一种隧道数字孪生建模方法、电子设备及存储介质技术

一种隧道数字孪生建模方法、电子设备及存储介质，属于交通信息化技术领域领域。为解决考虑隧道运行业务结合隧道相关设施对隧道数字孪生建模的影响的问题。本发明专利技术将隧道以及设施设置为动态建模设施和静态建模设施；根据设置的动态建模设施和静态建模设施，基于层次分析法构建隧道数字孪生建模的分析模型；根据构建的隧道数字孪生建模的分析模型，构建影响隧道数字孪生建模的决策矩阵，包括影响隧道数字孪生建模实施的因素决策矩阵、影响隧道数字孪生建模实施方案的准则决策矩阵；对构建的影响隧道数字孪生建模的分析判断矩阵进行一致性检验和层次排序。本发明专利技术通过最终实现隧道数字孪生建模实施方案的决策，过程具备科学性、创新性和合理性。新性和合理性。新性和合理性。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道数字孪生建模方法、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术属于交通信息化
，具体涉及一种隧道数字孪生建模方法、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]隧道作为城市关键交通设施，作为连接不同区域的关键节点，承担着跨区域交通运输的重要功能。隧道当中运行过程中存在多种类型的危化品车辆、大型货运车辆以及其他危及隧道安全运行的交通车辆。世界各地由于隧道发生交通事故、火灾等引起的重大安全事故给人民经济财产和生命安全带来巨大的损失。隧道由于地理环境复杂，空间密闭使得通信信号衰减、视线局限，导致事故发生后很难立即察觉并实施有效的处置策略，并且在狭窄空间下极易发生二次事故。因此，隧道安全运营面临巨大的挑战。
[0003]近年来，隧道管理方通过引入先进的传感器技术、先进通信技术、先进软件实现对隧道运行的实时监测，通过感知隧道内的各项运行参数，结合业务的分析流程和手段，对隧道中的风险因素进行预警和管控。其中，隧道数字孪生是近些年来比较前沿的技术之一。数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史数据，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，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。数字孪生通过高精度的模型对真实对象进行建模，借助传感器以及其他手段获取的数据，完成真实对象行为的复刻和还原。目前市面上存在的三维模型建模软件、三维场景渲染引擎种类很多，能够支持不同精度、不同要求和不同对象的建模需求。比如场景的3DMAX、UNITY 3D、UNREAL ENGINE 4&5、BLENDER等。不同的项目需求以及对象功能具有差异性，不同对象的建模需求有很大的差异性，不同场景下的同一个对象的建模需求也有可能不同，需要考虑不同的建模精度对系统硬件的要求、以及建模人员的投入及项目的预算。因此，需要对数字孪生项目中的不同对象的建模需求进行明确。
[0004]专利名称为一种隧道数字孪生系统、公开号为CN114357579A的专利，介绍了系统的几个部分，但是对于所提到的数字孪生系统的建立的基础和合理性没有提供足够的解释和支撑，缺乏与隧道运行业务结合部分的分析。因此该方案没有对项目功能需求和系统性能进行综合考量，方案拓展性不足，实际应用当中存在性能匹配的问题。
[0005]专利名称为基于BIM技术的隧道快速建模方法，公告号为CN112270024B的专利针对隧道本身建模技术和过程进行论述，所涉及的设施主要是隧道主体结构，但是没有考虑隧道相关设施的建模方案。缺乏与隧道运行业务结合部分的分析。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的问题是考虑隧道运行业务结合隧道相关设施对隧道数字孪生建模的影响，提出一种隧道数字孪生建模方法、电子设备及存储介质。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现：
一种隧道数字孪生建模方法，包括如下步骤：S1、将隧道以及设施设置为动态建模设施和静态建模设施；S2、根据步骤S1设置的动态建模设施和静态建模设施，基于层次分析法构建隧道数字孪生建模的分析模型；S3、根据步骤S2构建的隧道数字孪生建模的分析模型，构建影响隧道数字孪生建模的决策矩阵，包括影响隧道数字孪生建模实施的因素决策矩阵、影响隧道数字孪生建模实施方案的准则决策矩阵；S4、对步骤S3构建的影响隧道数字孪生建模的分析判断矩阵进行一致性检验和层次排序。
[0008]进一步的，步骤S1的具体实现方法包括如下步骤：S1.1、定义动态建模设施为满足项目功能性需求的设施，定义静态建模设施为满足项目非功能性需求的设施；S1.2、将动态建模设施分为核心建模设施、功能性建模设施；静态建模设施分为非功能性建模设施、其他类建模设施；S1.3、根据隧道运营特点，确定隧道的动态建模设施、隧道的静态建模设施，具体实现方法包括如下步骤：S1.3.1、确定隧道项目研究数据，包括隧道交通车辆的运行数据、隧道主体结构的监测数据、隧道机电设备的运行数据；S1.3.2、确定隧道的动态建模设施，包括隧道主体结构、机电设备、交通流的对象与设施，确定重要的功能实现辅助对象，包括隧道内的照明灯具；S1.3.3、确定隧道的静态建模设施为三维场景的搭建。
[0009]进一步的，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：S2.1、建立隧道数字孪生的层次结构，包括目标层、准则层、方案层：目标层包括隧道数字孪生以及建模方法，准则层包括设施建模性能、设施建模可用性、设施建模易用性、设施建模可修改性、设施建模成本投入，方案层包括效果优先方案、成本优先方案、两者折中方案；S2.2、从目标层到准则层，对目标层进行细化设置，包括设置三维场景的搭建、隧道土建结构监测、机电设备监测为次要目标，设置隧道数字孪生为主要目标，确定目标层实施的技术条件为Unreal Engine 5三维引擎、BIM建模技术，数据条件为图像识别的交通车辆数据、隧道土建结构监测传感器数据、可编程逻辑单元数据；S2.3、从准则层到方案层，对准则层进行量化设置，具体的实现方法包括如下步骤：S2.3.1、设置隧道按照步骤S1的分类方法得到个建模设施总数，个动态建模设施数量，其中核心建模设施数量为个，功能性建模设施数量为个，个静态建模设施数量，其中与动态建模设施相关的有个，与动态建模设施无关的有个；S2.3.2、设置IMPP为设施建模性能参数，IMAP为设施建模可用性参数，IMUP为设施建模易用性参数，IMMP为设施建模可修改性参数，IMCP为设施建模成本投入参数，IMUN为设施建模最小单元数量参数，则得到以下计算公式为：设施建模性能的量化参数为IMPP：
[0010]其中，j为设施中的任意一个；设施建模可用性的量化参数为IMAP，有：
[0011]设施建模易用性的量化参数为IMUP，有：
[0012]设施建模可修改性的量化参数为IMMP，有：
[0013]设施建模成本投入的量化参数为IMCP，有：。
[0014]进一步的，步骤S2.1中的设施建模性能是指整个隧道数字孪生项目中的三维场景搭建的效果、设施建模可用性为正常使用时间占总体时间的比例、设施建模易用性为设计便捷的交互、设施建模可修改性为系统后续进行修改和变更的容易程度，设施建模成本投入。
[0015]进一步的，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：S3.1、构建影响隧道数字孪生建模实施的因素决策矩阵：S3.1.1、从目标层到准则层，采用两两进行对比的方式，构建影响隧道数字孪生建模实施的因素决策矩阵，，m=(1,2,3,4,5)，n=(1,2,3,4,5)，其中，表示与第n个准则相比，第m个准则对于构建数字孪生建模方法的重要程度，当时，为1；S3.1.2、采用1
‑
9标度方法确定影响隧道数字孪生建模实施的因素决策矩阵A中每个元素的取值；S3.1.3、确定影响隧道数字孪生建模实施的因素决策矩阵A中每个元素的构成：设置目标层中的四项目标权重值序列为w1，分别对应隧道数字孪生为w
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，三维场景本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道数字孪生建模方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、将隧道以及设施设置为动态建模设施和静态建模设施；S2、根据步骤S1设置的动态建模设施和静态建模设施，基于层次分析法构建隧道数字孪生建模的分析模型；S3、根据步骤S2构建的隧道数字孪生建模的分析模型，构建影响隧道数字孪生建模的决策矩阵，包括影响隧道数字孪生建模实施的因素决策矩阵、影响隧道数字孪生建模实施方案的准则决策矩阵；S4、对步骤S3构建的影响隧道数字孪生建模的分析判断矩阵进行一致性检验和层次排序。2.根据权利要求1所述的一种隧道数字孪生建模方法，其特征在于：步骤S1的具体实现方法包括如下步骤：S1.1、定义动态建模设施为满足项目功能性需求的设施，定义静态建模设施为满足项目非功能性需求的设施；S1.2、将动态建模设施分为核心建模设施、功能性建模设施；静态建模设施分为非功能性建模设施、其他类建模设施；S1.3、根据隧道运营特点，确定隧道的动态建模设施、隧道的静态建模设施，具体实现方法包括如下步骤：S1.3.1、确定隧道项目研究数据，包括隧道交通车辆的运行数据、隧道主体结构的监测数据、隧道机电设备的运行数据；S1.3.2、确定隧道的动态建模设施，包括隧道主体结构、机电设备、交通流的对象与设施，确定重要的功能实现辅助对象，包括隧道内的照明灯具；S1.3.3、确定隧道的静态建模设施为三维场景的搭建。3.根据权利要求2所述的一种隧道数字孪生建模方法，其特征在于：步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：S2.1、建立隧道数字孪生的层次结构，包括目标层、准则层、方案层：目标层包括隧道数字孪生以及建模方法，准则层包括设施建模性能、设施建模可用性、设施建模易用性、设施建模可修改性、设施建模成本投入，方案层包括效果优先方案、成本优先方案、两者折中方案；S2.2、从目标层到准则层，对目标层进行细化设置，包括设置三维场景的搭建、隧道土建结构监测、机电设备监测为次要目标，设置隧道数字孪生为主要目标，确定目标层实施的技术条件为Unreal Engine 5三维引擎、BIM建模技术，数据条件为图像识别的交通车辆数据、隧道土建结构监测传感器数据、可编程逻辑单元数据；S2.3、从准则层到方案层，对准则层进行量化设置，具体的实现方法包括如下步骤：S2.3.1、设置隧道按照步骤S1的分类方法得到个建模设施总数，个动态建模设施数量，其中核心建模设施数量为个，功能性建模设施数量为个，个静态建模设施数量，其中与动态建模设施相关的有个，与动态建模设施无关的有个；S2.3.2、设置IMPP为设施建模性能参数，IMAP为设施建模可用性参数，IMUP为设施建模易用性参数，IMMP为设施建模可修改性参数，IMCP为设施建模成本投入参数，IMUN为设施建模最小单元数量参数，则得到以下计算公式为：
设施建模性能的量化参数为IMPP：；其中，j为设施中的任意一个；设施建模可用性的量化参数为IMAP，有：；设施建模易用性的量化参数为IMUP，有：；设施建模可修改性的量化参数为IMMP，有：；设施建模成本投入的量化参数为IMCP，有：。4.根据权利要求3所述的一种隧道数字孪生建模方法，其特征在于：步骤S2.1中的设施建模性能是指整个隧道数字孪生项目中的三维场景搭建的效果、设施建模可用性为正常使用时间占总体时间的比例、设施建模易用性为设计便捷的交互、设施建模可修改性为系统后续进行修改和变更的容易程度，设施建模成本投入。5.根据权利要求4所述的一种隧道数字孪生建模方法，其特征在于：步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：S3.1、构建影响隧道数字孪生建模实施的因素决策矩阵：S3.1.1、从目标层到准则层，采用两两进行对比的方式，构建影响隧道数字孪生建模实施的因素决策矩阵，，m=(1,2,3,4,5)，n=(1,2,3,4,5)，其中，表示与第n个准则相比，第m个准则对于构建数字孪生建模方法的重要程度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚倩，童青峰，杜娅薇，庄蔚群，
申请(专利权)人：深圳市交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：