申请/专利权人：中国铁路设计集团有限公司

申请日：2023-03-14

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN116305914B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F30/13;G06F16/36;G06F111/04;G06F119/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2023.07.11#实质审查的生效;2023.06.23#公开

摘要：本发明公开了一种知识引导的铁路建造场景数字孪生建模方法，包括：S1，铁路建造场景知识图谱构建，包括知识图谱模式层构建、知识图谱生成、知识图谱存储与动态更新；S2，知识引导与基元组合的铁路孪生场景生成与更新，包括基于模型装配的多粒度自动建模、基元组合与语义约束的模型重装配、数字孪生场景自动生成与动态更新；S3，关节联动与模型生长的建造时序过程孪生建模，包括施工机械关节联动方法建模、基于关节联动与模型生长的建造过程模拟、工艺工法知识库重用。该方法通过多层次语义描述模式的建立与表达，显著提升了建模的灵活度和普适性，能有效支持设计数据的快速展示与深化设计、施工过程的可视化探索与动态调优。

主权项：1.一种知识引导的铁路建造场景数字孪生建模方法，包括以下步骤：S1，铁路建造场景知识图谱构建，包括以下子步骤：S11，知识图谱模式层构建：对铁路建造领域知识进行分析，将建造场景分为三个不同层次：展示性场景、虚拟设计场景和虚拟施工场景；针对每个层次场景的建模方法进行语义描述；S12，知识图谱生成：按照步骤S11中知识图谱模式层的语义描述内容生成知识图谱实例，所述知识图谱的生成步骤包括实体要素分类、实体关系构建和知识融合；S13，知识图谱存储与动态更新：采用有向图结构对步骤S12生成的知识图谱进行存储，对铁路建造领域知识关联关系进行表达；同时，当外部需求发生变化时，根据步骤S11、S12，对所述知识图谱进行动态更新，确保知识图谱的实时性与准确性；S2，知识引导与基元组合的铁路孪生场景生成与更新，包括以下子步骤：S21，基于模型装配的多粒度自动建模：对步骤S1生成的知识图谱进行解析，采用构件、组件、模型三种粒度形式进行模型装配，对铁路主体工程进行多粒度自动三维建模，通过对建模过程中的构造几何参数、功能参数、空间拓扑参数进行封装，经过坐标系的逐级转换，实现构件、组件、模型几何实体的多粒度逐级组合；同时，对不同建模粒度的语义信息进行逐级封装，从几何尺寸、装配参数、原点位置、结构关系方面形成模型元数据信息，使用多粒度精细化建模方式生成铁路主体工程模型；最后，基于几何实体、要素编码、模型关系和要素属性，完成三维模型库管理，实现参数的灵活封装和模型的高效复用；S22，基元组合与语义约束的模型重装配：根据ENU坐标系、高斯投影坐标系、WGS84坐标系、施工坐标系间的转换关系，分别使用对象级、离散顶点级、顶点内插级三种精细程度的坐标系转换方法对步骤S21的建模结果进行坐标转换，以保证数据精度质量；通过进行几何约束、关系约束和属性填充，完成地理坐标系下三维模型重装配；S23，数字孪生场景自动生成与动态更新：从空间位置、表达形式、结构组成、内容描述、时空编码方面将步骤S22所装配的三维模型与包括地形、影像、矢量和倾斜摄影在内的多源异构空间数据加以融合，实现数字孪生场景的自动生成，为铁路建造提供基础三维场景；根据模型构件之间的依存关系，动态改变步骤S21中的构造几何参数，实现模型几何信息的实时变化，实现设计参数与三维模型几何尺寸的实时联动；动态改变步骤S22中模型的空间拓扑参数，驱动模型之间自动装配关系的实时变化，完成孪生场景的局部动态更新；S3，关节联动与模型生长的建造时序过程孪生建模，包括以下子步骤：S31，施工机械关节联动方法建模：在步骤S2所生成的数字孪生场景中，对建造设施设备模型进行分解，建立各子关节之间的联动关系，抽取关节活动参数，并根据铁路建造动态模拟需求抽取建造控制参数，对建造过程进行参数化描述；通过建立建造控制参数到关节活动参数的映射方法，建立子关节与母体之间的相对定位方法和附着联动方法，经多级坐标系的逐级转换，得到各子关节在三维场景中的位置和姿态参数，使各独立关节能够同时在不同平面内活动；S32，基于关节联动与模型生长的建造过程模拟：根据步骤S31方法，将每一类施工机械关节联动建模结果的参数均存储至工艺工法知识文件中，所述工艺工法知识文件包含工艺工法要素、施工机械子关节模型之间的相互作用关系、多级转换关系和附着联动关系，这些工艺工法知识文件形成工艺工法知识库，实现工艺工法的可视化模拟；施工工序可视化模拟则通过构建包含施工工序要素、工序衔接关系、工序时差以及工期时长的施工工序知识库，在对施工工序和铁路主体工程模型进行分解、关联的基础之上，以时间信息驱动视点位置、浏览动作、模型显隐、模型赋色的改变，对铁路主体工程模型进行时序生长模拟；根据时间信息将关节联动方法与铁路基础设施的时序生长方法相匹配，实现建造全过程可视化模拟；S33，工艺工法知识库重用：根据步骤S32方法，形成工艺工法知识库；同时，根据施工机械模型作业的动作种类，确定建造控制参数；通过厘清参数之间的关联关系，并以结构化的形式对建造控制参数进行结构化存储与显式表达，实现知识的规范化组织与存储；同时，将建造控制参数存储至单独的文件中，通过对文件中各参数进行修改，实现同一个项目中不同工艺工法知识的重用。

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