【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轨道交通，尤其涉及一种轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统、方法和装置。
技术介绍
1、目前，在轨道交通领域取得应用的数字孪生项目主要集中于车站综合态势监控、车辆运维、牵引供电系统、车辆制动系统，所有孪生体都搭载于地面服务器，在云端进行建模和运行，其中，车站综合态势监控和牵引供电系统属于静止物理对象，因此，可以选择高速数据通信手段，将数据结果传输至高性能地面服务器，构建复杂精细的数字模型，满足虚拟体解算实时性和准确性的高需求；而车辆运维和车辆制动系统虽然属于高速移动物理对象，但其数字孪生的应用多数针对大惯性物理对象的大时间尺度动态过程进行模型刻画，对模型解算实时性要求低，因此，尽管受车地数据传输实时性限制，低宽带的数据传输，在地面高性能服务器中构建模型也可以满足需求。
2、然而由于牵引传动系统属于高速移动装备，受车地数据无线传输的速率、延迟、带宽以及丢包率限制，通过现有技术中的建模方法无法满足牵引系统数字孪生模型输入数据对采样精度、准确度和实时性的需求，无法满足对实际系统当前状态的实时感知，并且当实际牵引系统发生异常或者参数发生变化时，会导致模型解算结果误差较大，与实际系统状态不一致。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的在于提供一种轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，通过物理实体层、互动感知层、车载虚拟体层、地面虚拟体层和智慧云平台层组成的多时间尺度数字孪生架构，利用车载数字孪生板卡实现车载级小时间尺度实时数字孪生体的刻画，满足轨道交通车辆牵引传动系
2、为了达到以上目的，本专利技术一方面公开了一种轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，系统包括：物理实体层、互动感知层、车载虚拟体层、地面虚拟体层和智慧云平台层；
3、物理实体层包括牵引变流器、牵引电机和牵引控制系统，牵引控制系统用于控制牵引变流器和牵引电机运行；
4、互动感知层用于检测物理实体层的运行状态数据；
5、车载虚拟体层用于通过预先构建的牵引传动系统实时数字孪生模型，根据运行状态数据和获取的数字量信息进行时间尺度实时仿真计算，生成仿真外部特征量和内部参数信息；
6、地面虚拟体层用于通过预设的牵引传动系统关键部件的可视化几何实时数字孪生模型，根据运行状态数据和内部参数信息，生成关键部件监测数据；
7、智慧云平台层用于根据车载虚拟体层发送的预警信号生成预警消息，并将预警消息发送至存储的各牵引传动系统数字孪生体。
8、优选的，运行状态数据包括实际外部特征量和计算状态数据，牵引控制系统还包括模拟量采集板卡；
9、互动感知层用于通过多种类传感器，对牵引变流器、牵引电机和牵引控制系统进行多种类信号检测，生成传感信号数据；
10、互动感知层用于通过模拟量采集板卡，根据传感信号数据进行数据转换，生成实际外部特征量；根据实际外部特征量、接收到的控制指令和预设的自身控制参数进行边缘计算，生成计算状态数据。
11、优选的，互动感知层还用于对运行状态数据进行预处理，生成预处理后的运行状态数据，预处理包括降噪、对齐和筛选。
12、优选的，车载虚拟体层用于通过粒子群算法和预设的目标函数，根据数字量信息、实际外部特征量和计算状态数据迭代更新模型内部参数信息，构建牵引传动系统实时数字孪生模型。
13、优选的，车载虚拟体层还用于获取牵引传动系统实时数字孪生模型的内部参数信息的初始值和更新值；根据初始值和更新值进行异常检测；若检测到内部参数信息异常，生成预警信号，并将预警信号发送至智慧云平台层。
14、优选的，地面虚拟体层用于基于三维轻量化技术，根据牵引传动系统实时数字孪生模型输出的内部参数信息和运行状态数据，构建牵引传动系统关键部件的可视化几何实时数字孪生模型。
15、优选的，地面虚拟体层用于通过预设的关键部件指标阈值，根据关键部件监测数据和内部参数信息检测结果，对关键部件进行异常检测；若检测到关键部件异常，生成预警信号，并将预警信号发送至智慧云平台层。
16、优选的，地面虚拟体层还用于通过粒子群算法，根据获取的历史数据、多物理场耦合参数、实际外部特征量、内部参数信息和关键部件监测数据进行离线迭代计算，构建离线数字孪生模型。
17、优选的，地面虚拟体层还用于通过离线数字孪生模型，根据输入的仿真指令数据进行离线仿真预测，生成仿真预测结果。
18、本专利技术还公开了一种轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生方法，应用于上述轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，方法包括：
19、检测物理实体层的运行状态数据，物理实体层包括牵引变流器、牵引电机和牵引控制系统，牵引控制系统用于控制牵引变流器和牵引电机运行；
20、通过预先构建的牵引传动系统实时数字孪生模型，根据运行状态数据和获取的数字量信息进行时间尺度实时仿真计算，生成仿真外部特征量和内部参数信息；
21、通过预设的牵引传动系统关键部件的可视化几何实时数字孪生模型，根据运行状态数据和内部参数信息，生成关键部件监测数据；
22、根据车载虚拟体层发送的预警信号生成预警消息，并将预警消息发送至存储的各牵引传动系统数字孪生体。
23、本专利技术还公开了一种轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生装置，包括：
24、检测单元，用于检测物理实体层的运行状态数据，物理实体层包括牵引变流器、牵引电机和牵引控制系统，牵引控制系统用于控制牵引变流器和牵引电机运行。
25、实时仿真单元，用于通过预先构建的牵引传动系统实时数字孪生模型，根据运行状态数据和获取的数字量信息进行时间尺度实时仿真计算，生成仿真外部特征量和内部参数信息；
26、关键部件监测单元，用于通过预设的牵引传动系统关键部件的可视化几何实时数字孪生模型，根据运行状态数据和内部参数信息，生成关键部件监测数据；
27、预警单元，用于根据车载虚拟体层发送的预警信号生成预警消息，并将预警消息发送至存储的各牵引传动系统数字孪生体。
28、本专利技术还公开了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述系统包括：物理实体层、互动感知层、车载虚拟体层、地面虚拟体层和智慧云平台层；
2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述运行状态数据包括实际外部特征量和计算状态数据，所述牵引控制系统还包括模拟量采集板卡；
3.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述互动感知层还用于对所述运行状态数据进行预处理，生成预处理后的运行状态数据，所述预处理包括降噪、对齐和筛选。
4.根据权利要求2所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述车载虚拟体层用于通过粒子群算法和预设的目标函数，根据所述数字量信息、实际外部特征量和计算状态数据迭代更新模型内部参数信息，构建所述牵引传动系统实时数字孪生模型。
5.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述车载虚拟体层还用于获取牵引传动系统实时数字孪生模型的所述内部参数信息的初始值和更新值；根据所述初始值和更新值进行异常检测；若检测到内部参数
6.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述地面虚拟体层用于基于三维轻量化技术，根据所述牵引传动系统实时数字孪生模型输出的内部参数信息和运行状态数据，构建所述牵引传动系统关键部件的可视化几何实时数字孪生模型。
7.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述地面虚拟体层用于通过预设的关键部件指标阈值，根据所述关键部件监测数据和内部参数信息检测结果，对所述关键部件进行异常检测；若检测到关键部件异常，生成预警信号，并将所述预警信号发送至所述智慧云平台层。
8.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述地面虚拟体层还用于通过粒子群算法，根据获取的历史数据、多物理场耦合参数、实际外部特征量、内部参数信息和关键部件监测数据进行离线迭代计算，构建离线数字孪生模型。
9.根据权利要求8所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述地面虚拟体层还用于通过所述离线数字孪生模型，根据输入的仿真指令数据进行离线仿真预测，生成仿真预测结果。
10.一种轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生方法，其特征在于，应用于权利要求1至9任一项所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，所述方法包括：
11.一种轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生装置，其特征在于，所述装置包括：
12.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求10所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生方法。
13.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，其特征在于，所述程序指令被处理器加载并执行时实现权利要求10所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生方法。
14.一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，所述计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求10所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生方法。
...【技术特征摘要】
1.一种轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述系统包括：物理实体层、互动感知层、车载虚拟体层、地面虚拟体层和智慧云平台层；
2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述运行状态数据包括实际外部特征量和计算状态数据，所述牵引控制系统还包括模拟量采集板卡；
3.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述互动感知层还用于对所述运行状态数据进行预处理，生成预处理后的运行状态数据，所述预处理包括降噪、对齐和筛选。
4.根据权利要求2所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述车载虚拟体层用于通过粒子群算法和预设的目标函数，根据所述数字量信息、实际外部特征量和计算状态数据迭代更新模型内部参数信息，构建所述牵引传动系统实时数字孪生模型。
5.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述车载虚拟体层还用于获取牵引传动系统实时数字孪生模型的所述内部参数信息的初始值和更新值；根据所述初始值和更新值进行异常检测；若检测到内部参数信息异常，生成预警信号，并将所述预警信号发送至所述智慧云平台层。
6.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述地面虚拟体层用于基于三维轻量化技术，根据所述牵引传动系统实时数字孪生模型输出的内部参数信息和运行状态数据，构建所述牵引传动系统关键部件的可视化几何实时数字孪生模型。
7.根据权利要求1所述的轨道交通车辆牵引传动系统数字孪生系统，其特征在于，所述地面虚拟体层用于通...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵雷廷，刘衎，李瑮冉，徐小明，阮铮，牟泉松，陈钰洁，孔令冲，王永翔，刘东辉，刘伟志，张波，杨伟君，曹宏发，赵红卫，薛江，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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