一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法

1.本发明属于数字孪生领域，特别是涉及一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法。


背景技术：

2.数字孪生是一个物理对象或空间及其所有内容的数字表示和/或一组传感器数据的表示。数字孪生可以包括物理对象数据(比如物理设备的形状或位置)和非物质的传感器数据，这两种数据可被融合到最终的动态数字孪生。
3.数字孪生技术是一类重要的信息化技术，其充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射。应用数字孪生技术，可以构建真实传感器的仿真模型，在安全的仿真环境中训练机器人的触觉操作策略，避免传感器等硬件的损坏，提高效率、节约成本。
4.对于孪生体状态及表现的历史数据能够为所述物理对象或过程提供有用的推演(projection)，以预测它们的未来表现和状态。因此，数字孪生用于例如对物理资产、系统和制造过程的操作和维护进行优化，并且是一种用于工业物联网的造形技术(formativetechnology)，其中物理对象可活动(live)并与其他机器和人进行虚拟互动。
5.尽管数字孪生及其应用在本领域是已知的，但目前很难有效地重现静态数字孪生并可靠地实时地获得和传送动态数据。具体而言，数字孪生容易出现感应不良的数据和传送延迟，这可能会干扰系统的充分代表设备实际操作的能力。
6.但是，在当前使用的三维重建技术来进行“数字孪生”应用中，往往都是使用单一传感器，在单一层次上，使用单一重建流程进行扫描数字化的工作。这使得“数字孪生”，只能适用于比较有限的应用场景，或者需要在特定的环境中进行，基于单一传感器和单层次三维重建技术在面对复杂场景，无法达到精度的要求，问题变得尤为突出。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，以解决上述现有技术存在的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，包括：
9.确定待测区域，基于所述待测区域，构建xml模型；
10.通过传感器获取所述待测区域的物理参数数据和仿真触觉图像数据；
11.获取所述仿真触觉图像数据的深度信息数据，将所述深度信息数据转换为点云数据，对所述点云数据进去噪处理，得到去噪后的点云数据；
12.基于所述物理参数数据、仿真触觉图像数据、点云数据以及所述待测区域对xml模型进行更新，得到更新后的xml模型；
13.获取待孪生区域数据，基于所述待孪生区域数据对所述xml模型进行分析处理，基
于所述待孪生区域数据和分析处理后的xml模型产生数字孪生。
14.可选的，所述传感器包括：能量采集传感器和基于视觉的触觉传感器；
15.其中，所述能量采集传感器用于获取所述待测区域的物理参数数据，所述触觉传感器用于获取所述待测区域的仿真触觉图像数据。
16.可选的，所述获取去噪后的点云数据的过程包括：
17.采用半径滤波方法，通过设置给定半径邻域内包含点的个数作为阈值进行滤波操作，以去除点云数据中的异常噪声点，得到去噪后的点云数据。
18.可选的，所述构建xml模型的过程包括：
19.将所述待测区域作为根元素，将所述物理参数数据、仿真触觉图像数据和所述点云数据作为根元素的子元素，根据所述根元素和子元素构建所述xml模型。
20.可选的，对所述xml模型进行分析处理的过程包括：
21.基于待孪生区域数据对所述xml模型中的根元素和子元素进行分析处理，得到待孪生区域的物理参数数据以及点云数据。
22.可选的，所述产生数字孪生的过程包括：
23.对所述待孪生区域的物理参数数据以及点云数据进行归一化处理，归一化处理完成后将所述待孪生区域的物理参数数据及点云数据进行融合，产生数字孪生。
24.本发明的技术效果为：
25.本发明通过设置能量采集传感器获取实时物理参数数据，同时设置触觉传感器获取所述待测区域的仿真触觉图像数据以解决真实传感器中非理想光照条件难以仿真的问题，通过仿真与真实结合的方式完成数字孪生，提高重建精度，使处理过程可视化呈现，具有重要的现实意义；
26.通过利用点云直接记录目标的图像数据，能够更加直接表达出研究对象的三维信息，对物体的表示，简单，稀疏且准确，并且弥补了图像对曲面变换特征的缺失，提升数字孪生的精度；同时构建并采用xml结构模型对相关数据进行有效更新和保存，方便相关人员对于数据的监测和提取，在xml模型的基础上，在能够实时生成数字孪生的前提下还能够将操作记录和数据进行保存，具有很强的实用性。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
28.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
29.图1为本发明实施例中的流程图。
具体实施方式
30.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
31.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
32.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
33.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
34.关于本文中所使用的“包含”“包括”“具有”“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
36.实施例一
37.如图1所示，本实施例中提供了一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，包括：
38.确定待测区域，基于所述待测区域，构建xml模型；
39.通过传感器获取所述待测区域的物理参数数据和仿真触觉图像数据；
40.获取所述仿真触觉图像数据的深度信息数据，将所述深度信息数据转换为点云数据，对所述点云数据进去噪处理，得到去噪后的点云数据；
41.基于所述物理参数数据、仿真触觉图像数据、点云数据以及所述待测区域对xml模型进行更新，得到更新后的xml模型；
42.获取待孪生区域数据，基于所述待孪生区域数据对所述xml模型进行分析处理，基于所述待孪生区域数据和分析处理后的xml模型产生数字孪生。
43.可选的，所述传感器包括：能量采集传感器和基于视觉的触觉传感器；
44.其中，所述能量采集传感器用于获取所述待测区域的物理参数数据，所述触觉传感器用于获取所述待测区域的仿真触觉图像数据。
45.可选的，所述获取去噪后的点云数据的过程包括：
46.采用半径滤波方法，通过设置给定半径邻域内包含点的个数作为阈值进行滤波操作，以去除点云数据中的异常噪声点，得到去噪后的点云数据。
47.可选的，所述构建xml模型的过程包括：
48.将所述待测区域作为根元素，将所述物理参数数据、仿真触觉图像数据和所述点云数据作为根元素的子元素，根据所述根元素和子元素构建所述xml模型。
49.可选的，对所述xml模型进行分析处理的过程包括：
50.基于待孪生区域数据对所述xml模型中的根元素和子元素进行分析处理，得到待
孪生区域的物理参数数据以及点云数据。
51.可选的，所述产生数字孪生的过程包括：
52.对所述待孪生区域的物理参数数据以及点云数据进行归一化处理，归一化处理完成后将所述待孪生区域的物理参数数据及点云数据进行融合，产生数字孪生。
53.在当前使用的三维重建技术来进行“数字孪生”应用中，往往都是使用单一传感器，在单一层次上，使用单一重建流程进行扫描数字化的工作。这使得“数字孪生”，只能适用于比较有限的应用场景，或者需要在特定的环境中进行。基于单一传感器和单层次三维重建技术在面对复杂场景，无法达到精度的要求，问题变得尤为突出。
54.而在本实施例通过设置能量采集传感器获取实时物理参数数据，同时设置触觉传感器获取所述待测区域的仿真触觉图像数据以解决真实传感器中非理想光照条件难以仿真的问题，通过仿真与真实结合的方式完成数字孪生，提高重建精度，使处理过程可视化呈现，具有重要的现实意义；
55.本实施例的技术方案能够有效地重现静态数字孪生并可靠地实时地获得和传送动态数据。具体而言解决了数字孪生容易出现感应不良的数据和传送延迟的问题，避免干扰系统的充分代表设备实际操作的能力的影响。
56.本实施例通过利用点云直接记录目标的图像数据，能够更加直接表达出研究对象的三维信息，对物体的表示，简单，稀疏且准确，并且弥补了图像对曲面变换特征的缺失，提升数字孪生的精度。同时构建并采用xml结构模型对相关数据进行有效更新和保存，方便相关人员对于数据的监测和提取，在xml模型的基础上，在能够实时生成数字孪生的前提下还能够将操作记录和数据进行保存，具有很强的实用性。
57.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，其特征在于，包括：确定待测区域，基于所述待测区域，构建xml模型；通过传感器获取所述待测区域的物理参数数据和仿真触觉图像数据；获取所述仿真触觉图像数据的深度信息数据，将所述深度信息数据转换为点云数据，对所述点云数据进去噪处理，得到去噪后的点云数据；基于所述物理参数数据、仿真触觉图像数据、点云数据以及所述待测区域对xml模型进行更新，得到更新后的xml模型；获取待孪生区域数据，基于所述待孪生区域数据对所述xml模型进行分析处理，基于所述待孪生区域数据和分析处理后的xml模型产生数字孪生。2.根据权利要求1所述的一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，其特征在于，所述传感器包括：能量采集传感器和基于视觉的触觉传感器；其中，所述能量采集传感器用于获取所述待测区域的物理参数数据，所述触觉传感器用于获取所述待测区域的仿真触觉图像数据。3.根据权利要求1所述的一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，其特征在于，所述获取去噪后的点云数据的过程包括：采用半径滤波方法，通过设置给定半径邻域内包含点的个数作为阈值进行滤波操作，以去除点云数据中的异常噪声点，得到去噪后的点云数据。4.根据权利要求1所述的一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，其特征在于，所述构建xml模型的过程包括：将所述待测区域作为根元素，将所述物理参数数据、仿真触觉图像数据和所述点云数据作为根元素的子元素，根据所述根元素和子元素构建所述xml模型。5.根据权利要求4所述的一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，其特征在于，对所述xml模型进行分析处理的过程包括：基于待孪生区域数据对所述xml模型中的根元素和子元素进行分析处理，得到待孪生区域的物理参数数据以及点云数据。6.根据权利要求5所述的一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，其特征在于，产生数字孪生的过程包括：对所述待孪生区域的物理参数数据以及点云数据进行归一化处理，归一化处理完成后将所述待孪生区域的物理参数数据及点云数据进行融合，产生数字孪生。

技术总结
本发明属于数字孪生领域，并公开了一种应用于数字孪生的传感器实时测量方法，包括：确定待测区域，构建XML模型；通过传感器获取所述待测区域的物理参数数据和仿真触觉图像数据；获取所述仿真触觉图像数据的深度信息数据，将所述深度信息数据转换为点云数据，对所述点云数据进去噪处理，得到去噪后的点云数据；基于所述物理参数数据、仿真触觉图像数据、点云数据以及所述待测区域对XML模型进行编写，得到编写后的XML模型；获取待孪生区域数据，基于所述待孪生区域数据对所述XML模型进行分析处理，基于所述待孪生区域数据和分析处理后的XML模型产生数字孪生。本发明所述技术方案能够提高重建精度，使处理过程可视化呈现。使处理过程可视化呈现。使处理过程可视化呈现。


技术研发人员：潘海军 夏铁军 谭永宏 包本刚
受保护的技术使用者：湖南科技学院
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/22