数字孪生城市模型仿真计算方法、装置和设备与流程

1.本技术涉及软件工程技术领域，具体而言，涉及一种数字孪生城市模型的仿真计算方法、装置和设备。


背景技术：

2.随着城市建设的发展，现在城市的生产生活越来越复杂，交通、物流、供电、供水、食品供应等，都属于巨复杂系统，这些复杂的信息一般由地理信息系统(geographic information system，gis)平台管理。基于gis技术诞生了数字孪生城市的概念；可以基于gis技术构建一个城市的数字孪生城市，对数字孪生城市进行数字化分析建模。但是gis技术本身能处理的数据类型、数据深度、数据广度都是有限的。不能够对数字孪生城市进行复杂的巨系统的仿真运算。


技术实现要素：

3.本技术的主要目的在于提供一种数字孪生城市模型仿真计算方法、装置和设备，以解决上述问题。
4.为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种数字孪生城市模型特定条件的仿真计算方法，该方法包括：
5.从孪生数字城市的gis仿真模型中获取行业数据；以及所述行业数据相关的地理位置信息；
6.根据所述地理位置信息和所述行业数据构建modelica仿真模型；
7.采用预定的条件对所述modelica仿真模型进行仿真计算得到城市在预定的条件下的仿真结果。
8.在一种实施方式中，从孪生数字城市的gis仿真模型中获取行业数据；以及所述行业数据相关的地理位置信息之前，所述方法还包括：
9.获取真实城市的相关数据；
10.根据所述相关数据构建所述真实城市的孪生数字城市的gis仿真模型。
11.在一种实施方式中，所述预定的条件包括：城市封闭或者城市中的一个区域封闭。
12.在一种实施方式中，所述行业包括：衣、食、住、行。
13.在一种实施方式中，采用预定的条件对所述modelica仿真模型进行仿真计算，包括：
14.在gis模型中选定目标区域；
15.确定目标区域的相关行业数据；
16.在modelica仿真模型中，把所述相关行业输入的输入数据的增量设置为零；
17.设置封闭条件执行持续的时间；
18.运行所述modelica仿真模型，得到所述目标区域的行业数据仿真结果。
19.在一种实施方式中，所述行业为食品供应行业；
20.获取所述城市的人口数量和存储的粮食的数量；
21.根据所述城市的人口的数量；以及预先设定的单位人口每日消耗的粮食数量确定所述城市的粮食供应能够持续维持的时间。
22.在一种实施方式中，统计城市中的每个街道上的每个实体店的相关数据；
23.所述相关数据包括：每个实体店的每天的销售额；每天的客流量；房屋租金；员工工资支出；
24.对于任意的一个实体店，如果城市封闭后，设定所述实体店的日客流量；根据所述日客流量和商品价格计算所述实体店的日收入值；
25.根据员工数量、单个员工工资、水电费和房租计算所述实体店的日支出值；
26.判断所述日收入值是否大于日支出值；
27.如果大于，则确定所述实体店能够维持；
28.如果小于，则确定所述实体店处于亏损状态；计算日亏损值；
29.日亏损值＝日支出值
‑
日收入值；
30.如果处于亏损的状态，根据预先设定的单个实体店的储备资金和所述日亏损值计算所述实体店能够维持的时间。为了实现上述目的，根据本技术的另一方面，提供了一种数字孪生城市的仿真计算装置，包括：
31.获取模块，用于从孪生数字城市的gis仿真模型中获取行业数据；以及所述行业数据相关的地理位置信息；
32.建模模块，用于根据所述地理位置信息和所述行业数据构建modelica仿真模型；
33.仿真模块，用于采用预定的条件对所述modelica仿真模型进行仿真计算得到城市在预定的条件下的仿真结果。
34.在一种实施方式中，获取模块还用于，孪生数字城市的gis仿真模型中获取行业数据；以及所述行业数据相关的地理位置信息之前，获取真实城市的相关数据；
35.根据所述相关数据构建所述真实城市的孪生数字城市的gis仿真模型。
36.在一种实施方式中，仿真模块还用于，在gis模型中选定目标区域；
37.确定目标区域的相关行业数据；
38.在modelica仿真模型中，把所述相关行业输入的输入数据的增量设置为零；
39.设置封闭条件执行持续的时间；
40.运行所述modelica仿真模型，得到所述目标区域的行业数据仿真结果。
41.为了实现上述目的，根据本技术的第三方面，提供了一种电子设备；包括至少一个处理器和至少一个存储器；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于运行一个或多个程序指令，用以执行上述任一项所述的步骤。
42.根据本技术的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行上述任意一项所述的步骤。
43.本技术提出的基于gis和modelica仿真的孪生城市的特定条件仿真计算的技术方案，充分发挥了modelica的特点，由于modelica仿真运算本质上是微分代数运算，能处理的信息量比gis要高好几个数量级。modelica仿真计算可以对复杂巨系统的运行状况进行仿真运算，得到城市在未来一段时间的情况。
附图说明
44.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
45.图1是根据本技术实施例的一种数字孪生城市模型的仿真计算方法的流程图；
46.图2是根据本技术实施例的另一种数字孪生城市模型的仿真计算方法的流程图；
47.图3是根据本技术实施例的城市中的各个行业的仿真模型示意图；
48.图4是根据本技术实施例的一种数字孪生城市模型的仿真计算装置的结构示意图；
49.图5是根据本技术实施例的一种数字孪生城市模型的仿真计算设备的结构示意图；
50.图6是根据本技术实施例的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
51.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
52.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
53.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
54.本技术提出了一种数字孪生城市模型的仿真计算方法，参见附图1所示的一种数字孪生城市模型的仿真计算方法的流程图；该方法包括：
55.步骤s102，从孪生数字城市的gis仿真模型中获取行业数据；以及所述行业数据相关的地理位置信息。
56.其中，孪生数字城市，可以是预先为任意的一个目标城市建立的gis仿真模型，该模型结合了该城市的地理数据，以及其他各种数据。从孪生数字城市。
57.行业包括：衣、食、住、行有关的行业。
58.示例性的，由于城市系统过于复杂，为了方便说明问题，选定与生活密切相关的衣食住行四个大方向来说明情况，选定与衣、食、住、行相关的a、b、c、d、e、f、g、h、i、j十个行业，来进行描述。
59.上述的每个行业，都依赖于其他行业，生产的生产资料，又被其他产业所依赖，这样，每个产业的依赖和被依赖关系，可以对应到modelica建模中的outer/inner，这也是
modelica的基本语义，提供了局部元素引用外部元素的机制，大系统间，即是通过outer/inner来进行系统间建模和仿真，比如，对a产业，用a_inner表示a产业依赖的行业；
60.依赖的行业可能有多个，属于b
‑
j里的一个或者多个行业；
61.a_outer表示a的产品，也可能有多个，被b
‑
j其中的一个或者多个行业所依赖。
62.示例性的，a为服装行业，包括各大商场的服装专卖店，分布在各个街道中的小的服装零售店；
63.b为餐饮，包括各个街道中的各个大中小饭店，以及各大商场中的饭店；
64.c为供水行业；包括桶装水运输；自来水供应；
65.d为餐饮关联的快递行业，包括但不限于，美团，饿了么等快递；
66.e为公共卫生行业；包括小区的公共卫生、马路上的公共卫生；
67.f医院；包括大的三家医院，以及各个社区的诊所；
68.g为房地产行业，包括：各个小区的物业，各个网点的建材市场；各个装修公司；
69.h为公交车，包括各个公交站点的公交车；
70.i为共享单车，包括分布在城市中的各个站点的共享单车；
71.j为私家车，包括分布在路上，各个小区，以及各个商场的停车位的车辆。
72.上述行业之间也不是简单的线性关系。比如，城市a的蔬菜供应，主要由周边县市完成，这种情况下，比如农业，有个特点，蔬菜生产的幅射范围有限，衣食住行这些行业，在城市a所在的省这样大的范围内，都有这样的特点。
73.步骤s104，根据所述地理位置信息和所述行业数据构建modelica仿真模型。
74.具体的，每个行业所在的位置、从业人员的来源、影响的范围等，这些与地理位置相关的数据都在gis系统中，将gis系统中的上述数据建立在模型中，作为行业的inner/outer数据，进行modelica建模。
75.完成建模后，a
‑
j这十个行业，基于gis数据，会连成一张网。每一个行业出问题，都能通过复杂的计算，得到对整个系统的影响，这种计算，属于np难问题，使用普通的代数计算方式，比如采用gis技术进行计算无法得到有效解。
76.步骤s106，采用预定的条件对所述modelica仿真模型进行仿真计算得到城市在预定的条件下的仿真结果。
77.优选的，所述预定的条件为：城市封闭，或者城市中的某一个区封闭，某一个街道封闭。
78.本发明的上述的方法，可以仿真计算城市在预定条件下的仿真结果，尤其是当当城市封城时，或者城市中的某一个区域封闭式管理时，可以得到仿真的结果，从而便于城市管理者在制定城市封闭的政策之前，或者区域封闭的政策之前，预想到封闭的后果，有利于辅助提高城市管理的管理水平。提高管理城市的效率。
79.在一种实施方式中，从孪生数字城市的gis仿真模型中获取行业数据；以及所述行业数据相关的地理位置信息之前，获取真实城市的相关数据；根据所述相关数据构建所述真实城市的孪生数字城市的gis仿真模型。
80.其中，相关数据包括地图数据；以及城市中的各种生活管理数据，包括但不限于各个行业数据。
81.具体的，可以获取任意的一个目标城市；获取该目标城市的相关数据；获取该目标
城市的地图信息；根据地图信息构和相关数据构建该目标城市的gis仿真模型。其中，相关数据包括但不限于，各个行业的数据，各个历史阶段城市管理的数据等。
82.在一种实施方式中，封闭条件的实现，参见附图2所示的另一种数字孪生城市模型的仿真计算方法的流程图；该方法包括以下的步骤：
83.步骤s202，在gis模型中选定目标区域；
84.其中，目标区域为目标城市；或者目标城市中的目标子区域；
85.其中，目标子区域可以为一个或者两个区、街道、小区、单独的一栋或者几栋公寓等。
86.步骤s204，确定目标区域的行业数据；
87.在modelica仿真模型中，把所述行业输入的输入数据的增量设置为零。
88.具体的，把衣、住、行等行业输入到该封闭边界的各种数据设置为零。因为城市封闭后，粮食、蔬菜供应是正常的，所以不会设置为零。
89.步骤s206，设置封闭条件执行持续的时间；
90.步骤s208，进行仿真计算得到所述目标区域的仿真结果行业数据。
91.具体的，参见附图3所示的一种城市中的各个行业的仿真模型示意图；
92.其中，industries.mo是行业模型，ind_a.mo表示a行业；该系统还包括b行业、c行业、d行业、e行业、f行业、g行业、h行业、i行业、j行业。如图所示，有数据关联的行业之间用有箭头的线相连，表示有数据上的交互。
93.除了上述的行业模型之外，还可以设置城市模型系统，比如，city_a.mo为整个城市的系统模型。点击每个节点，可以编辑该行业的参数数据。如果整个城市模型系统的输入为零，则表示该城市处于一个封闭的状态。
94.具体的，关于城市模型city_a.mo，源代码如下：
95.96.97.98.99.100.[0101][0102]
关于行业模型ind_a.mo，源代码如下：
[0103]
[0104][0105]
关于模型industries.mo，源代码如下;
[0106]
[0107][0108][0109]
其中，各种结果数据包括：衣食住行各个行业的数据；包括，比如，上述的十个行业的各个地图上的点的运营情况。
[0110]
考虑到一种极端的情况，在一种实施方式中，参见附图4所示的一种实施方式的流程图；该方法包括以下的步骤：
[0111]
步骤s401，设定封闭的时间；
[0112]
步骤s402，获取该城市中的人口数量；以及单位人口的粮食的日消耗量；
[0113]
步骤s403，获取该城市的粮食存储的数量；
[0114]
步骤s404，根据所述粮食存储的数量和人口数量，日消耗量计算粮食供应持续的时间。
[0115]
在一种实施方式中，还包括以下的步骤：
[0116]
统计城市封闭中的，各个街道上的各个实体店的相关的数据；
[0117]
所述相关的数据包括但不限于：每个实体店的每天的销售额；每天的客流量；房屋租金；员工工资支出；
[0118]
对于任意的一个实体店，如果城市封闭后，设定所述实体店的日收入；
[0119]
具体的，可以设定所述实体店的日客流量；根据日客流量和商品价格计算该实体店的日收入值；
[0120]
根据员工数量；单个员工工资，水电费和房租计算实体店的日支出值；
[0121]
判断所述日收入值是否大于日支出值；
[0122]
如果大于，则确定所述实体店能够维持；
[0123]
如果小于，则确定所述实体店处于亏损状态；计算日亏损值；
[0124]
日亏损值＝日支出值
‑
日收入值；
[0125]
如果处于亏损的状态，根据预先设定的单个实体店的储备资金和所述日亏损值计算所述实体店能够维持的时间。通过上述的仿真计算，就可以计算出封闭区域，或者封闭城市中的实体店的维持的时间，可以调用地图，在地图上以不同的颜色表示能够持续的时间的实体店。
[0126]
示例性的，如果实体店倒闭，则用灰色表示；
[0127]
如果实体店维持，则用绿色表示。
[0128]
如此，就可以对该城市封闭后的店铺经营状况有一个直观的了解。
[0129]
本发明基于gis和modelica仿真技术，将复杂的孪生城市的应急管理技术，能处理的复杂情况，提升了几个数量级，为特殊情况下的经济生产生活的保障和调度决策，提供了技术手段。
[0130]
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0131]
第二方面，本技术还提出了一种数字孪生城市模型仿真计算装置，参见附图5所示的一种数字孪生城市模型仿真计算装置的结构示意图；该装置包括：
[0132]
获取模块51，用于从孪生数字城市的gis仿真模型中获取行业数据；以及所述行业数据相关的地理位置信息；
[0133]
建模模块52，用于根据所述地理位置信息和所述行业数据构建modelica仿真模型；
[0134]
仿真模块53，用于采用预定的条件对所述modelica仿真模型进行仿真计算得到城市在预定的条件下的仿真结果。
[0135]
本发明的上述的装置，借助于modelica仿真软件来对城市特定条件下进行仿真计算，发挥了modelica仿真软件的特点，弥补了gis技术的不足，可以得到城市的特定条件进行仿真计算，并得到计算结果。
[0136]
在一种是实施方式中，获取模块51还用于，从孪生数字城市的gis仿真模型中获取行业数据；以及所述行业数据相关的地理位置信息之前，获取真实城市的相关数据；
[0137]
建模模块52还用于，根据所述相关数据构建所述真实城市的孪生数字城市的gis仿真模型。
[0138]
在一种是实施方式中，仿真模块53还用于，在gis模型中选定目标区域；
[0139]
确定目标区域的相关行业数据；
[0140]
在modelica仿真模型中，把所述相关行业输入的输入数据的增量设置为零；
[0141]
设置封闭条件执行持续的时间；
[0142]
运行所述modelica仿真模型，得到所述目标区域的行业数据仿真结果。
[0143]
在一种是实施方式中，仿真模块53还用于，所述行业为食品供应行业；
[0144]
获取所述城市的人口数量和存储的粮食的数量；
[0145]
根据所述城市的人口的数量；以及预先设定的单位人口每日消耗的粮食数量确定所述城市的粮食供应能够持续维持的时间。
[0146]
在一种是实施方式中，仿真模块53还用于，统计城市中的每个街道上的每个实体店的相关数据；
[0147]
所述相关数据包括：每个实体店的每天的销售额；每天的客流量；房屋租金；员工工资支出；
[0148]
对于任意的一个实体店，如果城市封闭后，设定所述实体店的日客流量；根据所述日客流量和商品价格计算所述实体店的日收入值；
[0149]
根据员工数量、单个员工工资、水电费和房租计算所述实体店的日支出值；
[0150]
判断所述日收入值是否大于日支出值；
[0151]
如果大于，则确定所述实体店能够维持；
[0152]
如果小于，则确定所述实体店处于亏损状态；计算日亏损值；
[0153]
日亏损值＝日支出值
‑
日收入值；
[0154]
如果处于亏损的状态，根据预先设定的单个实体店的储备资金和所述日亏损值计算所述实体店能够维持的时间。根据本技术的第三方面，提供了一种电子设备，参见附图6所示的电子设备的结构示意图；包括至少一个处理器61和至少一个存储器62；所述存储器62用于存储一个或多个程序指令；所述处理器61，用于运行一个或多个程序指令，用以执行上述任意一项的方法。
[0155]
第四方面，本技术还提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行上述任一项所述的方法。
[0156]
可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。处理器读取存储介质中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
[0157]
存储介质可以是存储器，例如可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。
[0158]
其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read
‑
only memory，简称rom)、可编程只读存储器(programmable rom，简称prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable prom，简称eprom)、电可擦除可编程只读存储器(electrically eprom，简称eeprom)或闪存。
[0159]
易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，简称ram)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram可用，例如静态随机存取存储器(static ram，简称sram)、动态随机存取存储器(dynamic ram，简称dram)、同步动态随机存取存储器(synchronous dram，简称sdram)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data ratesdram，简称ddrsdram)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced sdram，简称esdram)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink dram，简称sldram)和直接内存总线随机存取存储器(directrambus ram，简称drram)。
[0160]
本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
[0161]
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
[0162]
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0163]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。