【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及运输管道检测，具体为基于数字孪生的管道检测系统和系统构建方法及检测方法。
技术介绍
1、管道在工业、能源运输方面有着重要的作用，定期对管道进行检测可以发现潜在的问题，确保管道系统的安全运行，减少事故风险，保护人员和环境安全。传统的管道检测方法缺乏实时监测能力和智能预测机制，因此需要一种创新性的解决方案，以提高管道系统的可靠性和效率
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了基于数字孪生的管道检测系统和系统构建方法及检测方法，具备缺陷进行报警，并对可能发生缺陷的位置进行预警等优点，解决了上述技术问题。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于数字孪生的管道检测系统，包括物理实体、数据中心、虚拟场景和可视化操作平台；
5、所述物理实体用于管道实时运行数据和检测数据的获取与传递，包括所监测的管道，管道附近的环境、温度、湿度和地理信息，并将信号传递给数据中心；
6、所述数据中心用于数据存储和数据处理，存储的数据为虚拟场景和可视化操作平台提供数据支撑；
7、所述虚拟场景用于对所述物理实体的虚拟映射，所述虚拟场景包括物理实体三维模型、实时场景信息、虚拟场景更新信息；
8、所述可视化操作平台用于显示人机交互界面，所述物理实体与数据中心之间存在连接，所述数据中心与虚拟场景之间存在连接，所述数据中心与可视化操作平台之间存在连接关系
9、作为本专利技术的优选技术方案，所述物理实体包括数据获取模块，所述数据获取模块包括用于获取管道运行数据的各类传感器和检测装置，所述数据获取模块将物理实体的各种实时数据，所述数据中心可通过数据接口将实时控制数据传递给物理实体，用于对管道的开闭进行控制。
10、作为本专利技术的优选技术方案，所述数据中心的数据存储包括历史数据存储和实时更新数据存储，所述数据中心的数据处理包括对更新后的数据与历史数据进行对比，对检测数据进行评估，数据中心通过数据接口将传递给可视化操作平台，数据中心处理后的物理实体实时数据通过数据接口传递给虚拟场景。
11、作为本专利技术的优选技术方案，所述物理实体三维模型包括几何模型、物理模型、行为模型、规则模型，并建立物理三维模型在虚拟场景里面的空间坐标体系，所述实时场景信息包括场景的实时地理、环境信息，所述虚拟场景更新信息用于接收数据中心传递过来的物理实体实时数据，并对物理实体的几何、物理特征动态信息进行更新。
12、作为本专利技术的优选技术方案，所述数据获取模块使用物联网设备获取安装在管道内部的温度传感器、压力传感器、流量传感器获取管道实时运行数据和检测数据，并将数据转换为标准格式；
13、所述检测装置采用电磁超声检测装置，沿管道壁阵列布置电磁超声传感器。
14、本专利技术还提供一种基于数字孪生的管道检测系统的构建方法，根据上述的一种基于数字孪生的管道检测系统，包括以下步骤：
15、s1、建立虚拟场景，依据现有的物理实体建立三维模型，对真实物理实体进行映射；
16、s2、建立数据存储模块，存储来自各种传感器、设备和系统的实时和历史数据，同时建立数据处理模块，通过物理实体三维模型里面的规则模型建立实时管道检测信息与虚拟场景对比机制，分析历史数据和运行状态；
17、s3、建立各部分的连接关系，用于对数据进行实时传输与存储，包括物理实体与数据中心的连接、数据中心与虚拟场景的连接和可视化操作平台与虚拟场景的连接
18、作为本专利技术的优选技术方案，所述步骤s1中的依据现有的物理实体建立三维模型包括几何模型，物理模型，行为模型，规则模型；
19、所述几何模型利用管道施工图纸和三维激光扫描仪在三维建模软件内建立所监测的管道关键几何尺寸、空间特征；
20、所述物理模型分析工具对管道系统的边界条件，包括入口、出口条件以及与环境的相互作用、管道内流体流速，进行数学模拟与结构力学仿真分析，帮助改善管道系统的性能；
21、所述行为模型基于物理模型和几何模型建立行为模型；利用神经网络使用收集的实际数据来调整和优化模型，对实际管道系统的具体运动行为状态进行反映；
22、所述规则模型通过收集管道系统的设计、建造、监测和维护，管道系统的风险评估和管理标准，结合历史数据的规律规则，运用机器学习不断自演化规则，对管道状态进行预测、优化和决策。
23、作为本专利技术的优选技术方案，所述物理实体与数据中心的连接包括物联网设备收集物理实体的传感器数据，由数据接口通过websocket协议规范传递给数据中心；数据中心将处理后的数据和用户指令由数据接口通过websocket协议规范反馈给物理实体；
24、所述数据中心与虚拟场景的连接包括采集的物理实体实时数据由数据接口通过数据库接口mysql传输给虚拟场景，用于更新校正虚拟场景的物理实体三维模型和场景信息，并实时读取数据中心存储的历史融合数据、运行生命周期数据驱动虚拟场景动态仿真将仿真及相关数据由数据接口通过数据库接口实时存储到数据中心；
25、所述可视化操作平台与虚拟场景的连接包括由数据接口通过websocket协议实现可视化操作平台与虚拟场景的双向通讯；
26、所述数据中心与可视化操作平台的连接包括通过数据库接口mysql由数据接口将用户的指令、历史数据传递给数据中心。
27、本专利技术还提供一种基于数字孪生的管道检测系统的检测方法，使用了上述的一种基于数字孪生的管道检测系统，包括以下步骤：
28、c1、将每段管道划分为n个检测点，每个检测点有电磁超声换能器、流量传感器、压力传感器，并对每个检测点位的传感器进行标号；
29、c2、采用电磁超声对n个正常管道进行检测，得到正常管道的超声波信号，通过拟合得到正常管道的超声振幅衰减系数，振幅衰减函数表达式如下：
30、a(t)＝a0·e-αt
31、振幅衰减值函数表达式如下：
32、ax＝a(t)-a0
33、得到正常管道的振幅衰减值az
34、az＝a(z)-a0
35、其中，a(t)为时间t时超声波信号振幅，a0为初始振幅，α为振幅衰减系数，t为超声波传递时间，a(z)为正常管道接收超声波信号振幅，e为自然对数，ax表示振幅衰减值函数；
36、c3、测量不同损伤管道，测得每个编号点位的流量值qi，压力值pi，振幅衰减值ai，i＝1，2，3......n；
37、计算得出的欧几里得距离函数得到管道异常函数表达式如下：
38、
39、其中，di表示第i个检测点的多维检测数据与该检测点正常平均数据的欧几里得距离值，q(x)、p(x)、a(x)表示对应流量值qi，压力值pi，振幅衰减值ai的差值函数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：包括物理实体、数据中心、虚拟场景和可视化操作平台；
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：所述物理实体包括数据获取模块，所述数据获取模块包括用于获取管道运行数据的各类传感器和检测装置，所述数据获取模块将物理实体的各种实时数据，所述数据中心可通过数据接口将实时控制数据传递给物理实体，用于对管道的开闭进行控制。
3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：所述数据中心的数据存储包括历史数据存储和实时更新数据存储，所述数据中心的数据处理包括对更新后的数据与历史数据进行对比，对检测数据进行评估，数据中心通过数据接口将传递给可视化操作平台，数据中心处理后的物理实体实时数据通过数据接口传递给虚拟场景。
4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的管道检测系统和系统构建方法及检测方法，其特征在于：所述物理实体三维模型包括几何模型、物理模型、行为模型、规则模型，并建立物理三维模型在虚拟场景里面的空间坐标体系，所述实时场景信息包括场景的实时地理、环境信息，所述虚拟场景更新信息
5.根据权利要求2所述的基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：所述数据获取模块使用物联网设备获取安装在管道内部的温度传感器、压力传感器、流量传感器获取管道实时运行数据和检测数据，并将数据转换为标准格式；
6.一种基于数字孪生的管道检测系统的构建方法，根据权利要求1-5任意一项权利要求所述的一种基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的基于数字孪生的管道检测系统的构建方法，其特征在于：所述步骤S1中的依据现有的物理实体建立三维模型包括几何模型，物理模型，行为模型，规则模型；
8.根据权利要求6所述的基于数字孪生的管道检测系统的构建方法，其特征在于：所述物理实体与数据中心的连接包括物联网设备收集物理实体的传感器数据，由数据接口通过WebSocket协议规范传递给数据中心；数据中心将处理后的数据和用户指令由数据接口通过WebSocket协议规范反馈给物理实体；
9.一种基于数字孪生的管道检测系统的检测方法，使用了权利要求1-5任意一项权利要求所述的一种基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于数字孪生的管道检测系统的检测方法，其特征在于：若存在缺陷时，根据管道异常数据集进行处理，选定一个不影响管道运行的数值设定为阈值x0，当实际测量计算值大于设定阈值时进行报警，当实际检测数据小于等于这个阈值但暂时不影响管道正常使用时且大于时，将测量的位置标记为发生异常位置。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：包括物理实体、数据中心、虚拟场景和可视化操作平台；
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：所述物理实体包括数据获取模块，所述数据获取模块包括用于获取管道运行数据的各类传感器和检测装置，所述数据获取模块将物理实体的各种实时数据，所述数据中心可通过数据接口将实时控制数据传递给物理实体，用于对管道的开闭进行控制。
3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：所述数据中心的数据存储包括历史数据存储和实时更新数据存储，所述数据中心的数据处理包括对更新后的数据与历史数据进行对比，对检测数据进行评估，数据中心通过数据接口将传递给可视化操作平台，数据中心处理后的物理实体实时数据通过数据接口传递给虚拟场景。
4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的管道检测系统和系统构建方法及检测方法，其特征在于：所述物理实体三维模型包括几何模型、物理模型、行为模型、规则模型，并建立物理三维模型在虚拟场景里面的空间坐标体系，所述实时场景信息包括场景的实时地理、环境信息，所述虚拟场景更新信息用于接收数据中心传递过来的物理实体实时数据，并对物理实体的几何、物理特征动态信息进行更新。
5.根据权利要求2所述的基于数字孪生的管道检测系统，其特征在于：所述数据获取模块使用物联网设备获取安装在管道...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓龙，李惟骞，张檠，钟陇昕，马骥，张国淼，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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