CN115616067A - 一种管道检测数字孪生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种管道检测数字孪生系统，属于油气管道检测技术领域。所述系统包括物理实体、数字孪生模型、数据管理平台、可视化应用平台以及检测控制平台。物理实体包括油气管道以及相应的监控设备、管道周围的工作环境以及专门设计的管道机器人构成；数字孪生模型包括管道数字孪生模型和管道机器人数字孪生模型，其可分为三维信息模型、原理计算和行为演化模型；数据管理平台其为数字孪生系统提供准确大量全面及时的数据，进行数据的存储、分析和决策支持；所述可视化应用平台面向客户提供详实的检测情况、维护指导；检测控制平台联系物理实体和数据管理平台，传递可视化平台的决策和执行指令，采集和传输相应的检测、监控数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道检测数字孪生系统，属于油气管道技术领域。
背景技术
数字孪生技术一种利用大数据、智能算法、物理模型等多技术融合，用来对物理实体进行精准刻画和预测的技术，实现了在虚拟空间的映射，可以良好反应物理实体状态的技术。
在油气管道的领域中，由于管道运输是石油等流体的在陆地上的主要运输手段，而复杂的外部环境和人为因素导致管道缺陷产生，管道缺陷的产生容易直接或间接导致事故发生，为了减少相应的事故发生的，进行相应的管道检测十分必要。而目前的检测技术均存在一定不足，也不能实时分析和给出相应的维护方案，为了提高相应的检测和维护的效率引入数字孪生技术。设计了基于数字孪生技术构建的管道检测数字孪生系统，来实现实时检测和维护方案的提供可提高管道的运输的安全性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是用来解决管道的缺陷检测与缺陷维护，为管道的故缺陷的检测、寿命预测以及维护工作提供一定的支持，存储相应的应对缺陷的措施为以后的缺陷分析提供支持也促进了管道缺陷的决策、分析能力。
本发明的技术方案是：一种管道检测数字孪生系统，包括油气管道、油气管道运输的流体，管道周围的土壤、管道的监测设备以及专门设计的相应的管道机器人；
所述的数字孪生模型采用多空间尺度、时变量和常量等多时间尺度并结合行为、规则、原理等方面进行相应的描述；
所述的检测控制平台用于管道监测数据的获取与传递，检测数据的实时获取和传递并将获得的数据传递给相应的数据管理平台，可以通过可视化平台查看相应的管道的实际检测情况和状态以及通过相应的平台调节相应的管道机器人的状态；
所述的数据管理平台用于存储、管理数据并为数字孪生模型和可视化平台提供数据的支持；
所述的可视化平台面向用户可实现对于管道的历史运行和故障状态进行相应的显示，用户可以通过相应的可视化平台查看具体情况并对缺陷进行相应的评估结果显示，根据相应的阈值进行预警并为相应的维护方案提供建议。
进一步地所述的数字孪生模型融合了管道的三维信息模型、原理计算模型、行为演化模型；
进一步地所述的三维信息模型是针对管道的几何结构、土壤条件、周围的地理信息以及针对管道机器人的三维尺寸、运动信息、位置信息；
进一步地所述的原理计算模型就是利用管道所处的位置信息、土壤理化特性以及管道腐蚀原理对管道缺陷进行分类和管道进行相应的寿命预测，获得相应的评价指标，也对管道机器人的运动学原理、力学属性、边界条件得到相应的加速度、速度、位置、应力、应变、磨损等重要指标；
进一步地所述的行为演化模型是依靠原理计算模型和三位信息模型，采用深度学习算法寻找数据之间的联系对相应的模型参数优化，进一步减少数字孪生模型与物理实体的误差，实现对管道的检测状态的显示和提供相应的维护方案。
进一步地所述的检测控制平台主要用于监测数据和检测数据的采集和传输，监测数据涉及到管道重要部位的应力应变传感器、温度传感器、压力传感器的智能传感器数据，检测控制平台发出相应的命令获取相应的数据，检测数据包括通过管道机器人采集的漏磁数据，通过摄像头获取的图像数据、通过里程轮获取的速度、位移数据，监测数据和检测数据通过有线网络或者无线网络传递相应的数据给检测控制平台并进一步的传递给数据管理平台，或者接受可视化应用平台发出相应的指令。
进一步的所述的检测控制平台用于管道机器人的控制和检测数据的获取，其采用混合驱动管道检测机器人，其携带有漏磁缺陷检测装置通过励磁装置进行磁化并通过霍尔元件获取漏磁信息并传递给相应的单片机系统并由网络传输设备把收集的数据传递给检测控制平台。
进一步的所述地数据管理平台用来接受存储大量的运行监测数据、检测数据、原理计算模型数据、数字孪生模型运行数据，数字孪生模型和可视化管理平台可以调用数据管理平台提共接口也可以接受来自检测控制平台的数据、下达相应的指令提高接口；
进一步地所述的数据管理平台内部包含与外界相会关联的数据库，可以按一定的频率更新相应的历史数据，也可以调用相应的数据库为相应的数据的处理提供相应的支撑；
进一步地所述的数据管理平台采用常用的关系数据模型搭建方式，用来接受和存储相应的检测数据、传感器获取数据、数字孪生运行数据、并将相应的数据进行处理先对数据进行预处理，进行数据的补充、纠正、删除等操作，然后采用智能算法进行聚类分析、分类预测、关联分析等数据加工处理。
进一步的所述地可视化应用平台采用的B/S架构；
进一步的所述地可视化应用平台通过数据管理平台调用数字孪生模型的三维信息模型、原理计算模型、演化模型的检测数据和监测数据，并将相应的结果通过数据管理平台或直接传递给可视化服务平台并将相应的运行的结果在可视化平台的呈现并根据相应的缺陷的评估结果进行分类，根据不同的分类的固定的阈值进行相应的报警。
进一步地所述的用户通过可视化服务应用平台显示管道的监测和检测情况，当需要实时观察时可以由可视化应用平台发出相应的指令，指令通过检测控制平台通过网络传递给相应的管道机器人并由机器人实现相应的具体操作；用户通过可视化应用平台打开可视化界面的对应的预警缺陷，打开相应的预警信息和维护建议用户根据自己的实际情况进行决策和处理，并将相应的处理结果从传递给数据管理平台进行相应存储。
本发明所述的管道为天然气管道，包括但不限于石油管道、自来水管道等
本发明的有益效果是：提升了管道的检测水平，采用的是智能化的数据处理可以实现缺陷的实时显示，给出相应的维护方案和建议，有助于管道的健康运行实现了管道的智能化的检测。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明模型之间的相互关系示意图；
图3是本发明的实施流程图图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种管道检测数字孪生系统，包括五个部分组成：物理实体、数字孪生模型、检测控制平台、数据管理平台、可视化应用平台。
所述的物理实体涉及到管道结构、管道的监测设备、管道检测机器人以及管道周围的土壤酸碱度和温度等理化特性、运输流体的理化特性。物理实体一种管道检测数字孪生系统的研究对象以及影响研究结果的重要影响因素和重要因素的监测设备，而依据其不同的定位可以划分为研究对象、监测设备、检测设备、环境因素。
如图2-3所示，所述的孪生模型从多时间尺度、多空间尺度刻画物理实体的模块的几何、理化、行为、规则等多个方面的特征被融入在三维信息模型、原理计算模型、行为演化模型。其中的三维信息模型是针对管道的结构、土壤条件、周围的地理信息以及针对管道机器人的三维尺寸、位置信息；所述的原理计算模型利用深度学算法（如卷积神将网络）并结合基于管道所处的地里位置、土壤理化特性以及管道腐蚀原理进行缺陷的识别和对管道进行相应的寿命预测获得相应的评价指标，也包括利用管道机器人的运动学原理、力学属性、边界条件结合深度学习算法得到相应的加速度、速度、位置、应力、应变、磨损等重要指标；所述行为演化模型就是利用智能算法采用固定的频率进行相应的数据实时更新和优化相应的参数使得相应的模型更加的贴近相应的实际情况并结合相应的可视化平台，实现对管道的检查状况显示和预测。
所述的检测控制平台用于对管道的状况的监测和检测并将相应的数据传递给相应的数据管理平台，还用于可视化应用平台发布相应的指令的传递。例如智能温度传感器将相应的温度传递给相应的检测控制平台，检测控制平台将数据传递给数据管理平台，数据管理平台在将相应的监测数据进行分析、传递和处理，然后将相应的数据传递给数字孪生系统和可视化平台进行相应的显示和对涉及到相应的温度数据的模型更新和处理；数字孪生平台经过演化分析和原理分析，得到了相应的管道的缺陷的状态和进行了相应的评估，获得缺陷对未来的管道的影响结果，然后根据结果进行比较相应的阈值得到相应的预警信息，在将结果给到数据管理平台，数据管理平台利用智能化算法得出相应的维修意见，并将建议传递给相应的可视化应用平台，可视化应用平台再根据相应的阈值对缺陷显示不同的颜色和给出相应的警告和给出相应的维护意见；使用者移动鼠标将鼠标拉到相应的缺陷处并点开相应的警告信息，使用者根据相应的使用信息得出要做出的决策。
可视化应用平台是用户直接使用的模块也是数字孪生系统展示结果的平台，采用类似于网站的B/S架构模式，可以调用数据管理平台、检测控制平台并将数字孪生模型的运行结果进行相应的显示，用户可以通过可视化应用平台获取已经检测的缺陷的状况；当在检测的实施过程中需要获得更加详细的情况，可以通过可视化的应用平台调用专门设计的管道机器人，通过检测控制平台控制管道机器人的运动并将实时的检测数据和观察状态进行相应的呈现；用户根据具体情况进行相应的操作并将相应的决策结果和实现的结果存储在相应的数据管理模块之中。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种管道检测数字孪生系统，其特征在于：包括物理实体、数字孪生模型、检测控制平台、数据管理模块、可视化应用平台；
所述物理实体包括油气管道、油气管道运输的流体，管道周围的土壤、管道的监测设备以及专门设计的相应的管道机器人；
所述的数字孪生模型采用多空间尺度、时变量和常量等多时间尺度并结合行为、原理等方面进行相应的描述；
所述的检测控制平台用于管道监测数据的获取，检测数据的实时获取和传递，并将获得的数据传递给相应的数据管理平台，还可以通过可视化平台查看相应的管道的实际检测情况、状态；
所述的数据管理平台用于存储、管理数据并为数字孪生模型和可视化平台提供数据、决策的支持；
所述的可视化平台面向用户可实现对于管道的运行和故障状态进行相应的显示，用户可以通过相应的可视化平台查看具体情况并对缺陷进行相应的评估结果显示，根据相应的阈值进行预警并显示相应的维护建议方案。
2.根据权利要求1所述的管道检测数字孪生系统，其特征在于：所述的数字孪生系统结合了三维模型、规则模型和行为演化模型；
所述三维模型是从管道和管道机器人两个角度建模，管道三维模型其采用管道施工图纸、管道具体施工的几何特征以及管道机器人的视频拍摄的三维点云融合构的三维模型，管道机器三维模型根据相应的图纸和实测几何模型搭建三维模型；
所述规则模型是从多维度、多时间尺度等多尺度对物理实体进行相应的刻画和精准描述，其结合管道的腐蚀原理、腐蚀条件、管道变形机制、管道寿命预测等各种原理模型；
所述行为演化模型就是利用智能算法采用固定的频率进行相应的数据实时更新和优化使得相应的模型更加的贴近相应的实际情况并结合相应的可视化平台，实现对管道的检查状况显示和预测。
3.根据权利要求1所述的管道检测数字孪生系统，其特征在于：所述的检测控制平台用于对管道的监测数据的获取。
4.根据权利要求1所述的管道检测数字孪生系统，其特征在于：所述的检测控制平台用于管道机器人的控制和检测数据的获取。
5.根据权利要求1所述的管道检测数字孪生系统，其特征在于：所述的数据管理平台采用常用的关系数据模型搭建方式，用来接受和存储相应的检测数据、非检测传感器获取数据、数字孪生运行数据、并将相应的数据进行处理先对数据进行预处理，在进行数据的补充、纠正、删除等操作，然后进行聚类分析、分类预测、关联分析等数据加工处理，为后续工作提供数据支持。
6.根据权利要求1所述的管道检测数字孪生系统，其特征在于：所述可视化应用平台采用B/S架构。
7.根据权利要求1所述的管道检测数字孪生系统，其特征在于：所述的可视化数据服务平台通过数据管理平台调用相应的数字孪生模型的三维模型、原理模型、检测控制平台等数据，并将处理后的数据分析、处理结果通过可视化界面进行相应的呈现，同时得出相应的缺陷评估结果并给出应对和预警措施。
8.根据权利要求1-7任意一条所述的管道检测数字孪生系统，其特征在于：使用者使用可视化应用平台查看相应的管道检测结果，在有需要的情况下可以通过调用相应的检测控制平台指令，对具体的操作对故障进行实时的观察相应的故障情况；使用者也可以通过可视化服务平台显示的信息提示及时、快速的获得管道的缺陷类型、缺陷原因分析、缺陷的补救维护措施，给使用者提供决策帮助并将决策结果和处理情况进行相应的保存。
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