天然气无人值守站数字孪生监控系统及方法

本发明涉及互联网，具体涉及天然气无人值守站数字孪生监控系统及方法。

背景技术：

1、天然气无人值守站是指通过自动化技术和远程监控系统，减少或不需要人工操作的站点。其主要功能涵盖了天然气接收储存、调峰分输、调压配气和调度分配等。站场橇装模块化是将管道站场按功能划分为不同模块以满足整座站场功能的设计，其工艺流程为标准化生产后，在现场逐一就位、调试、整体拼接整合，最后安装非模块化部分和附属设施。数字孪生是一种通过数字模型对实体系统进行实时仿真和监控的技术。可实现对站场健康实时监测和状态仿真，以及调整和优化运行参数。

2、现有技术中，由于天然气站场工艺的复杂性，在站场人员对于生产运行控制与安全管理过程中，数字孪生技术的应用存在着人员具身高负荷认知压力和物理空间设备协同利用率不高的问题。

3、

技术实现思路

1、本发明的克服上述缺点提出了一种能提高天然气无人值守站场全面智能控制能力，有利于无人值守的天然气无人值守站数字孪生监控系统及方法。

2、本发明的天然气无人值守站数字孪生监控系统，基于物理实体、虚拟实体、站场服务、孪生数据和连接五个维度建立而成，包括：虚拟撬装站场模块、交互管理模块、孪生数据模块、预警监控模块；

3、所述虚拟撬装站场模块是依据物理站场的几何模型、物理实体、行为模型和规则模型虚拟搭建而成，包括进站区、过滤区、预留加热区、计量调压区、出站区和越站区；

4、所述几何模型是站场中的物体的形状、结构、空间布局；

5、所述物理实体是站场中物体的动态行为、物理性质，包括：天然气气体流动、管道压力变化、温度分布；

6、所述行为模型是站场中物体之间的关联关系、运动、控制、响应机制，包括：设备启停、压力调节、故障处理、安全切断；

7、所述规则模型是站场中物体系统的规则、约束和逻辑，包括：操作规则、安全规则、控制规则、监测规则和维护规则；

8、所述交互管理模块包括：可视交互系统、数据通信系统、数据管理系统；

9、所述可视交互系统包括：可视单元、交互单元；

10、所述可视单元承载虚拟撬装站场可视化；

11、所述交互单元承载3d场景漫游交互、设备查询交互、设备参数调节；

12、所述数据通信系统用于根据库数据协议交换站场数据信息，接收读取所述数据管理系统数据；

13、所述孪生数据模块包括：控制指令单元、孪生仿真模型单元；

14、所述控制指令单元用于通过所述交互管理模块的图形用户界面调用命令行api接口方式输入协议指令，以所述指令形成孪生仿真模型的特征参数，驱动仿真得到相应结果；

15、所述孪生仿真模型单元，建立站场数字孪生仿真模型用于基于站场的日常运行参数进行仿真，实时输出仿真结果，并通过根据比较结果实时调整模型参数，保持与实际运行情况的一致性；

16、所述预警监控模块是所述的数据管理系统的扩展，包括：站场监控单元、警情管理单元；

17、所述站场监控单元用于监控获取所述数据管理系统的报警数据，通告站场警情类型、明晰警情源，判断实际数据类型是否符合站场工艺预设数据范围，得到标准数据范围和数据源，以迅速识别异常情况或触发的警报；

18、所述警情管理单元用于通告各类站场发生的警情,协同站场人员监测各种传感器和设备实时数据流，根据警情的性质，采取调控措施。

19、上述天然气无人值守站数字孪生监控系统，其中：所述物体包括管道、阀门、计量设备、过滤设备、压缩机、调压设备。

20、上述天然气无人值守站数字孪生监控系统，其中：所述虚拟撬装站场模块利用实体标签建立物理站场实体与虚拟站场实体之间的关联，包括实体位置、结构和属性，并向交互管理模块开放实体标签，得到虚拟撬装站场的管理标签。

21、上述天然气无人值守站数字孪生监控系统，其中：所述虚拟撬装站场可视化包括：设备名称可视、设备工艺参数可视、历史状态信息的可视、站场信息的交互。

22、上述天然气无人值守站数字孪生监控系统，其中：所述接收读取所述数据管理系统数据，包括：站场的日常运行数据，进一步地解析转换至所述可视交互系统。

23、上述天然气无人值守站数字孪生监控系统，其中：所述数据管理系统用于监控、控制和优化天然气生产、传输和分配过程的站场管理系统scada。

24、上述天然气无人值守站数字孪生监控系统，其中：所述迅速识别异常情况或触发的警报，包括：火灾警报、站控系统通讯报警。

25、使用上述天然气无人值守站数字孪生监控系统的方法，包括以下步骤：

26、首先，通过所述交互管理模块提供的用户界面，允许运维人员监控站场状态，进行数据分析和决策支持；

27、其次，根据所述系统数据接口协议获取中央处理单元传感器网络收集的站场实时运营数据，包括：流量、压力、温度关键参数，并同步到数字孪生模型和预警监控模块中；

28、然后，所述系统将依据所述关键参数变化，运行所述孪生仿真模型单元模拟站场运行状态；

29、在模拟环境中测试不同运营方案，评估其对站场性能的影响，利用仿真结果指导天然气站的实际运维活动，优化操作流程；同时，所述系统依据仿真结果设定关键预警参数的安全阈值；

30、最后，实时监控站场数据时，一旦检测到参数超出阈值，立即启动预警机制：根据预警类型所述警情管理单元通知运维人员，并提供运维人员警报源进行警情的处理；同时所述孪生仿真模型单元将根据警情处理涉及的数据变化进行仿真模拟，通过数据的对比分析，生成安全可控的控制指令，实现对天然气站的远程操作服务。

31、本发明与现有技术的相比，具有明显的有益效果，由以上方案可知，本发明同时结合天然气无人值守站状态监测和安全预警等现实功能需求和天然气站场撬装模块化设计特征，提供一种无人值守数字孪生监控系统及方法，将有利于构建基于数字孪生体全面智能远程控制的功能作用，提高调控中心监控人员无人站场感知的广度、深度和强度，有利于无人值守升级优化示范建设。总之，本发明通过虚拟撬装站场与各模块融合，实现站场运维数据的可视交互、实时获取、仿真模拟以及预警监控。

32、以下通过具体实施方式，进一步说明本发明的有益效果。

技术特征：

1.一种天然气无人值守站数字孪生监控系统及方法，基于物理实体、虚拟实体、站场服务、孪生数据和连接五个维度，其特征在于：包括：虚拟撬装站场模块、交互管理模块、孪生数据模块、预警监控模块；

2.如权利要求1所述的天然气无人值守站数字孪生监控系统，其特征在于：所述物体包括管道、阀门、计量设备、过滤设备、压缩机、调压设备。

3.如权利要求1所述的天然气无人值守站数字孪生监控系统，其特征在于：所述可视单元承载虚拟撬装站场可视化，包括：设备名称可视、设备工艺参数可视、历史状态信息的可视、站场信息的交互。

4.如权利要求1所述的天然气无人值守站数字孪生监控系统，其特征在于：所述接收读取所述数据管理系统数据，包括：站场的日常运行数据，进一步地解析转换至所述可视交互系统。

5.如权利要求1所述的天然气无人值守站数字孪生监控系统，其特征在于：所述数据管理系统用于监控、控制和优化天然气生产、传输和分配过程的站场管理系统scada。

6.如权利要求1所述的天然气无人值守站数字孪生监控系统，其特征在于：所述数据管理系统能够迅速识别异常情况或触发的警报，包括：火灾警报、站控系统通讯报警。

7.如权利要求1至6中任一项所述的天然气无人值守站数字孪生监控系统，其特征在于：所述虚拟撬装站场模块利用实体标签建立物理站场实体与虚拟站场实体之间的关联，包括实体位置、结构和属性，并向交互管理模块开放实体标签，得到虚拟撬装站场的管理标签。

8.使用权利要求1所述的用天然气无人值守站数字孪生监控系统的方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明的一种天然气无人值守站数字孪生监控系统及方法，基于物理实体、虚拟实体、站场服务、孪生数据和连接五个维度，其特征在于：包括：虚拟撬装站场模块、交互管理模块、孪生数据模块、预警监控模块。所述虚拟撬装站场模块是依据物理站场的几何模型、物理实体、行为模型和规则模型虚拟搭建而成，包括进站区、过滤区、预留加热区、计量调压区、出站区和越站区。所述交互管理模块包括：可视交互系统、数据通信系统、数据管理系统。所述孪生数据模块包括：控制指令单元、孪生仿真模型单元。所述预警监控模块是所述的数据管理系统的扩展，包括：站场监控单元、警情管理单元。本发明具有能提高天然气无人值守站场全面智能控制能力的优点。

技术研发人员：吕健,陈云,袁庆霓,王晓红,毛少雄,郭郅聪,韦福和
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19