(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111440613.3 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 广东电网有限责任公司电力科 学研 究院 地址 510000 广东省广州市越秀区东 风东 路水均岗8号 申请人 南方电网科 学研究院有限责任公司 (72)发明人 张帅　孙帅　赵林杰　彭在兴　 王颂　姚聪伟　庞小峰　李兴旺　 杨贤　宋坤宇　吴勇　刘建明　 张任驰　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 代理人 颜希文　郝传鑫(51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 16/29(2019.01) G06N 20/00(2019.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种GIS设备 数字孪生系统架构 (57)摘要 本发明公开了一种GIS设备数字孪生系统架 构， 自下而上包括： 模型层， 用于根据各GIS设备 的设计图纸和生产原材料信息构建各GIS设备的 三维几何模型； 采集层， 用于接收模型层各GIS设 备的各传感器数据， 并将采集的数据进行处理后 传输至数据层； 数据层， 用于将采集层上传的数 据按照设备信息数据和GIS动作特征数据分类存 储， 并通过机器学习、 仿真模型降解等处理方式， 构建不同参数仿真场的快速仿真模 型， 通过从实 时数据库接收数据构建边界条件， 实现根据传感 器数据的设备内部特征快速仿真； 展示层， 用于 实现系统架构的界面化对外交互， 实现三维可视 化交互、 设备状态监控、 实时数据仿真、 历史数据 仿真、 刀闸动作监控以及历史数据查询。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114239386 A 2022.03.25 CN 114239386 A 1.一种GIS设备 数字孪生系统架构， 自下而上包括： 模型层， 用于根据各GIS 设备的设计图纸和生产原材料的信息构建各GIS设备的基本三 维几何模型； 采集层， 用于接收模型层各GIS设备安装的各传感器数据， 并将采集的数据进行处理后 传输至数据层； 所述采集层还根据接 收到的数据层的指令， 从模型层调用抽取相关数据至 对应的功能层； 数据层， 用于将所述采集层上传的数据按照设备信息数据和GIS动作特征数据分类存 储， 并通过机器学习， 仿真模型降解等处理方式， 构建不同参数仿真场的快速仿真模型， 通 过从实时数据库接收数据构建边界条件， 实现根据传感器数据的设备内部特 征快速仿真； 展示层， 用于实现系统架构的界面化对外交互， 实现三维可视化交互、 设备状态监控、 实时数据仿真、 历史数据仿真、 刀闸动作监控、 历史数据查询。 2.如权利要求1所述的一种GIS设备数字孪生系统架构， 其特征在于： 所述模型层首先 根据GIS设备的设计图纸和生产原材料的信息， 构建设备基本三 维数据模型； 然后根据设备 生产工艺和原材料信息， 将相关信息与所构建的三维几何模型进行关联， 定义各部件的物 理属性； 最后根据GIS设备安装运行的环境条件， 设置各三 维几何模 型的外界约束 条件和环 境特征参数范围。 3.如权利要求2所述的一种GIS设备数字孪生系统架构， 其特征在于： 所述模型层数据 由设备本身物理属 性和安装运行 的客观环境决定， 不受外界运行环境的影响， 所述模型层 数据在运行中不受其 他层数据修改。 4.如权利 要求3所述的一种GIS设备数字孪生系统架构， 其特征在于： 当GIS 设备物理属 性发生改变时， 所述模型层数据通过 预留的后台调试接口进行 更新。 5.如权利要求2所述的一种GIS设备 数字孪生系统架构， 其特 征在于， 所述采集层用于： 获取模型层各GIS设备的各传感器采集的传感数据； 将采集获得的不同传感器数据按不同的采集频率进行标记， 并将不同格式的GIS设备 传感数据进行 数据格式归一； 按照标记的标签将数据格式归一的采样数据实时传输 至数据层； 接收到的数据层的指令， 根据接收的指令从模型层调用抽取相关数据至对应的功能 层。 6.如权利要求5所述的一种GIS设备数字孪生系统架构， 其特征在于， 对于非受控传感 器收集的GIS设备的静态数据， 将对应数据按采样快慢进 行标记和排序； 对受控传感器收集 的GIS设备的动态数据， 在开关动作时收集相关传感器数据。 7.如权利要求5所述的一种GIS设备 数字孪生系统架构， 其特 征在于， 所述数据层包括： 数据库， 包括实时数据库与历史数据库， 将所述采集层上传数据按照设备信息数据和 GIS动作特征数据分类存储， 所述设备信息数据包括设备运行状态数据、 检修维护信息、 生 产信息、 环境信息； 所述GIS动作特 征数据包括 开关动作特 征数据、 开关跳闸数据； 仿真模块， 从所述展示层接受仿真指令， 开始或停止实时仿真计算， 其与实时数据库相 连， 从实时数据库获取开关实时仿真边界条件， 实现根据传感器数据的设备内部特征快速 仿真； 对仿真模块的仿 真结果进 行解析和变换 处理， 将相应的结果存储至实时数据库， 仿真 结果与对应时刻的传感参数相关联进行存 储。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114239386 A 28.如权利要求7所述的一种GIS设备数字孪生系统架构， 其特征在于： 所述实时数据库 与所述采集层直接相连， 直接接收所述采集层数据， 并直接与仿 真模块进 行交互， 所述 实时 数据库中的相关数据按照先进先出 的原则进行存储管理， 根据不同的采样频率， 对数据分 配不同的数据 空间； 所述历史数据库数据从所述实时数据库获得， 超过数据存储周期的数 据传输到所述历史数据库存 储。 9.如权利要求8所述的一种GIS设备 数字孪生系统架构， 其特 征在于， 所述展示层包括： 模型渲染模块， 用于通过数据层调用模型层的设备基础信 息和实时数据库的实时状态 数据， 实现GIS设备三维模型渲染和特性可视化展示； 数据接口模块， 用于将渲染模型与实时数据库对应的特征数据表相关联， 实现通过模 型对数据库的直接调用； 仿真接口模块， 用于对数据层仿真模块进行指令控制， 得到仿真模型效果变换的数据， 存放进实时数据库； 模型动作模块， 用于通过监控实时数据库的开关动作特征数据， 在开关动作时实时对 应显示开关动作特 征和状态变化。 10.如权利要求9所述的一种GIS设备数字孪生系统架构， 其特征在于， 所述仿真接口模 块对接收到的温度场、 磁场和力场等仿真数据每隔若干时间生成一个*.bin文件， 通过 Python解析*.bi n文件得到 仿真模型效果变换的数据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114239386 A 3