面向数字孪生的动态数据驱动建模与仿真方法

信息物理系统(cyber-physical system, CPS)是支撑信息化和工业化深度融合的综合技术体系,传统的建模与仿真方法难以满足其应用需求。因此,提出面向数字孪生的动态数据驱动建模与仿真方法,通过随机有限集对CPS中的物理实体和传感器进行数据驱动建模,并使用基于贝叶斯推理的预测与校正过程支持数据驱动的仿真模型运行。该方法能够很好地实现数字孪生机制下虚实结合的仿真运行,并实现数据驱动的CPS仿真模型解算,通过以实利虚的方式有效提高了仿真结果的准确性和可信性。最后,通过水面舰艇作战应用案例,验证了该方法的可行性和有效性。     

动态数据驱动的适应性建模与仿真

动态数据驱动应用系统(DDDAS)是一能够将实验或测量数据与仿真紧密结合在一起的新型研究模式,是未来仿真应用的发展方向之一。本文简述了DDDAS的产生动机和发展现状,分析了DDDAS的概念与开展DDDAS相关研究的现实意义。指出了仿真在DDDAS中的重要性,并从应用、算法和系统结构三个层次详细讨论了DDDAS仿真的适应性这一核心研究问题。在此基础上,重点讨论了DDDAS建模与仿真的研究内容,以及利用先进并行与分布式仿真技术实现DDDAS建模与仿真环境所需解决的关键问题。对几个典型的DDDAS应用进行了介绍,并对DDDAS仿真的军事应用前景进行了分析。     

从建模仿真看数字孪生

简要回顾建模仿真技术的发展与演变历程,及其在科技进步中所发挥的重要作用.通过数字孪生产生的背景及内涵,揭示其与建模仿真一脉相承的关系.探讨如何借鉴建模仿真理论方法进行数字孪生的构建和评估,从而保证数字孪生的可信.     

风电机组运行动态数字孪生建模及半物理仿真

面向数字孪生技术所提出的精准映射与实时仿真需求,针对大型风电机组复杂非线性运行特性,提出了一种多输入-多输出(multi-input multi-output, MIMO)有限差分域-混合半机理(finite difference domain-hybrid semi-mechanical, FDD-HSM)数字孪生建模方法,建立了含物理控制器的风电机组数字孪生半物理仿真系统。推导机组集成动态MIMO-FDD-HSM模型结构;定义可表征机组运行工况的有限差分回归向量,完成全工况下有限差分空间紧致凸划分、参数模型辨识以及非参数模型训练;联合物理控制器搭建风电机组数字孪生仿真系统,开展硬件在环实时仿真。结果表明：该仿真系统具有高精度、实时逼近能力。     

动态数据驱动应用系统的概念研究

动态数据驱动应用系统(DDDAS)是一种功能强大的仿真应用的全新模式,是系统仿真发展的新趋势,是实现现代战争中将信息优势转换为决策优势的有效途径.由传统仿真的不足引入DDDAS概念,然后对DDDAS概念进行了较为深入的分析与研究,从仿真应用、算法、系统软件支撑三个方面详细探讨了实现DDDAS的关键技术.最后,构建了基于DDDAS的决策支持系统概念框架,并指出了DDDAS的应用前景.     

面向智慧物联网的新型嵌入式仿真技术研究

当前我们正步入新时代、正面临新态势、正迈进新征程,人类社会国民经济、国计民生和国家安全等各领域系统的模式、技术和业态正在向数字化、网络化、云化、智能化的"智慧物联网"新模式、新技术和新业态发生重大变革.智慧物联网的发展迫切需要面向智慧物联网的新型嵌入式仿真技术,使智慧物联网能具备在线、持续的分析、认知、学习、决策、运行...     

关于武器系统数字孪生的若干思考

回顾了数字孪生技术的主要发展过程,提出了武器系统数字孪生研究和实践的必要性,给出了武器系统数字孪生的定义和组成,分析了数字孪生应用架构和数字主线构建、双向协同仿真与控制、智能自主演进和基于容器仿真云的数字孪生运行支撑等关键技术,阐述了若干关键技术的初步研究与实践,进行了总结和展望。     

几种典型的虚实融合技术发展研究

虚实融合是实现虚拟世界与物理世界双向交互、映射联动的一种方式,成为当前各国关注的热点。为理清该框架下层出不穷的新技术状况,以数字孪生、信息物理系统、元宇宙和实况-虚拟-构造仿真为代表,围绕各自概念内涵、学术现状、应用情况进行梳理统计;并从它们的发展进程、功能特点、目标趋势等方面做了对比。     

自动化集装箱码头数字孪生数据建模及评价方法研究

为充分利用自动化集装箱码头海量作业数据,实现数字孪生驱动的码头数字化、智能化转型,提出一种自动化集装箱码头数字孪生数据建模及效果验证评价的方法。研究了基于数字孪生的自动化集装箱码头的应用框架及其运行机制;结合数字孪生框架的数据处理逻辑,提出了基于数字孪生的码头作业过程演化及动态数据建模方法;为验证数字孪生数据能否满足码头数字孪生的有效运行,给出了码头数字孪生数据验证评价的量化计算方法。为实现基于数字孪生的自动化集装箱码头的智能作业管控和作业数据管理提供方法支撑。     

基于DEVS的通用数据驱动实时仿真环境

良好的适应性是仿真系统生命力的重要保证之一。提高仿真的适应性需要规定良好的模型和系统描述规范，并借助于规范的仿真系统开发模型，建立集成的仿真应用环境。基于实时网络的分布式硬实时仿真在很多领域有着广泛的应用，为适合硬实时仿真的需求，将离散事件系统形式化规范进行了适当扩展，并以面向对象模型和数据驱动的仿真系统开发方法为基础，建立了一集设计、试验与分析于一体的适应性集成实时仿真环境。文章详细介绍了硬实时仿真运行支撑件及其辅助工具的具体设计，并以其在“柔性数字化航天器设计”项目中的应用举例验证了该仿真环境的合理性。     

基于SMP2的复杂系统生成式仿真建模方法

复杂系统仿真迫切需要能够同时支持多领域分别独立针对性建模和全系统统一集成仿真的方法. 将当前用于复杂系统仿真的建模方法分为统一型、组合型和生成式三大类, 分析指出生成式建模方法具有较之其它方法的独特优势, 有望解决复杂系统仿真建模面临的问题. 研究了当前仿真领域应用的各类生成式建模方法存在的不足. 提出了以仿真模型可移植性标准(SMP2)为基础, 综合利用生成式建模方法的两大流派-模型驱动架构(MDA)和模型集成计算(MIC)-的先进技术和规范, 构建复杂系统生成式仿真建模方法的研究思路. 分析了其中的多领域生成式仿真模型公共表示规范、各类仿真形式体系到SMP2的映射与模型变换以及面向领域的仿真建模工具的自动生成等三大关键技术问题. 设计了生成式仿真建模一体化支撑环境的体系结构, 介绍了其中已经完成的工作和下一步的重点.     

基于无迹粒子PHD滤波的序贯融合算法

针对在杂波、漏检和非线性情况下,粒子概率假设密度滤波（particle probability hypothesis density filter, P-PHDF）算法估计精度不高、滤波发散及粒子退化等问题,提出了一种基于无迹粒子概率假设密度滤波（unscented particle PHDF, UP-PHDF）的序贯融合算法。利用无迹粒子滤波（unscented particle filter, UPF）实现PHDF,由UKF算法得到更好更优的重要性密度函数并从中采样,使粒子的分布更接近多目标概率假设密度分布;另外,为进一步提高滤波算法的性能,实现基于雷达和红外传感器的UP-PHDF序贯融合算法,通过两传感器交替滤波保证目标状态的可观测性。在复杂环境下,仿真结果表明该算法的估计精度和稳定性明显优于单传感器P-PHDF算法。     

中国成品油需求仿真系统及仿真模拟研究

利用系统动力理论和成品油供需分析建立了我国三类成品油需求仿真系统,本系统分为三个子系统,即汽油需求子系统、煤油需求子系统和柴油需求子系统.系统模拟实践表明,在假定国际原油在高位平稳运行、国内经济快速发展、各类主要用油机具燃油经济性不发生变化等假设条件下,三类成品油供需呈上涨趋势且比较平衡,但均体现出供应紧张趋势;三类成品油需求比例比较稳定,但煤油需求占总需求比例有一定上升,而柴油和汽油比例有一定的波动;需求柴汽比有一定的升降;用油车辆的数量不断上升,但其增长速度都呈下降的趋势;三类成品油国内价格均低于国际价格,汽油和煤油价格上升较快,柴油价格上升较慢.     

基于GIS水电工程施工系统三维动态图形仿真技术

针对当前三维动态图形仿真技术的发展及其在水电工程施工领域应用要求的特点，文章研究了基于GIS的水电工程施工系统三维动态图形仿真方法及应用。文中首先探讨了基于GIS的可视化仿真技术原理与方法，然后在水电工程施工系统分析的基础上，设计了三维动态图形仿真系统的仿真信息的可视化组织方法及开发模式，分析了工程施工三维数字模型的构造过程，最后详细介绍了系统功能的实现。开发了一个能科学、直观、逼真地表现水利水电工程施工过程三维动态图形仿真系统，为工程施工管理决策提供依据。     

基于GIS的混凝土坝施工三维动态可视化仿真研究

为简化水电工程混凝土坝施工仿真的建模，同时实现施工过程中复杂动态时空逻辑关系的直观表达，提出了基于GIS的混凝土坝施工三维动态可视化仿真方法。通过计算分析不同方案下大坝施工的具体技术指标，可得到合理的大坝混凝土浇筑进度计划，并应用GIS技术在建立的混凝土坝施工系统数字模型基础上，用三维动态演示技术将复杂的大坝施工过程用运动着的画面形象逼真地描绘出来，从而为工程施工组织设计与管理提供了强有力的可视化分析手段。     

武器装备效能仿真的可组合建模框架研究

武器装备效能仿真不同于一般的复杂系统仿真, 具备很大的组合建模潜力和迫切的组合仿真需求. 当前的统一仿真协议、统一建模方法、统一模型规范等组合仿真途径主要还是从技术角度出发的, 没有充分结合应用领域的实际, 难以真正实现组合仿真. 提出了基于模型框架实现组合仿真的思路, 通过将领域共性不变知识(DIK)固化为可组合的模型框架, 而应用可变知识(AVK)则可在模型框架基础上通过定制或扩展的方式进行描述. 设计了武器装备效能仿真的可组合建模框架(CMF), 应用实践表明能够明显地提高仿真开发效率, 有力地支持模型级可组合.