(19)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 202210823931.6 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 沈阳中科奥 维科技股份有限公司 地址 110179 辽宁省沈阳市 浑南区高歌路 6-2号 (72)发明人 姚江　王智强　薛印波　袁卫星　 朱俊哲　赵昌昌　 (74)专利代理 机构 沈阳科苑专利商标代理有限 公司 210 02 专利代理师 王倩 (51)Int.Cl. G06Q 10/10(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/02(2012.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种端边网云协同露天矿数字孪生建模系 统和建模方法 (57)摘要 本发明涉及露天矿数字孪生建模技术领域， 具体一种端边网云协同露天矿数字孪生建模系 统和建模方法。 云层， 用于构建露天矿环境数字 孪生模型， 接收边层获取到的带有作业动作的分 析结果， 控制实体设备执行作业动作并展示； 边 层， 用于获取端层中实体设备的运行数据， 并对 数据进行边缘计算， 获取到的带有作业动作的分 析结果和报警、 预测数据发送至云层， 以通过云 层实现对应的数字孪生实体设备模型的动作控 制和报警预警； 端层， 用于实时获取露天矿中的 实体设备运行数据， 同时将实体设备的运行数据 发送至边层， 以及将实体设备的实际位置和实际 三维尺寸发送至云层。 本发明提供跨平台、 多语 言的数据接口， 去除数据孤岛， 使系统具有很高 的扩展性、 移植 性。 权利要求书2页 说明书10页 附图4页 CN 115187205 A 2022.10.14 CN 115187205 A 1.一种端边网云协同露天矿数字 孪生建模系统， 其特 征在于， 包括： 云层， 用于构建露天矿环境数字孪生模型， 并接收端层中实体设备的实 际位置和实 际 三维尺寸， 创建对应的数字孪生实体设备模型， 以及根据 露天矿场的地质数据建立地质模 型， 并将数字孪生实体设备模型和 地质模型加入至露天矿环境数字孪生模型中， 形成露天 矿数字孪生模型； 同时， 接收边层获取到的带有作业动作的分析结果， 根据分析结果控制端 层实体设备 执行相应的作业动作， 并通过三维的形式展示； 网层， 用于构建露天矿现场的网络， 以实现层之间的数据传输； 边层， 用于获取端层中实体设备的运行数据， 并对该数据进行边缘计算， 获取到的带有 作业动作的分析结果和报警、 预测数据发送至云层， 以通过云层实现对应的数字孪生实体 设备模型的动作控制和报警预警； 端层， 用于实时获取露天矿中的实体设备运行数据， 同时将实体设备的运行数据发送 至边层， 以及将实体设备的实际位置和实际三维尺寸发送至云层。 2.根据权利要求1所述的一种 端边网云协同露天矿数字孪生建模系统， 其特征在于， 所 述端层中实体设备， 包括： 单体设备、 生产设施、 传感器、 定位装置和视频监控设施； 单体设备， 用于露天矿场中工具设备或实现作业的移动车体设备； 生产设施， 包括设置在露天矿场中卸矿点、 爆破警戒区、 钻孔装置以及边坡监控设施； 传感器， 包括： 应用于露天矿中各个单体设备或生产设施上的电能表、 矿用卡车油箱液 位计、 矿用卡车防碰撞雷达传感器、 矿用电铲姿态传感器、 牙轮钻孔深传感器、 卸矿点蓬料 传感器以及边坡位移传感器中的至少一种， 以采集相应单体设备或生产设施数据； 定位装置， 包括： 安装在各种单体设备上的北斗定位模块以及作业人员佩戴的定位腕 表； 视频监控设施， 包括： 用于获取露天矿场的实时视频的露天矿场鹰眼视频设备、 生产设 备驾驶室内监控设备以及生产设备周边 监控设备。 3.根据权利要求2所述的一种 端边网云协同露天矿数字孪生建模系统， 其特征在于， 所 述云层， 包括： 露天矿生产管理模块、 露天矿生产执行模块、 露天矿安全管理模块以及露天 矿数字孪生模块； 露天矿生产执行模块， 用于存储当前露天矿场的地质数据， 并发送至露天矿数字孪生 模块； 同时， 接 收边层获取到的带有作业动作的分析结果， 并根据分析结果， 控制相应单体 设备执行相应的作业动作； 露天矿安全管理模块， 用于接收边层对定位装置和传感器获取的数据， 并实现露天矿 场的边坡监控、 人员管理； 同时， 接受边层处 理后得到的报警、 预测数据， 以实现报警预警； 露天矿数字孪生模块， 根据露天矿生产执行模块发送的当前露天矿场的地质数据建立 地质模型， 以及对端层发送的实体设备的实际位置和实际三 维尺寸创建对应的数字孪生 实 体设备模型并将地质模型和数字孪生 实体设备模型添加至露天矿环境数字孪生模型中， 形 成露天矿数字 孪生模型。 4.根据权利要求1～3所述的一种 端边网云协同露天矿数字孪生建模系统 的建模方法， 其特征在于， 包括以下步骤： 1)通过采用无人机倾斜摄影方式对露天矿采场进行实景建模， 获得露天矿环境数字孪 生模型；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115187205 A 22)根据露天矿场的地质数据建立 地质模型； 3)露天矿数字 孪生模块将地质模型 添加至露天矿环境数字 孪生模型中； 4)露天矿数字孪生模块中， 根据实体设备中生产设施 的实际位置和实 际三维尺寸， 创 建对应的数字孪生生产设施模型； 并建立每个单体设备模型， 数字孪生生产设施模型与单 体设备模型构成数字孪生实体设备模型， 加入至露天矿环境数字孪生模型中， 得到露天矿 数字孪生模型； 5)露天矿生产执 行模块控制数字 孪生实体设备模型 执行相应的动作； 6)露天矿安全管理模块接收边层对定位装置和传感器获取的数据， 对露天矿现场作业 人员的健康信息、 以及生产设施的边坡进 行监控， 并实时显示； 并接收边层处理后得到的报 警、 预测数据， 以实现报警预警； 7)露天矿数字 孪生模块对实时的露天矿数字 孪生模型进行 可视化展示。 5.根据权利要求4所述的一种端边网云协同露天矿数字孪生建模系统的建模方法， 其 特征在于， 所述 步骤1)具体为： 1‑1)拍摄影像数据， 经过计算获得二进制存贮的、 带有嵌入式链接纹理数据的OSGB格 式模型； 1‑2)采用等高线测量法， 确定OSGB模型的地物空间的绝对位置； 1‑3)去除露天矿 采场建模过程中的单体设备， 最终 获取露天矿环境数字 孪生模型。 6.根据权利要求4所述的一种端边网云协同露天矿数字孪生建模系统的建模方法， 其 特征在于， 步骤4)中， 创建对应的数字孪生生产设施模型， 通过定义每类生产设施和与数字 孪生生产设施模型之间的数据接口， 使得数字孪生生产设施模型显示实时的业务数据； 包 括以下步骤： 根据生产设施的卸矿点， 获取 数字孪生生产设施模型中矿石产量、 矿石平均品位数据； 根据生产设施的爆破警戒， 划分数字 孪生生产设施模型中的爆破警戒区域； 根据生产设施 的钻孔装置， 获取数字孪生生产设施模型目标钻孔装置的钻孔坐标、 钻 孔孔径、 钻孔深度和装药参数。 7.根据权利要求4所述的一种端边网云协同露天矿数字孪生建模系统的建模方法， 其 特征在于， 所述 步骤6)， 具体为： 露天矿安全管理模块通过实体设备中的定位装置以及视频监控对露天矿现场作业人 员进行健康监控及位置监控； 同时根据传感器的数据实现对于生产设施的边坡的监控； 露天矿安全管理模块设定每个作业人员的每项健康信息预警上、 下限值， 当健康信息 超过预警范围时， 露天矿安全管理模块将产生预警信息发送给对应人员。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115187205 A 3