阿里云 物联平台 IoT 物联网场景数字孪生开发实战

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一、核心概念 

数字孪生:物理世界的数字化呈现,对物理世界的设备、流程、系统、场景等建立业务模型,对物理实体信息进行实时采集、运算分析、监控统计等,从而更精准地掌握业务模型动态变化,进而实现对实际生产过程的提效和降本目的。阿里物联网数字孪生功能主要包括业务建模,规则配置,数据映射。

孪生实例:描述物理世界的业务场景、流程、设备的业务模型,由多个实例节点组成。

实例节点:指业务场景中真实设备或虚拟功能模块。每个实例节点包括关系结构、物模型和虚拟设备。

孪生模板:快速构建业务模型的基础组件。

物模型:在物模型1.0基础上,新增属性运算规则配置,支持节点数据运算功能。

数据映射:将数据采集和场景建模解耦,通过数据映射把采集数据映射到孪生实例任意节点物模型属性。

二、各概念关系

  • 业务建模

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  • 物模型

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当前只支持属性,根据业务需求再扩展服务、事件能力

  •  运算规则

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  •   数据映射

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三、操作流程

数字孪生是在物模型基础上进行功能升级,支持复杂业务场景的建模,提供关系结构描述,规则运算和数据映射的功能。操作流程如下:

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数字孪生实例创建主流程包括:构建实例、配置规则、配置数据映射,后续进行详细说明。

四、操作详述

4.1孪生实例

以飞天园区创建孪生实例进行说明:

创建孪生实例 

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编辑节点关系

通过右键“新建节点”或拖拽左上角数字孪生节点来添加新节点,用于构建孪生实例节点关系结构。

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编辑节点模型

1. 选中节点,配置实例节点物模型,当前只支持编辑属性配置。

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物模型属性编辑方式与当前物模型编辑保持一致。为方便说明规则运算功能,每个节点新增temperature和degree两个属性。

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同时创建华氏度温度属性,用于存储转换后的值:

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  1. 每个sensor物模型属性定义:

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编辑节点规则

节点规则包括:自身规则 –物模型自身功能定义规则运算 和 父子节点规则 –跨物模型功能定义之间的计算。

1. 编辑本节点规则

把采集设备上报温度单位为摄氏度转化为华氏度,自身节点规则支持数据量纲转换。

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  1. 填写节点自身转换规则

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3. 添加父子节点规则

-1. 编辑父节点物模型属性,父子节点规则支持多节点属性数据聚合运算。

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-2. 添加父子节点物模型规则

-当前room平均温度由两个sensor华氏度温度进行计算,所以填写两个输入参数,通过 “添加参数”按钮录入其他参数,每个表达式最多支持5个参数。

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点击“添加参数”按钮录入多个表达式参数。

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备注:

采集设备的属性上报可触发多条规则运算,但不会把计算结果再作为入参触发新规则运算,所以temperature属性上报会触发自身规则convert2degree的运算,同时还会触发computeAvgDegree父子节点规则运算。如果Degree上配置父子节点规则,不会因为temperature的上报而在此触发。

查看room节点新增的运算规则:

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4.2孪生模板

为更方便构建孪生实例,可选中孪生实例中的节点生成孪生模板,会把选中节点的关系、物模型和规则都拷贝到模板中,然后再通过引用、拷贝模板的方式来构建孪生实例。

  • 引用模式:新创建的实例节点复用模板中的物模型和规则,物模型和规则只允许在模板上进行编辑,编辑之后在多个引用实例上立即生效。

  • 拷贝模式:拷贝模板中的物模型和规则到实例节点中,编辑模板对于拷贝的实例无效。

创建模板

选中实例节点,点击右键生成孪生模板,当前最多可选中10个实例节点生成模板。

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填写模板名称,生成模板为异步过程,成功之后,左边栏会展示新生成的模板。

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编辑模板

1. 选中模板,右键选择“编辑”按钮,跳转到编辑模板页,对模板结构关系、节点物模型和规则进行编辑。

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备注:

编辑模板节点物模型、规则的操作方式和实例一样,不再赘述。但编辑模板物模型和规则对于所有引用的实例节点同步生效,请提前评估好影响。

通过模板构建实例

 1. 每栋建筑下都有相同物模型和规则的会议室,可以拖拽parkRoom模板到实例父节点下创建新的子节点关系。

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选择引用模板方式创建新节点:

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双击节点可对节点进行重命名:

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实例节点重命名之后的关系结构:

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4.3数据映射

数据映射:把数据采集和场景建模进行解耦,可以把设备A采集的数据映射到孪生实例任意节点上。

创建数据采集产品

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 免效验类型:对设备上报的数据不进行强效验。

创建数据采集设备

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配置数据映射

选中对应的孪生实例,并且选择创建数据映射

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这里选择的用户自定义协议,自定义协议脚本配置和标准物模型上报有一定区别。使用时候请留意。

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对应数据映射配置:因为不存在数据转换,脚本内容配置模板内容即可。

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4.4实例运行

模拟设备上报数据

模拟采集设备上报属性temperature,temperature属性上报会触发实例规则运算,把运算结果存储到目标实例属性。这里通过设备模拟器模拟真实设备属性上报。

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数据映射日志

点击“查看云端日志”查看上报属性映射到孪生实例的执行情况。

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自身节点规则运算数据

设备上报属性值会映射到孪生实例节点物模型属性,先存储至节点设备物模型属性数据,然后再触发后续规则运算,一个属性上报可触发多个规则运算。运算结果数据可点击孪生实例“运行状态”进行查看。

孪生设备节点属性和自身规则数据查看方式。

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父子节点规则运算数据

孪生父子节点规则运算结果存储到父节点设备物模型属性,可点击父节点属性进行查看。

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查看孪生实例日志

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