型及对应的动态数据，生成各所述试验设备对应的虚拟孪生场景，包括：
根据各所述几何模型，生成各所述试验设备对应的虚拟设备；
对所述虚拟设备和所述动态数据进行匹配；
对各所述虚拟设备匹配的动态数据进行解析，得到多个属性的动态子数据；
对所述虚拟设备的多个属性和所述多个属性的动态子数据进行匹配，生成所述虚拟孪生场景。
6.一种数字孪生仿真***，其特征在于，所述数字孪生仿真***包括：物理层、数据层、虚拟层和实现层；
所述物理层包括多个试验靶场、属于各所述试验靶场的试验设备以及多种试验方案，所述试验设备，用于执行所述试验方案生成静态数据和动态数据，所述静态数据为所述试验设备的参数，所述动态数据为所述试验设备运行时生成的数据；
所述数据层，用于通过所述物理层获取多个试验设备执行预设试验方案产生的所述静态数据和所述动态数据，并将所述试验设备的静态数据和动态数据发送至所述虚拟层；
所述虚拟层，用于根据所述静态数据生成各所述试验设备的数据模型，所述数据模型用于表示各所述试验设备的设备参数、所述试验设备所在试验靶场的参数；还用于根据所述数据模型，利用所述实现层提供的建模工具，对各所述试验设备进行建模，得到各所述试验设备的几何模型；还用于根据各所述几何模型及对应的动态数据，生成各所述试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，所述虚拟孪生场景中包括各所述试验设备对应的虚拟设备、以及对应的所述动态数据。
7.如权利要求6所述的数字孪生仿真***，其特征在于，所述虚拟层包括：数据解析脚本、设备匹配脚本和属性匹配脚本；
所述数据解析脚本，用于对从数据层获取的动态数据进行解析，得到各所述试验设备对应的动态数据；
所述设备匹配脚本，用于将解析得到的动态数据与所述试验设备对应的虚拟设备进行匹配，将所述试验设备对应的动态数据发送给对应的几何模型；
所述属性匹配脚本，用于对各所述动态数据进行解析，将所述虚拟设备的多个属性与多个属性的动态子数据进行匹配。
8.如权利要求6所述的数字孪生仿真***，其特征在于，所述数字孪生仿真***还包括：服务层；
所述服务层与所述物理层通信，用于对所述物理层中的试验设备和试验靶场进行管理；
所述服务层与所述数据层通信，用于对所述数据层的数据进行分析及管理。
9.一种数字孪生仿真装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取多个试验设备执行预设试验方案产生的静态数据和动态数据，所述静态数据为所述试验设备的参数，所述动态数据为所述试验设备运行时生成的数据；
数据模型生成模块，用于根据所述静态数据生成各所述试验设备的数据模型，所述数据模型用于表示各所述试验设备的设备参数、所述试验设备所在试验靶场的参数；
几何模型生成模块，用于根据所述数据模型，对各所述试验设备进行建模，得到各所述试验设备的几何模型；
虚拟孪生场景生成模块，用于根据各所述几何模型及对应的动态数据，生成各所述试验设备对应的虚拟孪生场景，其中，所述虚拟孪生场景中包括各所述试验设备对应的虚拟设备、以及对应的所述动态数据。
10.一种服务器，其特征在于，包括：收发器、处理器和存储介质；
所述收发器用于接收和发送数据；
所述存储介质存储有所述处理器可执行的程序指令；
所述处理器用于调用存储于所述存储介质中的所述程序指令，以执行如权利要求1至5任一所述的数字孪生仿真方法的步骤。
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