智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法、装置及设备与流程

1.本发明涉及配电终端技术领域，具体地涉及一种智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法、一种综智能配电终端质量检测数字孪生体构建装置、一种智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法设备、智能配电终端质量检测数字孪生系统以及对应的存储介质。


背景技术：

2.智能配电终端的检测系统主要由智能配电终端测试主站、三相标准表、三相功率源、直流标准表、直流信号源、状态量模拟器、控制执行指示器、被测样品等构成。智能配电终端测试主站实现智能配电终端的遥信、遥测、遥控及参数配置管理等。而当前配电自动化终端设备的制造厂家众多，质量参差不齐，并不利于统一的管理。
3.目前国内外针对智能配电终端的检测，主要是采用人力搬运，手工接线，手动加量，人工读取记录以及人工判断检测结果。国内虽有在故障指示器检测上采用半人工半机械臂挂取的方式，自动化程度稍有提升，但整体上仍需要大量的人工参与，检测效率低、成本高、存在安全风险，自动化水平十分有限，检测业务全过程管控水平低，难以满足大批量配电自动化终端的全检需求。传统的智能配电终端检测技术主要停留在与事先预设好的标准值进行比对阶段，没有实现考虑终端研发过程中以及投入使用后，物理实体与虚拟实体之间的数据交互。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法、装置及设备，通过实施数字孪生技术，使得每台智能配电终端的质量得到精准放映，以解决现有技术中的对智能配电终端的质量检测中的自动化水平有限以及检测业务全过程管控水平低的问题。
5.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法，应用于智能配电终端以及与所述智能配电终端通信耦合的检测平台，所述构建方法包括：
6.在所述智能配电终端和所述检测平台上均创建数字孪生体对象类，并为所述数字孪生体对象类赋予以下子对象类：协议一致性测试对象类、性能测试对象类和遥信遥控类中的至少一者；所述协议一致性测试对象类用于执行协议一致性测试；所述性能测试对象类用于执行性能测试；所述遥信遥控类用于执行遥信遥控的测试。
7.优选的，所述数字孪生体对象类为空的对象类，且包括属性信息。
8.优选的，所述数字孪生体对象类和所述数字孪生体对象类下的子对象类均运行于嵌入式操作系统的容器之上。
9.优选的，所述检测平台上的数字孪生体对象类还包括以下子对象类：三维图形对象类；所述三维图形对象类用于执行所述智能配电终端的三维重建和状态显示。
10.优选的，所述三维图形对象类的三维重建包括：从不同的位置和角度对智能配电终端进行扫描；获取所述智能配电终端的三维点云数据并进行处理，所述处理包括滤波、分类和边缘提取中的至少一者；根据处理后的三维点云数据对所述智能配电终端进行三维重建，得到用于显示的三维可视数据。
11.优选的，所述三维图形对象类还被配置为：根据所述协议一致性测试对象类、性能测试对象类和遥信遥控类的测试结果中的至少一者，执行不同的状态显示；所述不同的状态显示包括扭曲显示、着色显示或文字提示中的至少一者。
12.优选的，所述协议一致性测试对象类、性能测试对象类和遥信遥控类的测试结果还被用于：与智能配电终端的工况数据进行融合，融合后的数据被用于判断所述智能配电终端的故障发生概率。
13.在本发明的第二方面，还提供了一种智能配电终端质量检测数字孪生体构建装置，包括：数字孪生体对象类构建模块，用于在所述智能配电终端和所述检测平台上均创建数字孪生体对象类；子对象类构建模块，用于在所述数字孪生体对象类下构建子对象类；所述子对象类包括协议一致性测试对象类、性能测试对象类和遥信遥控类中的至少一者；所述协议一致性测试对象类，用于执行协议一致性测试；所述性能测试对象类，用于执行性能测试；以及所述遥信遥控类，用于执行遥信遥控的测试。
14.在本发明的第三方面，还提供了一种智能配电终端质量检测数字孪生体构建设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法的步骤。
15.在本发明的第四方面，还提供了一种智能配电终端质量检测数字孪生系统，包括：所述智能配电终端和所述检测平台中均包括用于质量检测的数字孪生体，所述数字孪生体采用前述的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法进行构建。
16.优选的，所述数字孪生系统还包括数据库，所述数据库与所述检测平台通信耦合，用于存储智能配电终端虚实交互的实时数据、历史数据和三维可视数据。
17.优选的，所述智能配电终端包括：通信模块、核心板、电源板、交直流模拟量输入接口、状态量输入接口和控制输出接口；所述智能配电终端还包括嵌入式操作系统、容器平台和软件app。
18.在本发明的第五方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法。
19.本发明第六方面提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现前述的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法。
20.上述技术方案具有以下有益效果：提供了一种用于智能配电终端质量检测的数字孪生体构建方法，通过实时智能感知与数据交互，利用在智能配电终端侧构建的数字孪生体可以与上层的数字孪生体所在的平台进行交互，可以捕捉到智能配电终端实体变化的动态信息，更好的展示智能配电终端的设备检测细节，及时反馈到数字孪生虚拟实体中进行记录和修正，通过计算和验证，降低风险减少误差，通过动态评估、虚实同步，使得每一台智能配电终端的质量得到精准放映，并实现智能配电终端质量的精准检测。
21.本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
22.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
23.图1示意性示出了根据本发明实施方式的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法的实施示意图；
24.图2示意性示出了根据本发明实施方式的智能配电终端质量检测数字孪生体构建装置的结构示意图；
25.图3示意性示出了根据本发明实施方式的智能配电终端质量检测数字孪生系统的结构示意图。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
27.图1示意性示出了根据本发明实施方式的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法的实施示意图。如图1所示，本实施方式提供一种智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法，应用于智能配电终端以及与所述智能配电终端通信耦合的检测平台，所述构建方法包括：
28.在所述智能配电终端和所述检测平台上均创建数字孪生体对象类，并为所述数字孪生体对象类赋予以下子对象类：协议一致性测试对象类、性能测试对象类和遥信遥控类中的至少一者；所述协议一致性测试对象类用于执行协议一致性测试；所述性能测试对象类用于执行性能测试；所述遥信遥控类用于执行遥信遥控的测试。
29.通过以上实施方式，能够在智能配电终端和检测平台提供数字孪生体，实现了一种智能配电终端检测所需的两级数字孪生体。通过将数字孪生体嵌入到智能配电终端的嵌入式软件平台中用于边缘计算，并将数字孪生体嵌入式到检测平台中，从而实现智能配电终端质量精准检测。
30.在本发明提供的一些实施方式中，所述数字孪生体对象类为空的对象类，且包括属性信息。此处的属性信息包括：唯一编码id和终端类型ttype。唯一编码id为了标识智能配电终端，每个智能配电终端的编码id是唯一的。终端类型ttype包括：终端种类或终端型号，其决定了性能测试中内容和协议一致性测试中的测试项目。
31.在本发明提供的一些实施方式中，所述数字孪生体对象类和所述数字孪生体对象类下的子对象类均运行于嵌入式操作系统的容器之上。docker的思想就是利用操作系统资源，上面构建一些应用程序。docker的好处在于跨平台，而且只需要构建一个镜像，可以在不同的平台上进行部署，镜像也可以推送到远程的仓库，以便于相同环境的搭建。将本实施方式中的数字孪生体对象类和数字孪生体对象类下的子对象类基于容器进行运行，有利于数字孪生体的持续集成和持续部署实施。
32.在本发明提供的一些实施方式中，检测平台上的数字孪生体对象类还包括以下子
对象类：三维图形对象类；所述三维图形对象类用于执行所述智能配电终端的三维重建和状态显示。在前述的实施方式中，检测平台上与的数字孪生体对象类的结构是相同的，但是在检测平台上，为了用户更为直观地获知智能配电终端的质量检测结果，需要增加三维图形对象类。三维图形对象类同样为数字孪生体对象类的子对象类，其提供了三维重建功能和状态显示功能。以上功能的具体实施方式将在后文详述。
33.在本发明提供的一些实施方式中，所述三维图形对象类的三维重建包括：从不同的位置和角度对智能配电终端进行扫描；获取所述智能配电终端的三维点云数据并进行处理，所述处理包括滤波、分类和边缘提取中的至少一者；根据处理后的三维点云数据对所述智能配电终端进行三维重建，得到用于显示的三维可视数据。完善的数据模型有利于提升质量检测的准确性。点云影像由点云数据构成，点云数据除了具有几何位置以外，有的还有颜色信息。颜色信息通常是通过相机获取彩色影像，然后将对应位置的像素的颜色信息(rgb)赋予点云中对应的点。强度信息的获取是激光扫描仪接收装置采集到的回波强度，此强度信息与目标的表面材质、粗糙度、入射角方向，以及仪器的发射能量，激光波长有关。通过以上步骤最终得到的三维可视数据能够显示到检测平台的系统主界面上。
34.在本发明提供的一些实施方式中，所述三维图形对象类还被配置为：根据所述协议一致性测试对象类、性能测试对象类和遥信遥控类的测试结果中的至少一者，执行不同的状态显示；所述不同的状态显示包括扭曲显示、着色显示或文字提示中的至少一者。通过数字孪生体对象类产生一个待检测的智能配电终端所对应的对象，在与智能配电终端中的数字孪生体交互数据过程中获取该智能配电终端的测试结果，并存入数据库，同时实时将测试结果显示到三维图形上，达到所见即所得的效果；在实时显示测试结果后，以标准合格数据为基准，再从数据库中读取该智能配电终端的历史测试数据，并进行实时比对；如果协议一致性不符合要求则通过屏幕进行报警，如果性能不符合则将智能配电终端的三维图形进行扭曲显示，以表明该智能配电终端的性能达不到要求；如果遥信遥控不符合要求，则在三维图形上弹出具体异常情况。通过以上实施方式，能够通过三维图形对象类在检测平台上对检测结果进行直观展示。
35.在本发明提供的一些实施方式中，所述协议一致性测试对象类、性能测试对象类和遥信遥控类的测试结果还被用于：与智能配电终端的工况数据进行融合，融合后的数据被用于判断所述智能配电终端的故障发生概率。此处的工况数据包括设备状态、实时负荷和电气测量值等。判断所述智能配电终端的故障发生概率可以采用深度学习等人工智能算法模型进行预测，进而给出建议配电终端今后的设计应该从哪些方面进行改进。
36.为了便于本领域技术人员理解和实施，特通过以下实施方式分别从智能配电终端和检测平台对数字孪生体构建的实施进行说明。
37.智能配电终端上的数字孪生体构建方法，通过软件app的形式呈现，运行在终端嵌入式操作系统的容器之上，其构建流程如下：
38.步骤1：程序启动后，通过面向对象的思想，创建一个空的数字孪生体对象类cterminaldt，并赋予这个对象三个子对象类，协议一致性测试对象类cprotconformtest，性能测试对象类cperformancetest，遥信遥控类ccomcontrol；并赋予对象类cterminaldt两个属性信息：唯一编码id和终端类型ttype；
39.步骤2：根据终端类型ttype和编码id，如配变终端ttu的协议一致性测试，则根据
对应配变终端ttu的协议一致性的要求与检测平台进行通信，并判断是否符合通信协议的要求；记录结果并将结果实时上报检测检测平台；
40.步骤3：如果是性能测试，则通过cperformancetest完成性能测试，记录结果并将结果上报检测平台；
41.步骤4：如果是遥信遥控的测试，则通过ccomcontrol完成遥信遥控的测试，记录结果并将结果上报检测平台；
42.步骤5：重复步骤2到步骤5一共10次，汇总10次的协议一致性测试、性能测试、遥信遥控测试的结果作为历史数据暂存到智能配电终端。
43.检测平台上的数字孪生体构建方法，通过以独立进程软件系统的形式呈现，运行在pc机上，负责智能配电终端检测的三维可视化展示、读写数据库、检测结果展示，并与智能配电终端进行实时交互数据。其构建流程如下：
44.步骤1：从不同的位置和角度对智能配电终端进行扫描，获取三维点云数据存入数据库，并进行滤波、分类、智能配电终端边缘提取以及智能配电终端的三维重建，并展示到系统主界面；
45.步骤2：同样，在检测平台侧也通过面向对象的思想，创建一个空的数字孪生体对象类cterminaldt，并赋予这个对象四个子对象类，三维图形对象类cdisplay，协议一致性测试对象类cprotconformtest，性能测试对象类cperformancetest，遥信遥控类ccomcontrol；并赋予对象类cterminaldt两个属性信息：唯一编码id和终端类型ttype；
46.步骤3：通过类cterminaldt产生一个与待检测的智能配电终端对应的对象，在与边缘侧配电终端中的轻量级数字孪生体交互数据过程中获取配电终端的测试结果后存入数据库，并实时将结果显示到三维图形上，达到所见即所得的效果；
47.步骤4：在实时显示测试结果后，以标准合格数据为基准，再从数据库中读取该配电终端的历史测试数据，并进行实时比对；
48.步骤5：如果协议一致性不符合要求则进行屏幕报警，如果性能不符合则将配电终端的三维图形进行扭曲显示，以表明终端的性能达不到要求；如果遥信遥控不符合要求则在三维图形上弹出具体异常情况；
49.步骤6：如果都合格，则通过所有跟待测智能配电终端有关的数据进行融合，并通过深度学习等人工智能算法模型预测终端设备故障发生的概率，并给出建议智能配电终端今后的设计应该从哪些方面进行改进。
50.通过以上实施方式，能够分别在智能配电终端和检测平台构建出功能相互对应的用于质量检测的数字孪生体。其中，智能配电终端上的数字孪生体，是以智能配电终端作为物理实体在虚拟空间的一种简单映射，该种映射不包含终端的三维可视数据和历史数据，只包含实时交互数据，反映智能配电终端的性能和功能的实时状态。检测平台上的数字孪生体，是以智能配电终端作为物理实体在虚拟空间的一种复杂映射，该种映射包括终端的三维可视数据、终端测试历史数据及与边缘侧智能配电终端的物理实体的实时交互数据，是智能配电终端的性能和功能的更加全面的表达。
51.图2示意性示出了根据本发明实施方式的智能配电终端质量检测数字孪生体构建装置的结构示意图，如图2所示。本实施方式还提供了一种智能配电终端质量检测数字孪生体构建装置，包括：数字孪生体对象类构建模块，用于在所述智能配电终端和所述检测平台
上均创建数字孪生体对象类；子对象类构建模块，用于在所述数字孪生体对象类下构建子对象类；所述子对象类包括协议一致性测试对象类、性能测试对象类和遥信遥控类中的至少一者；所述协议一致性测试对象类，用于执行协议一致性测试；所述性能测试对象类，用于执行性能测试；以及所述遥信遥控类，用于执行遥信遥控的测试。
52.上述的智能配电终端质量检测数字孪生体构建装置中的各个功能模块的具体限定可以参见上文中对于智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
53.在本发明提供的一些实施方式中，还提供了一种智能配电终端质量检测数字孪生体构建设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法的步骤。此处的处理器具有数值计算和逻辑运算的功能，其至少具有数据处理能力的中央处理器cpu、随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o口和中断系统等。处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数来实现前述的方法。存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)，存储器包括至少一个存储芯片。
54.图3示意性示出了根据本发明实施方式的智能配电终端质量检测数字孪生系统的结构示意图。如图3所示，本实施方式中的智能配电终端质量检测数字孪生系统，包括：所述智能配电终端和所述检测平台中均包括用于质量检测的数字孪生体，所述数字孪生体采用前述的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法进行构建。数字孪生体相互配合用于智能配电终端的质量检测，以此提升智能配电终端质量检测的精准性。
55.在本发明提供的一些实施方式中，所述数字孪生系统还包括数据库，所述数据库与所述检测平台通信耦合，用于存储智能配电终端虚实交互的实时数据、历史数据和三维可视数据。
56.在本发明提供的一些实施方式中，所述智能配电终端包括：通信模块、核心板、电源板、交直流模拟量输入接口、状态量输入接口和控制输出接口；所述智能配电终端还包括嵌入式操作系统、容器平台和软件app。本实施方式公开了智能配电终端的硬件结构和软件结构。其中，通信模块用于智能配电终端的外部通信，支持4g\5g、电力线载波、rs485、lora、蓝牙等多种通信方式。核心板主要由主控芯片mcu、电源管理芯片和内存组成，其它各个硬件模块连接到该核心板，核心板是整个智能配电终端的主控制部分。电源板用于供电。交直流模拟量输入接口用于输入交直流模拟量。状态量输入接口用于输入状态量；控制输出接口用于输出控制指令。检测平台主要有服务器、检测平台软件、数字孪生体等。检测平台与智能配电终端通过以太网/串口连接，以进行实时交互的通信。
57.在本发明提供的一些实施方式中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行前述的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法。
58.在本发明提供的一种实施方式中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，
该计算机程序在被处理器执行时实现上述的智能配电终端质量检测数字孪生体构建方法。
59.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
60.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
61.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
62.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
63.在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
64.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
65.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
66.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
67.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，
本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理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权利要求范围之内。