基于自然语言的二维组态图与三维数字孪生同步生成方法与流程

本技术涉及建筑能源管理与楼宇自动化，具体涉及一种基于自然语言的二维组态图与三维数字孪生同步生成方法。

背景技术：

1、场馆、酒店、写字楼、医院等公共建筑的暖通/制冷系统普遍部署有监控系统，需要制作两类可视化界面，即二维组态图和三维数字孪生场景。二维组态图（例如：工艺流程图/p&id / scada mimic）指用图元（例如：机组、阀门、泵、母管、传感器等）和管线表达系统结构与水/介质流向；三维数字孪生场景指用三维模型表达设备空间位置与系统实时运行状态。

2、公开号为cn104764173a的专利文献中公开了一种暖通空调系统的监控方法，包括：根据建筑信息模型bim，建立3d暖通空调系统模型；根据暖通空调系统中各个管道、调节阀和设备的标识，查找到和暖通空调系统中各个管道、调节阀和设备相关的实际运行参数在3d暖通空调系统模型中的空调信息和显示方式；将暖通空调系统的实际运行参数在空调信息的位置处，按照对应的显示方式显示出来； 暖通空调系统模型具有和实际暖通空调系统中管道及设备实体结构相应的实际形状以及空间分布状况。

3、公开号为cn119902834a的专利文献中公开了一种园区设备运行可视化方法、装置、设备及存储介质，包括：获取目标园区中各个设备的标识信息及对应的点位信息，并采集各个设备的基本信息、静态信息和动态信息；基于各个设备的标识信息从预先构建的元件库中获取各个设备对应的元件；根据各个设备对应的点位信息将各个设备对应的元件通过叠加、整合和/或逻辑相连部署在目标园区对应的平面图中，形成目标园区的组态图；将各个设备的基本信息、静态信息和动态信息与组态图中各个设备对应的元件进行绑定；向用户实时展示目标园区的组态图。

4、但是，现有技术存在以下技术缺陷：

5、1、直接用大语言模型自动生成不可靠：即便引入大语言模型自动生成可视化配置，若让模型直接输出带几何坐标的图元，会因大语言模型不擅长精确几何坐标的推理，产生图元重叠、连线错乱和布局不可用的问题。

6、2、二维与三维各自独立制作、易不一致：两套界面通常由不同工具、不同数据分别制作，结构、点位、布局不一致，且需双份维护，维护成本翻倍。

7、3、缺乏从自然语言到“可校验、可渲染”配置的闭环：自然语言到机器可渲染配置之间缺乏校验环节，模型可能输出结构非法、点位绑定无法解析的配置，无法直接驱动渲染。

8、4、难以快速复制、周期长、成本高：二维组态图需在专用组态软件中人工拖拽布点连线；三维孪生需专业三维建模，每接入一栋新建筑都要重做一遍，难以快速复制，且周期长，成本高。

9、5、接入既有生产控制系统存在风险：将一个正在运行的生产级控制系统接入统一平台时，若存在写入路径，可能对生产系统造成影响。

技术实现思路

1、为此，本技术提供一种基于自然语言的二维组态图与三维数字孪生同步生成方法，以解决现有技术难以同步生成二维组态图与三维数字孪生，直接由大语言模型生成几何坐标又易导致布局错乱与不可渲染，且缺乏校验环节的问题。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、第一方面，一种基于自然语言的二维组态图与三维数字孪生同步生成方法，包括：

4、步骤1：将自然语言指令、预先构建的统一中间表示和当前统一中间表示共同作为提示输入至大语言模型，约束所述大语言模型输出仅含设备拓扑关系而不含几何坐标的逻辑拓扑；

5、步骤2：根据预定义的结构约束对所述逻辑拓扑进行结构校验和点位可解析校验，若校验不通过则将错误信息回灌至所述大语言模型重新生成，直至校验通过，得到校验通过的逻辑拓扑；

6、步骤3：确定性布局引擎根据所述校验通过的逻辑拓扑和预定义的固定布局规则，为各节点与管段计算几何坐标，生成包含几何坐标的完整统一中间表示；

7、步骤4：将所述完整统一中间表示分别输入至二维矢量渲染引擎和三维渲染引擎，同步生成二维组态图和三维数字孪生场景。

8、作为优选，还包括：采集设备实时运行数据，根据所述完整统一中间表示中各节点和管段的绑定信息，将所述实时数据映射为所述二维组态图和三维数字孪生场景中对应图元的状态呈现。

9、作为优选，所述状态呈现包括：阀门的开启或关闭状态、机组的运行、停止或故障状态、传感器读数以及基于拓扑条件推导的管段流向动画。

10、作为优选，所述管段流向动画的推导方式为：根据拓扑条件判断管段是否处于流动状态，所述拓扑条件为至少一个供水源阀门处于开到位状态时，对应供水管段呈现流动状态。

11、作为优选，还包括：将当前完整统一中间表示与新的自然语言指令共同作为下一轮输入，重复执行步骤1至步骤4，从而对已生成的二维组态图和三维数字孪生场景进行增量编辑。

12、作为优选，步骤1中，所述预先构建的统一中间表示包括：数据结构约束、图元库目录和点位绑定命名规范；所述图元库目录以图元类别kind为索引，每个kind对应登记有二维矢量图元映射和三维参数化构件映射；所述完整统一中间表示中的节点包含图元类别kind、显示标签label和状态绑定bind，管段包含介质类型medium和流向绑定bind.flow。

13、作为优选，步骤1中，所述设备拓扑关系包括：设备清单、设备间连接关系及各设备角色。

14、作为优选，步骤3中，所述预定义的固定布局规则包括：按冷源至末端的拓扑顺序从一侧到另一侧排布、分源和分层排布、供回水母管居中布置以及同类图元成排均布。

15、作为优选，所述大语言模型经统一接口接入，按部署形态切换为不同的大语言模型，所述部署形态包括：私有化部署形态和云服务部署形态；所述私有化部署形态下所述大语言模型包括能够在客户内网自托管的开源模型。

16、第二方面，一种基于自然语言的二维组态图与三维数字孪生同步生成装置，包括：

17、对话与拓扑生成模块，用于将自然语言指令、预先构建的统一中间表示和当前统一中间表示共同作为提示输入至大语言模型，约束所述大语言模型输出仅含设备拓扑关系而不含几何坐标的逻辑拓扑；

18、结构与点位校验模块，用于根据预定义的结构约束对所述逻辑拓扑进行结构校验和点位可解析校验，若校验不通过则将错误信息回灌至所述大语言模型重新生成，直至校验通过，得到校验通过的逻辑拓扑；

19、确定性布局模块，用于确定性布局引擎根据所述校验通过的逻辑拓扑和预定义的固定布局规则，为各节点与管段计算几何坐标，生成包含几何坐标的完整统一中间表示；

20、二维和三维渲染模块，用于将所述完整统一中间表示分别输入至二维矢量渲染引擎和三维渲染引擎，同步生成二维组态图和三维数字孪生场景。

21、相比现有技术，本技术至少具有以下有益效果：

22、1、本技术提供了一种基于自然语言的二维组态图与三维数字孪生同步生成方法，包括：将自然语言指令、预先构建的统一中间表示和当前统一中间表示共同作为提示输入至大语言模型，输出逻辑拓扑；根据预定义的结构约束对逻辑拓扑进行结构校验和点位可解析校验，若校验不通过则将错误信息回灌至大语言模型重新生成，直至校验通过，得到校验通过的逻辑拓扑；确定性布局引擎根据校验通过的逻辑拓扑和预定义的固定布局规则，为各节点与管段计算几何坐标，生成包含几何坐标的完整统一中间表示；将完整统一中间表示分别输入至二维矢量渲染引擎和三维渲染引擎，同步生成二维组态图和三维数字孪生场景。本技术实现了二维组态图与三维数字孪生的同步生成，并由确定性布局替代大语言模型直接生成坐标以避免错乱，同时引入校验闭环保证配置可渲染。

23、2、通过以当前统一中间表示与新指令作为下一轮输入并重复执行生成流程，实现了对已生成二维与三维场景的对话式增量编辑，从而避免推倒重来、降低修改成本，并保持两端同步更新与上下文连续。