(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 202210788462.9 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 中国农业大 学 地址 100083 北京市海淀区 圆明园西路2号 (72)发明人 季俊夫　钱胤宁　马玲君　 (74)专利代理 机构 北京国坤专利代理事务所 (普通合伙) 11491 专利代理师 赵红霞 (51)Int.Cl. G06F 16/904(2019.01) G06Q 50/04(2012.01) G06T 17/00(2006.01) G06Q 10/08(2012.01) (54)发明名称 一种用于葡萄酒生产的数字孪生体构造系 统 (57)摘要 本发明属于葡萄酒生产监控技术领域， 公开 了一种用于葡萄酒生产的数字孪生体构造系统， 包括： 数据采集模块、 数据预处理模块、 中央控制 模块、 数据分析模块、 三维模型构建模块、 孪生体 模型构建模块、 虚拟现实模型构建模块、 增强现 实模型构建模块、 仿真分析模块、 优化策略确定 模块、 执行模块、 虚拟交互模块、 可视化监控模块 以及更新模块。 本发明不仅能够监测流通过程中 各个环节的信息， 同时还能对个性化订单进行仿 真分析， 对现有的生产流程进行优化， 提高了葡 萄酒仿真分析的精准度以及效率。 同时， 本发明 还能够有利于及时优化调整现有生产流程、 环节 和参数， 实现葡萄酒生产全产业链的自动感知以 及精准监控， 有效提高了经济收益以及葡萄酒的 质量。 权利要求书5页 说明书12页 附图3页 CN 115422415 A 2022.12.02 CN 115422415 A 1.一种用于葡萄酒生产的数字孪生体构造系统， 其特征在于， 所述用于葡萄酒生产的 数字孪生体构造系统包括： 数据采集模块， 与中央控制模块连接， 用于采集从葡萄种植、 采摘到葡萄加工、 酿造以 及葡萄酒庄的全产业链的相关数据； 数据分析模块， 与中央控制模块连接， 用于对预处理后的数据进行分析， 确定葡萄酒生 产的全部流 程、 每个流程涉及到的环 节以及相应数据、 参与人员的相关信息； 三维模型构建模块， 与中央控制模块连接， 用于基于采集的相关葡萄酒生产的厂房、 设 备的图像以及其 他数据构建从葡萄种植到葡萄酒出厂的全部三维场景模型； 孪生体模型构建模块， 与中央控制模块连接， 用于基于提取的葡萄酒生产的全部流程 以及各个流 程的环节以及构建的三维模型进行孪生体模型的构建： 获取葡萄酒生产过程中的历史数据， 并对所述历史数据进行 预处理； 基于生产的各个流 程构建与对应三维模型匹配的基础数字 孪生体模型： 根据预处 理后的历史数据建立稀疏生产张量x； 对所述稀疏生产张量进行初始化， 得到葡萄酒生产张量， 所述葡萄酒生产张量的各元 素满足如下等式： 其中， 用于表征维度为 i,j,k三维张量元 素， Ω为数据索引集 合的全集； 定义同类张量S； 所述同类张量S与所述稀疏生产张量x的大小相同， 且所述同类张量S 的各元素满足如下等式： 其中， Sijk用于表征维度为 i,j,k的三维同类张量S； 根据如下等式组， 对轨 迹张量进行 预设迭代次数的迭代计算： 权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115422415 A 2其中， q用于表征葡萄酒生产的维度， Bq和yq用于表征算法中间变量， 用于表征葡萄酒 生产张量， 用于表征将所述葡萄酒生产张量 按照第q个维度展开， yq(q)用于表征将 所述算法中间变 量yq按照第q个维度展开， ρ用于表征相邻两次迭代的更新步长， αq用于表征 矩阵中各元素之和等于1的参数向量， S用于表征与所述稀疏轨迹张量x大小相同的同类张 量， foldq(·)用于表征将矩阵还原成张量的运算符， 用于表征进行奇异值分解 的运算符； 根据迭代计算后的葡萄酒生产张量， 输出基础数字 孪生体模型； 建立各个流程的基础数字孪生体模型对应的映射关联关系， 并利用预处理后的历史数 据进行所述基础数字 孪生体模型的训练、 测试和优化； 将获取的葡萄酒生产的全部流程以及各个流程的环节数据输入到优化后的基础数字 孪生体模型中， 并将所述 流程与环节数据添加到映射关联关系中； 同时将多个基础数据孪生体模型基于所述关联关系连接为一个整体， 得到葡萄酒全产 业链的孪生体模型； 对历史数据进行预处理包括： 进行数据清洗、 转换处理， 并统一数据时间序列数据频 率； 虚拟现实模型构建模块， 与中央控制模块连接， 用于利用电脑模拟构建得到虚拟现实 模型， 进行三维空间的虚拟世界模拟； 增强现实模型构建模块， 与中央控制模块连接， 用于进行增强现实模型的构建， 进而实 现虚拟三维时间与现实世界的互动； 仿真分析模块， 与中央控制模块连接， 用于利用虚拟现实模型进行葡萄酒生产三维空 间的模拟， 并利用构建的孪生体模型进行虚拟的葡萄酒的生产； 虚拟交互模块， 与中央控制模块连接， 用于提供增强现实模型利用语音交互设备、 影像 交互设备进行控制终端与各流 程的厂房、 设备的控制端的交 互。 2.如权利要求1所述用于葡萄酒生产的数字孪生体构造系统， 其特征在于， 所述用于葡 萄酒生产的数字 孪生体构造系统还 包括： 数据预处理模块， 与中央控制模块连接， 用于对采集的相关数据进行预处理， 得到预处 理后的相关数据； 中央控制模块， 与数据采集模块、 数据预处理模块、 数据分析模块、 三维模型构建模块、 孪生体模型构建模块、 虚拟现实模型构建模块、 增强现实模型构建模块、 仿真分析模块、 优 化策略确定模块、 执行模块、 虚拟交互模块、 可视化监控模块以及更新模块连接， 用于控制 葡萄种植、 采摘、 加工、 酿造以及葡萄酒庄的全产业链的控制设备， 并基于确定的优化策略 向葡萄种植、 采摘、 加工、 酿造以及葡萄酒庄的全产业链的控制设备 下发相应控制指令； 优化策略确定模块， 与中央控制模块连接， 用于基于仿真分析结果确定葡萄酒生产过 程中的问题以及对应的优化策略； 执行模块， 与中央控制模块连接， 用于葡萄种植、 采摘、 加工、 酿造以及葡萄酒庄的全产 业链的控制设备基于控制指令执 行相应的调节、 控制处 理， 按照优化策略执 行葡萄酒生产；权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115422415 A 3