本發(fā)明涉及軌道交通，尤其涉及一種軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)、方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、目前，在軌道交通領(lǐng)域取得應(yīng)用的數(shù)字孿生項(xiàng)目主要集中于車站綜合態(tài)勢監(jiān)控、車輛運(yùn)維、牽引供電系統(tǒng)、車輛制動(dòng)系統(tǒng)，所有孿生體都搭載于地面服務(wù)器，在云端進(jìn)行建模和運(yùn)行，其中，車站綜合態(tài)勢監(jiān)控和牽引供電系統(tǒng)屬于靜止物理對(duì)象，因此，可以選擇高速數(shù)據(jù)通信手段，將數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸至高性能地面服務(wù)器，構(gòu)建復(fù)雜精細(xì)的數(shù)字模型，滿足虛擬體解算實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的高需求；而車輛運(yùn)維和車輛制動(dòng)系統(tǒng)雖然屬于高速移動(dòng)物理對(duì)象，但其數(shù)字孿生的應(yīng)用多數(shù)針對(duì)大慣性物理對(duì)象的大時(shí)間尺度動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行模型刻畫，對(duì)模型解算實(shí)時(shí)性要求低，因此，盡管受車地?cái)?shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性限制，低寬帶的數(shù)據(jù)傳輸，在地面高性能服務(wù)器中構(gòu)建模型也可以滿足需求。

2、然而由于牽引傳動(dòng)系統(tǒng)屬于高速移動(dòng)裝備，受車地?cái)?shù)據(jù)無線傳輸?shù)乃俾?、延遲、帶寬以及丟包率限制，通過現(xiàn)有技術(shù)中的建模方法無法滿足牽引系統(tǒng)數(shù)字孿生模型輸入數(shù)據(jù)對(duì)采樣精度、準(zhǔn)確度和實(shí)時(shí)性的需求，無法滿足對(duì)實(shí)際系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知，并且當(dāng)實(shí)際牽引系統(tǒng)發(fā)生異?；蛘邊?shù)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致模型解算結(jié)果誤差較大，與實(shí)際系統(tǒng)狀態(tài)不一致。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)，通過物理實(shí)體層、互動(dòng)感知層、車載虛擬體層、地面虛擬體層和智慧云平臺(tái)層組成的多時(shí)間尺度數(shù)字孿生架構(gòu)，利用車載數(shù)字孿生板卡實(shí)現(xiàn)車載級(jí)小時(shí)間尺度實(shí)時(shí)數(shù)字孿生體的刻畫，滿足軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中電氣模型對(duì)離散化頻率、解算實(shí)時(shí)性高需求，保證了數(shù)據(jù)的采樣精度、準(zhǔn)確度和實(shí)時(shí)性，為軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用提供良好的平臺(tái)基礎(chǔ)；同時(shí)，在地面虛擬體層，利用服務(wù)器在云端實(shí)現(xiàn)地面級(jí)大時(shí)間尺度實(shí)時(shí)數(shù)字孿生體的刻畫，滿足對(duì)實(shí)際系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知，并且當(dāng)實(shí)際牽引系統(tǒng)發(fā)生異常能夠及時(shí)預(yù)警并調(diào)整，保證模型解算結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)狀態(tài)的一致性，還可以與其他數(shù)字孿生體進(jìn)行通信，及時(shí)進(jìn)行信息反饋，保證牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，最終助力整個(gè)車輛各關(guān)鍵系統(tǒng)的可靠性提升、數(shù)據(jù)挖掘和信息融合。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生方法。本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生裝置。本發(fā)明的還一個(gè)目的在于提供一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。本發(fā)明的還一個(gè)目的在于提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備。

2、為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明一方面公開了一種軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：物理實(shí)體層、互動(dòng)感知層、車載虛擬體層、地面虛擬體層和智慧云平臺(tái)層；

3、物理實(shí)體層包括牽引變流器、牽引電機(jī)和牽引控制系統(tǒng)，牽引控制系統(tǒng)用于控制牽引變流器和牽引電機(jī)運(yùn)行；

4、互動(dòng)感知層用于檢測物理實(shí)體層的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；

5、車載虛擬體層用于通過預(yù)先構(gòu)建的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和獲取的數(shù)字量信息進(jìn)行時(shí)間尺度實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，生成仿真外部特征量和內(nèi)部參數(shù)信息；

6、地面虛擬體層用于通過預(yù)設(shè)的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的可視化幾何實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和內(nèi)部參數(shù)信息，生成關(guān)鍵部件監(jiān)測數(shù)據(jù)；

7、智慧云平臺(tái)層用于根據(jù)車載虛擬體層發(fā)送的預(yù)警信號(hào)生成預(yù)警消息，并將預(yù)警消息發(fā)送至存儲(chǔ)的各牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生體。

8、優(yōu)選的，運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括實(shí)際外部特征量和計(jì)算狀態(tài)數(shù)據(jù)，牽引控制系統(tǒng)還包括模擬量采集板卡；

9、互動(dòng)感知層用于通過多種類傳感器，對(duì)牽引變流器、牽引電機(jī)和牽引控制系統(tǒng)進(jìn)行多種類信號(hào)檢測，生成傳感信號(hào)數(shù)據(jù)；

10、互動(dòng)感知層用于通過模擬量采集板卡，根據(jù)傳感信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，生成實(shí)際外部特征量；根據(jù)實(shí)際外部特征量、接收到的控制指令和預(yù)設(shè)的自身控制參數(shù)進(jìn)行邊緣計(jì)算，生成計(jì)算狀態(tài)數(shù)據(jù)。

11、優(yōu)選的，互動(dòng)感知層還用于對(duì)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，生成預(yù)處理后的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，預(yù)處理包括降噪、對(duì)齊和篩選。

12、優(yōu)選的，車載虛擬體層用于通過粒子群算法和預(yù)設(shè)的目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)數(shù)字量信息、實(shí)際外部特征量和計(jì)算狀態(tài)數(shù)據(jù)迭代更新模型內(nèi)部參數(shù)信息，構(gòu)建牽引傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型。

13、優(yōu)選的，車載虛擬體層還用于獲取牽引傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型的內(nèi)部參數(shù)信息的初始值和更新值；根據(jù)初始值和更新值進(jìn)行異常檢測；若檢測到內(nèi)部參數(shù)信息異常，生成預(yù)警信號(hào)，并將預(yù)警信號(hào)發(fā)送至智慧云平臺(tái)層。

14、優(yōu)選的，地面虛擬體層用于基于三維輕量化技術(shù)，根據(jù)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型輸出的內(nèi)部參數(shù)信息和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，構(gòu)建牽引傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的可視化幾何實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型。

15、優(yōu)選的，地面虛擬體層用于通過預(yù)設(shè)的關(guān)鍵部件指標(biāo)閾值，根據(jù)關(guān)鍵部件監(jiān)測數(shù)據(jù)和內(nèi)部參數(shù)信息檢測結(jié)果，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行異常檢測；若檢測到關(guān)鍵部件異常，生成預(yù)警信號(hào)，并將預(yù)警信號(hào)發(fā)送至智慧云平臺(tái)層。

16、優(yōu)選的，地面虛擬體層還用于通過粒子群算法，根據(jù)獲取的歷史數(shù)據(jù)、多物理場耦合參數(shù)、實(shí)際外部特征量、內(nèi)部參數(shù)信息和關(guān)鍵部件監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行離線迭代計(jì)算，構(gòu)建離線數(shù)字孿生模型。

17、優(yōu)選的，地面虛擬體層還用于通過離線數(shù)字孿生模型，根據(jù)輸入的仿真指令數(shù)據(jù)進(jìn)行離線仿真預(yù)測，生成仿真預(yù)測結(jié)果。

18、本發(fā)明還公開了一種軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生方法，應(yīng)用于上述軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)，方法包括：

19、檢測物理實(shí)體層的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，物理實(shí)體層包括牽引變流器、牽引電機(jī)和牽引控制系統(tǒng)，牽引控制系統(tǒng)用于控制牽引變流器和牽引電機(jī)運(yùn)行；

20、通過預(yù)先構(gòu)建的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和獲取的數(shù)字量信息進(jìn)行時(shí)間尺度實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，生成仿真外部特征量和內(nèi)部參數(shù)信息；

21、通過預(yù)設(shè)的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的可視化幾何實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和內(nèi)部參數(shù)信息，生成關(guān)鍵部件監(jiān)測數(shù)據(jù)；

22、根據(jù)車載虛擬體層發(fā)送的預(yù)警信號(hào)生成預(yù)警消息，并將預(yù)警消息發(fā)送至存儲(chǔ)的各牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生體。

23、本發(fā)明還公開了一種軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生裝置，包括：

24、檢測單元，用于檢測物理實(shí)體層的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，物理實(shí)體層包括牽引變流器、牽引電機(jī)和牽引控制系統(tǒng)，牽引控制系統(tǒng)用于控制牽引變流器和牽引電機(jī)運(yùn)行。

25、實(shí)時(shí)仿真單元，用于通過預(yù)先構(gòu)建的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和獲取的數(shù)字量信息進(jìn)行時(shí)間尺度實(shí)時(shí)仿真計(jì)算，生成仿真外部特征量和內(nèi)部參數(shù)信息；

26、關(guān)鍵部件監(jiān)測單元，用于通過預(yù)設(shè)的牽引傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的可視化幾何實(shí)時(shí)數(shù)字孿生模型，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和內(nèi)部參數(shù)信息，生成關(guān)鍵部件監(jiān)測數(shù)據(jù)；

27、預(yù)警單元，用于根據(jù)車載虛擬體層發(fā)送的預(yù)警信號(hào)生成預(yù)警消息，并將預(yù)警消息發(fā)送至存儲(chǔ)的各牽引傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)字孿生體。

28、本發(fā)明還公開了一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述方法。

29、本發(fā)明還公開了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)包括程序指令的信息，所述處理器用于控制程序指令的執(zhí)行，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述方法。

30、本發(fā)明還公開了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述方法。

31、本發(fā)明通過物理實(shí)體層、互動(dòng)感知層、車載虛擬體層、地面虛擬體層和智慧云平臺(tái)層組成的多時(shí)間尺度數(shù)字孿生架構(gòu)，利用車載數(shù)字孿生板卡實(shí)現(xiàn)車載級(jí)小時(shí)間尺度實(shí)時(shí)數(shù)字孿生體的刻畫，滿足軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)中電氣模型對(duì)離散化頻率、解算實(shí)時(shí)性高需求，保證了數(shù)據(jù)的采樣精度、準(zhǔn)確度和實(shí)時(shí)性，為軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用提供良好的平臺(tái)基礎(chǔ)；同時(shí)，在地面虛擬體層，利用服務(wù)器在云端實(shí)現(xiàn)地面級(jí)大時(shí)間尺度實(shí)時(shí)數(shù)字孿生體的刻畫，滿足對(duì)實(shí)際系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知，并且當(dāng)實(shí)際牽引系統(tǒng)發(fā)生異常能夠及時(shí)預(yù)警并調(diào)整，保證模型解算結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)狀態(tài)的一致性，還可以與其他數(shù)字孿生體進(jìn)行通信，及時(shí)進(jìn)行信息反饋，保證牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，最終助力整個(gè)車輛各關(guān)鍵系統(tǒng)的可靠性提升、數(shù)據(jù)挖掘和信息融合。