【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于溫室設備運維，涉及一種利用知識圖譜統籌溫室數據構建溫室數字孿生平臺，并通過溫室環境數據與視覺分析檢測的設備運行狀態數據進行實時驅動的溫室設備運維系統。
技術介紹
1、隨著全球人口的增長和對糧食需求的增加，傳統農業正面臨著前所未有的壓力。為了提高農業生產效率和產品質量，智能農業技術逐漸成為研究熱點。溫室種植作為現代農業的重要組成部分，其環境控制直接影響到作物的生長和產量。目前，對于溫室設備的運行與維護多依賴于人工檢查，效率低下，無法實時反映設備的實際運行狀況，同時無法對發生故障的環節進行及時定位。因此，急需一種能自動、準確檢測設備運行狀態并進行故障維護的系統，以提高溫室管理的智能化水平。
2、數字孿生技術的引入，為溫室的設備運維提供了新的思路。數字孿生技術通過構建物理溫室的虛擬場景模型，并使其與物理溫室保持實時同步，從而實現對物理系統的模擬和管理，通過模擬和分析，優化環境控制策略，提高系統的運行效率和穩定性。然而，當前的數字孿生技術在溫室的運用也面臨一些不足之處。數字孿生中的虛擬溫室場景主要依賴于人工手動搭建，同時物理設備與虛擬設備模型的相互映射關系也主要由人工手動設置，在溫室規模和設備數量種類較多時，人工設置的難度和成本會顯著增加，這限制了技術的高效應用。在此背景下，如何提高數字孿生中虛擬場景模型的搭建效率以及實現物理設備和虛擬設備相互映射的自動化完成，成為了亟待解決的問題。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在不足，本專利技術提供了一種基于知識圖譜與數據
2、本專利技術是通過以下技術手段實現上述技術目的的。
3、一種基于知識圖譜與數據驅動的溫室數字孿生與設備運維系統，包括物理溫室、溫室數字孿生平臺和溫室知識圖譜；所述物理溫室包括部署于其中的環境信息采集系統、視頻采集系統和設備狀態識別模型，所述溫室數字孿生平臺用于部署控制平臺、虛擬溫室場景模型和故障判斷模塊，所述溫室知識圖譜對物理溫室獲取的數據進行信息抽取，并將獲取的溫室環境信息、溫室結構信息、設備關聯信息、設備狀態信息轉換成結構化數據信息，以便于溫室數字孿生平臺的識別和處理。
4、上述技術方案中，所述溫室知識圖譜采用三元組的格式，包括實體-關系-實體和實體-屬性-屬性值兩類，并存入neo4j圖數據庫，其中“關系”是知識圖譜中描述溫室場景內各實體之間的空間關系和從屬關系，“屬性”包括溫室場景內實體的幾何屬性、位置屬性以及功能屬性。
5、上述技術方案中，所述溫室環境信息由環境信息采集系統獲取的環境參數為實體，對應的三元組的表達有：基于傳感器數據信息抽取得到的結構化信息以及環境參數之間相互影響的表示。
6、上述技術方案中，所述溫室結構信息是通過對溫室結構相關的標準/書籍進行信息抽取，進而對溫室的整體結構定義實體、關系以及屬性，從溫室的結構類型出發，對每類溫室結構按照溫室圍護結構、溫室設備以及溫室作物進行實體劃分。
7、上述技術方案中，所述設備關聯信息用于確定待檢測設備在虛擬溫室場景中處于何種位置，進而將物理溫室中的設備和虛擬溫室場景中的設備模型建立映射關系，通過unity3d軟件實現訪問neo4j圖數據庫，通過知識圖譜中物理攝像頭的“關系”和“屬性”匹配到相應的虛擬溫室場景內的虛擬攝像頭中，實現虛擬溫室設備模型與物理攝像頭下的真實設備匹配。
8、上述技術方案中，在unity3d場景下，查詢neo4j圖數據庫中存儲的物理攝像頭位置信息，通過cypher查詢，獲取物理攝像頭的位置信息和視角；在unity3d軟件中，為每一個物理攝像頭創建一個對應的虛擬攝像頭；通過c#腳本，將neo4j圖數據庫中物理攝像頭的位置信息映射到unity3d軟件的虛擬攝像頭中，確保虛擬攝像頭的坐標和方向與物理攝像頭一致；之后使用unity3d軟件中的視圖計算方法，確定虛擬攝像頭視角下的可見待檢測設備模型；通過待檢測設備模型的關系及屬性確定物理攝像頭視野下的待檢測設備，從而實現了虛擬溫室模型中的設備模型與物理溫室中的設備匹配映射。
9、上述技術方案中，所述設備狀態信息主要通過設備狀態識別模型獲取物理溫室內待檢測設備的當前狀態，通過信息抽取得到的結構化數據，用于故障診斷模塊中與虛擬溫室運行結果進行對比，從而判斷故障。
10、上述技術方案中，所述虛擬溫室場景模型通過以下方式構建：
11、對物理溫室現場進行調研，提取溫室圍護結構、溫室作物以及溫室設備的尺寸、結構和材質，進行三維模型的構建和渲染，形成溫室各要素的虛擬溫室模型庫；
12、讀取neo4j圖數據庫中知識圖譜對于虛擬溫室場景生成邏輯的描述，即溫室結構信息，在unity3d軟件中構建相應的場景生成腳本，然后基于知識圖譜中構建的溫室各個實體的“關系”和“屬性”，為每個虛擬設備和結構設置相應的幾何尺寸和空間位置，將虛擬溫室模型庫中的模型按照腳本獲取的位置和尺寸進行調整，使虛擬溫室場景的布局與實際相同。
13、上述技術方案中，所述故障判斷模塊具體包括：
14、數字孿生溫室運行環節：溫室數字孿生平臺中的控制平臺實時收集和分析各類傳感器數據，并根據這些數據進行決策，控制平臺向物理溫室的控制柜發送指令，要求其執行相應的操作，在發送指令的同時，虛擬溫室場景模型中同步執行相應的操作；
15、將虛擬溫室場景中控制柜接收到的通訊信息以及設備模型的運行狀態，與物理溫室中對應的控制柜和設備的情況進行對比；如果虛擬溫室場景中的設備模型運行狀態與物理溫室內設備運行狀態不一致，則認為設備發送故障，并進一步確認故障的具體環節；
16、檢測物理溫室中控制柜是否接收到控制平臺的通訊信息，如果物理溫室中控制柜未收到信息，則可能存在通訊缺失故障，則故障環節定位到控制平臺到物理溫室中控制柜之間，否則，通過判斷虛擬溫室場景中控制柜發出的控制指令與物理溫室中控制柜發出的指令是否一致，若不一致，則物理溫室中控制柜發生故障，故障環節定位于物理溫室中的控制柜，反之，若控制柜發出的指令一致，但物理溫室中設備未運行或運行狀態與指令相反，則存在設備故障或控制指令未能成功執行，故障環節定位于物理溫室中的設備。
17、上述技術方案中，所述設備狀態識別模型通過以下方式構建：對待檢測設備的運行視頻導入視頻分割軟件，通過提取視頻幀的方法生成圖片庫；之后，將圖片中的待檢測設備按照種類和運行狀態進行分類，使用標注工具將各種狀態進行框選標注，形成數據集；完成標注后，將數據集分為訓練集、驗證集和測試集，使用數據集進行目標檢測模型訓練，并根據訓練結果優化模型；最后將優化后的目標檢測模型作為設備狀態識別模型。
18、本專利技術的有益效果為：
19、(本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于知識圖譜與數據驅動的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，包括物理溫室、溫室數字孿生平臺和溫室知識圖譜；所述物理溫室包括部署于其中的環境信息采集系統、視頻采集系統和設備狀態識別模型，所述溫室數字孿生平臺用于部署控制平臺、虛擬溫室場景模型和故障判斷模塊，所述溫室知識圖譜對物理溫室獲取的數據進行信息抽取，并將獲取的溫室環境信息、溫室結構信息、設備關聯信息、設備狀態信息轉換成結構化數據信息，以便于溫室數字孿生平臺的識別和處理。
2.根據權利要求1所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述溫室知識圖譜采用三元組的格式，包括實體-關系-實體和實體-屬性-屬性值兩類，并存入Neo4j圖數據庫，其中“關系”是知識圖譜中描述溫室場景內各實體之間的空間關系和從屬關系，“屬性”包括溫室場景內實體的幾何屬性、位置屬性以及功能屬性。
3.根據權利要求2所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述溫室環境信息由環境信息采集系統獲取的環境參數為實體，對應的三元組的表達有：基于傳感器數據信息抽取得到的結構化信息以及環境參數之間相互影響的表示。
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5.根據權利要求2所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述設備關聯信息用于確定待檢測設備在虛擬溫室場景中處于何種位置，進而將物理溫室中的設備和虛擬溫室場景中的設備模型建立映射關系，通過Unity3D軟件實現訪問Neo4j圖數據庫，通過知識圖譜中物理攝像頭的“關系”和“屬性”匹配到相應的虛擬溫室場景內的虛擬攝像頭中，實現虛擬溫室設備模型與物理攝像頭下的真實設備匹配。
6.根據權利要求5所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，在Unity3D場景下，查詢Neo4j圖數據庫中存儲的物理攝像頭位置信息，通過Cypher查詢，獲取物理攝像頭的位置信息和視角；在Unity3D軟件中，為每一個物理攝像頭創建一個對應的虛擬攝像頭；通過C#腳本，將Neo4j圖數據庫中物理攝像頭的位置信息映射到Unity3D軟件的虛擬攝像頭中，確保虛擬攝像頭的坐標和方向與物理攝像頭一致；之后使用Unity3D軟件中的視圖計算方法，確定虛擬攝像頭視角下的可見待檢測設備模型；通過待檢測設備模型的關系及屬性確定物理攝像頭視野下的待檢測設備，從而實現了虛擬溫室模型中的設備模型與物理溫室中的設備匹配映射。
7.根據權利要求2所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述設備狀態信息主要通過設備狀態識別模型獲取物理溫室內待檢測設備的當前狀態，通過信息抽取得到的結構化數據，用于故障診斷模塊中與虛擬溫室運行結果進行對比，從而判斷故障。
8.根據權利要求2所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述虛擬溫室場景模型通過以下方式構建：
9.根據權利要求8所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述故障判斷模塊具體包括：
10.根據權利要求1所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述設備狀態識別模型通過以下方式構建：對待檢測設備的運行視頻導入視頻分割軟件，通過提取視頻幀的方法生成圖片庫；之后，將圖片中的待檢測設備按照種類和運行狀態進行分類，使用標注工具將各種狀態進行框選標注，形成數據集；完成標注后，將數據集分為訓練集、驗證集和測試集，使用數據集進行目標檢測模型訓練，并根據訓練結果優化模型；最后將優化后的目標檢測模型作為設備狀態識別模型。
...【技術特征摘要】
1.一種基于知識圖譜與數據驅動的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，包括物理溫室、溫室數字孿生平臺和溫室知識圖譜；所述物理溫室包括部署于其中的環境信息采集系統、視頻采集系統和設備狀態識別模型，所述溫室數字孿生平臺用于部署控制平臺、虛擬溫室場景模型和故障判斷模塊，所述溫室知識圖譜對物理溫室獲取的數據進行信息抽取，并將獲取的溫室環境信息、溫室結構信息、設備關聯信息、設備狀態信息轉換成結構化數據信息，以便于溫室數字孿生平臺的識別和處理。
2.根據權利要求1所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述溫室知識圖譜采用三元組的格式，包括實體-關系-實體和實體-屬性-屬性值兩類，并存入neo4j圖數據庫，其中“關系”是知識圖譜中描述溫室場景內各實體之間的空間關系和從屬關系，“屬性”包括溫室場景內實體的幾何屬性、位置屬性以及功能屬性。
3.根據權利要求2所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述溫室環境信息由環境信息采集系統獲取的環境參數為實體，對應的三元組的表達有：基于傳感器數據信息抽取得到的結構化信息以及環境參數之間相互影響的表示。
4.根據權利要求2所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述溫室結構信息是通過對溫室結構相關的標準/書籍進行信息抽取，進而對溫室的整體結構定義實體、關系以及屬性，從溫室的結構類型出發，對每類溫室結構按照溫室圍護結構、溫室設備以及溫室作物進行實體劃分。
5.根據權利要求2所述的溫室數字孿生與設備運維系統，其特征在于，所述設備關聯信息用于確定待檢測設備在虛擬溫室場景中處于何種位置，進而將物理溫室中的設備和虛擬溫室場景中的設備模型建立映射關系，通過unity3d軟件實現訪問neo4j圖數據庫，通過知識圖譜中物理攝像頭的“關系”和“屬性”匹配到相應的虛擬溫室場景內的虛擬攝像頭中...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王紀章，王濤，周靜，付益輝，袁萌，黃志剛，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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