本發(fā)明涉及汽車物聯(lián)網(wǎng)智能控制，具體是一種智能車居數(shù)字孿生控制方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字孿生是指通過(guò)數(shù)字模型反映物理實(shí)體、過(guò)程或系統(tǒng)的仿真過(guò)程。數(shù)字孿生模型可以模擬、預(yù)測(cè)和優(yōu)化物理實(shí)體的行為。目前，數(shù)字孿生技術(shù)大多用于工業(yè)領(lǐng)域，可以優(yōu)化生產(chǎn)線效率、改進(jìn)設(shè)備維護(hù)計(jì)劃和提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著技術(shù)發(fā)展和行業(yè)融合，數(shù)字孿生技術(shù)逐漸進(jìn)入城市規(guī)劃、建筑、醫(yī)療和家居生活等領(lǐng)域。車居是指在車輛內(nèi)居住或居住方式中的一種，是車載第三空間的基礎(chǔ)。因此，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于車居設(shè)備逐漸受到廣泛關(guān)注，汽車用戶可以通過(guò)數(shù)字孿生模型直觀地查看、監(jiān)控及控制相應(yīng)的車居設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能化的車載第三空間。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，車載物聯(lián)網(wǎng)覆蓋的設(shè)備類別較少，并且現(xiàn)階段的車載物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的界面大多采用傳統(tǒng)的用戶界面設(shè)計(jì)，即通過(guò)文字和控件的方式描述產(chǎn)品情況，這導(dǎo)致傳統(tǒng)的車載物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備往往智能化水平較為低下，且用戶無(wú)法如現(xiàn)實(shí)物理空間般直觀高效地查找所需產(chǎn)品或監(jiān)測(cè)產(chǎn)品變化情況。

3、因此，如何自動(dòng)化生成高還原度的車居空間環(huán)境的數(shù)字孿生模型，讓汽車用戶在使用車載物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)像身處實(shí)際物理空間一樣，進(jìn)而高效、直觀地查看及控制相應(yīng)的車居設(shè)備，并通過(guò)大數(shù)據(jù)算法實(shí)現(xiàn)智能服務(wù)建議與推薦，成了如今亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種智能車居數(shù)字孿生控制方法及其系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)直觀、高效的車居設(shè)備互聯(lián)，自動(dòng)化生成高還原度的車居空間環(huán)境的數(shù)字孿生模型，讓汽車用戶高效、直觀地查看及控制相應(yīng)的車居設(shè)備，同時(shí)通過(guò)大數(shù)據(jù)算法實(shí)現(xiàn)智能服務(wù)建議與推薦，為汽車用戶帶來(lái)便捷、個(gè)性化的車居體驗(yàn)，并通過(guò)實(shí)時(shí)車居環(huán)境監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制功能，提升汽車智能化水平和用戶使用體驗(yàn)。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明的一種智能車居數(shù)字孿生控制方法，包括：

4、車居設(shè)備搭載通信協(xié)議后，根據(jù)所述車居設(shè)備的物理實(shí)體，預(yù)設(shè)高精度數(shù)字模型并存儲(chǔ)至車居數(shù)字孿生云平臺(tái)；

5、用戶激活所述車居設(shè)備，且所述車居設(shè)備與車居數(shù)字孿生云平臺(tái)無(wú)感自動(dòng)連接；

6、根據(jù)所述車居設(shè)備的物理環(huán)境和對(duì)應(yīng)的高精度數(shù)字模型生成空間環(huán)境數(shù)字模型，通過(guò)所述通信協(xié)議匹配所述空間環(huán)境數(shù)字模型和車居設(shè)備的行為數(shù)據(jù)，生成數(shù)字孿生模型并存儲(chǔ)至所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)；

7、所述數(shù)字孿生模型通過(guò)車機(jī)界面展示給用戶，將所述車機(jī)界面的用戶操作數(shù)據(jù)上傳至所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)，通過(guò)所述通信協(xié)議將所述用戶操作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為指令，并將所述指令發(fā)送至所述車居設(shè)備；

8、所述車居設(shè)備接收所述指令并完成對(duì)應(yīng)設(shè)備操作，并將設(shè)備操作數(shù)據(jù)返回至所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)并在所述車機(jī)界面同步展示；

9、所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)根據(jù)所述用戶操作數(shù)據(jù)推薦相應(yīng)使用建議。

10、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述車居設(shè)備的設(shè)備型號(hào)相同，對(duì)應(yīng)的高精度數(shù)字模型相同，且對(duì)應(yīng)的高精度數(shù)字模型代碼相同。

11、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：通過(guò)車內(nèi)外攝像頭掃描所述車居設(shè)備的周圍空間環(huán)境得到所述物理環(huán)境，并將所述物理環(huán)境上傳至所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)。

12、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述通信協(xié)議將所述車居設(shè)備的字段信息發(fā)送至所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)，所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)根據(jù)所述字段信息自動(dòng)匹配所述車居設(shè)備對(duì)應(yīng)的高精度數(shù)字模型。

13、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述根據(jù)所述車居設(shè)備的物理環(huán)境和對(duì)應(yīng)的高精度數(shù)字模型生成空間環(huán)境數(shù)字模型，通過(guò)所述通信協(xié)議匹配所述空間環(huán)境數(shù)字模型和車居設(shè)備的行為數(shù)據(jù)，生成數(shù)字孿生模型并存儲(chǔ)至所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)，具體包括：

14、根據(jù)所述車居設(shè)備的物理環(huán)境和對(duì)應(yīng)的高精度數(shù)字模型，得到所述車居設(shè)備的空間環(huán)境數(shù)據(jù)；

15、基于徑向基函數(shù)，確定所述空間環(huán)境數(shù)據(jù)中每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)處的插值曲面：

16、

17、式中，s(x)表示插值曲面在當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)x處的值；n表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)的相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量；δ表示三維插值系數(shù)；φ表示徑向基函數(shù)；x表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)；xj表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)的第j個(gè)相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)；||x-xj||表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)和第j個(gè)相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離；p(x)表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)x處的插值穩(wěn)定系數(shù)；σ表示求和符號(hào)；

18、確定所述空間環(huán)境數(shù)據(jù)中所有數(shù)據(jù)點(diǎn)處的插值曲面，構(gòu)建所述車居設(shè)備的空間環(huán)境數(shù)字模型；

19、在得到所述空間環(huán)境數(shù)字模型后，基于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，通過(guò)調(diào)整每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置對(duì)所述空間環(huán)境數(shù)字模型進(jìn)行優(yōu)化，生成多個(gè)優(yōu)化數(shù)據(jù)點(diǎn)，所述優(yōu)化數(shù)據(jù)點(diǎn)的表達(dá)式為：

20、

21、式中，x'表示優(yōu)化數(shù)據(jù)點(diǎn)；x表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)；α表示平滑強(qiáng)度系數(shù)；n表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)的相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量；xj表示當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)的第j個(gè)相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)；σ表示求和符號(hào)；

22、基于所述優(yōu)化數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)所述空間環(huán)境數(shù)字模型進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化；

23、通過(guò)所述通信協(xié)議匹配所述空間環(huán)境數(shù)字模型和車居設(shè)備的行為數(shù)據(jù)，生成數(shù)字孿生模型并存儲(chǔ)至所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)。

24、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述車機(jī)界面為三維可視化用戶界面，所述用戶通過(guò)所述車機(jī)界面查看所述車居設(shè)備的使用狀態(tài)以及自動(dòng)化控制所述車居設(shè)備的工作狀態(tài)。

25、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述車居數(shù)字孿生云平臺(tái)通過(guò)大數(shù)據(jù)算法根據(jù)所述用戶操作數(shù)據(jù)識(shí)別并推薦所述車居設(shè)備的使用建議，并且當(dāng)所述車居設(shè)備發(fā)生異常時(shí)觸發(fā)報(bào)警裝置，具體包括：

26、對(duì)所述用戶操作數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗操作，去除所述用戶操作數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，生成目標(biāo)操作數(shù)據(jù)；

27、提取所述目標(biāo)操作數(shù)據(jù)中的操作特征，構(gòu)建使用建議識(shí)別模型；

28、基于所述使用建議識(shí)別模型，根據(jù)所述操作特征識(shí)別所述車居設(shè)備的使用建議：

29、yt＝f(ft,θ)

30、式中，yt表示第t個(gè)識(shí)別的車居設(shè)備的使用建議；f表示使用建議識(shí)別函數(shù)；ft表示第t個(gè)操作特征；θ表示使用建議識(shí)別模型參數(shù)；

31、確定所述使用建議識(shí)別模型對(duì)應(yīng)的損失函數(shù)，基于優(yōu)化算法調(diào)整所述使用建議識(shí)別模型參數(shù)，最小化所述損失函數(shù)，確定最優(yōu)的所述使用建議識(shí)別模型參數(shù)：

32、

33、式中，θ*表示最優(yōu)的使用建議識(shí)別模型參數(shù)；arg?minθ表示表達(dá)式取最小值時(shí)輸出的θ值；n表示操作特征的總數(shù)；表示第t個(gè)操作特征對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)使用建議標(biāo)簽；yt表示第t個(gè)識(shí)別的車居設(shè)備的使用建議；l表示損失函數(shù)；σ表示求和符號(hào)；

34、根據(jù)所述用戶操作數(shù)據(jù)識(shí)別并推薦所述車居設(shè)備的使用建議，并且當(dāng)所述車居設(shè)備發(fā)生異常時(shí)觸發(fā)報(bào)警裝置。

35、本發(fā)明的一種智能車居數(shù)字孿生控制系統(tǒng)，包括：

36、數(shù)據(jù)管理存儲(chǔ)模塊，用于收集、管理和存儲(chǔ)所需的數(shù)字孿生數(shù)據(jù)，對(duì)所述數(shù)字孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、索引、備份及恢復(fù)操作；

37、模型創(chuàng)建更新模塊，用于根據(jù)車居設(shè)備的物理實(shí)體創(chuàng)建和更新數(shù)字孿生模型，對(duì)所述數(shù)字孿生模型進(jìn)行參數(shù)配置、訓(xùn)練及優(yōu)化；

38、數(shù)據(jù)分析優(yōu)化模塊，用于對(duì)所述數(shù)字孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法和優(yōu)化算法對(duì)所述數(shù)字孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識(shí)別潛在問(wèn)題并為用戶提供決策建議；

39、身份安全驗(yàn)證模塊，用于保護(hù)車居數(shù)字孿生平臺(tái)的安全性，驗(yàn)證用戶身份及控制訪問(wèn)，并對(duì)所述數(shù)字孿生數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和安全審計(jì)；

40、集成模塊，用于提供與外部系統(tǒng)和應(yīng)用程序的集成接口，并與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

41、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述系統(tǒng)還包括車機(jī)展示模塊，用于對(duì)數(shù)字孿生模型、車居設(shè)備連接和數(shù)字孿生數(shù)據(jù)及其分析優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行三維可視化展示。

42、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了一種智能車居數(shù)字孿生控制方法及其系統(tǒng)，通過(guò)車居設(shè)備搭載通信協(xié)議后，根據(jù)車居設(shè)備的物理實(shí)體，預(yù)設(shè)高精度數(shù)字模型并存儲(chǔ)至車居數(shù)字孿生云平臺(tái)；用戶激活車居設(shè)備，且車居設(shè)備與車居數(shù)字孿生云平臺(tái)無(wú)感自動(dòng)連接；根據(jù)車居設(shè)備的物理環(huán)境和對(duì)應(yīng)的高精度數(shù)字模型生成空間環(huán)境數(shù)字模型，通過(guò)通信協(xié)議匹配空間環(huán)境數(shù)字模型和車居設(shè)備的行為數(shù)據(jù)，生成數(shù)字孿生模型并存儲(chǔ)至車居數(shù)字孿生云平臺(tái)；將用戶在車機(jī)界面的用戶操作數(shù)據(jù)上傳至車居數(shù)字孿生云平臺(tái)，通過(guò)通信協(xié)議將用戶操作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為指令，并將指令發(fā)送至車居設(shè)備；車居設(shè)備接收指令并完成對(duì)應(yīng)設(shè)備操作，并將設(shè)備操作數(shù)據(jù)返回至車居數(shù)字孿生云平臺(tái)，且在車機(jī)界面展示設(shè)備操作數(shù)據(jù)；車居數(shù)字孿生云平臺(tái)根據(jù)用戶操作數(shù)據(jù)推薦相應(yīng)使用建議，從而可以實(shí)現(xiàn)直觀、高效的車居設(shè)備互聯(lián)，并且在車機(jī)系統(tǒng)上通過(guò)三維空間模型畫面作為用戶操作界面，直觀可見(jiàn)、操作便捷、且與人在現(xiàn)實(shí)物理空間中的感受更為相似，可以自動(dòng)化生成高還原度的車居空間環(huán)境的數(shù)字孿生模型，讓汽車用戶在使用車載物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)像身處實(shí)際物理空間一樣，進(jìn)而高效、直觀地查看及控制相應(yīng)的車居設(shè)備，對(duì)整體算力需求的要求更低，在實(shí)際車載場(chǎng)景中更容易實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)大數(shù)據(jù)算法實(shí)現(xiàn)智能服務(wù)建議與推薦，打造智能化的車載第三空間，為汽車用戶帶來(lái)便捷、個(gè)性化的車居體驗(yàn)，并通過(guò)實(shí)時(shí)車居環(huán)境監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制功能，提升汽車智能化水平和用戶使用體驗(yàn)。