一种数字孪生驱动的油管监测方法

本发明涉及输油管路检测领域，具体为一种数字孪生驱动的油管监测方法。

背景技术：

1、输油管路是一个相对密闭的回路系统，在传统的生产过程中人们只能通过事先在管路中安装温控阀、限流阀、节流孔板等装置来对不可预见的管内环境进行调控，不能实现对管内环境的实时把握；目前常见的设备管控系统以数据采集和二维图表分析为主，监控界面人机交互和可视化程度差，难以实现对输油管路错综复杂的管道环境的管控。数字孪生技术以数字化的方式描述物理实体，建立全息的动态虚拟模型，该模型通过接收来自物理对象的数据而实时演化。为了能对错综复杂的管道环境进行可视化监测，需要一种管道数字孪生系统来对实体管道进行映射监测。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种数字孪生驱动的油管监测方法，以解决上述背景技术中提出的输油管路实时检测的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种数字孪生驱动的油管监测方法，包括数据采集模块，用于对实体管道进行动态数据提取以获取管道的实时状态信息；数据管理模块，用于对所述数据采集模块采集到的大量数据进行管理；数字孪生模块，用于对实体管道进行虚拟映射，并对孪生管道进行动态数据绑定以达到数据可视化监测的目的。

3、进一步，所述数据采集模块包括：

4、硬件采集单元：包括传感器，所述传感器与数据采集卡相连，所述数据采集卡与上位机相连。再进一步，所述传感器包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，所述数据采集卡为rs485hub，采用modbus通讯协议。

5、采数程序单元：包括传感器数据获取部分，所述传感器数据获取需提前对多个传感器进行通讯地址编号；时间控制部分，所述时间控制用于设置传感器工作总时长及采样时间间隔；数据处理部分，所述数据处理部分包括采集各传感器数据、计算数据峰值与均值，并将上述数据以时间戳为标定存入mysql数据库。再进一步，所述采数程序单元使用labview进行编程。

6、进一步，所述数据管理模块包括：

7、数据库连接单元：包括通过odbc建立labview与mysql的连接以及在mysql中建立相应表格。

8、数据图表化单元：将labview程序中所计算得出的均值和峰值用饼状图的形式直观表示。

9、后台管理系统单元：包括权限管理部分，用于对查看数据库信息的用户进行权利限制；数据列表部分，用于对数据库信息进行直接访问；可视化分析部分，用于将数据库信息以折线图和条形图的形式进行直观展示。更进一步，所述权限管理部分包括添加用户功能、删除用户功能、修改权限功能、修改密码功能，所述添加用户功能用于添加可登入系统的用户名及权限，所述删除用户功能用于删除可登入系统的用户名及权限，所述修改权限功能用于修改已添加的用户的访问权限，所述修改密码功能用于修改已添加用户的登入密码；所述数据列表功能包括模糊查询功能、删除数据功能，所述模糊查询功能用于根据时间戳查询数据库中保存的对应数据，删除数据功能用于批量删除选定的数据库中数据。

10、进一步，所述数字孪生模块包括：

11、孪生场景单元：包括管道三维模型部分，用于将实体管道的信息映射到虚拟空间；虚拟环境部分，用于模拟实体管道所处的周围环境。

12、ui展示单元：包括网页展示部分，用于将写在网页中的上述数据图表化的图形嵌入到虚幻4引擎中进行展示；页眉展示部分，用于展示系统的基本信息及功能转换按钮；警报部分，用于对传感器故障进行警报提醒；安全登入系统部分用于对系统信息进行基本安全保护，用户需输入正确密码才能登入系统。更进一步，所述网页展示部分包括温度和压力的峰值和均值饼图、压力值历史趋势折线图、所有压力传感器的瞬时值柱状图；所述页眉展示部分包括系统名称、当前时间、进入后台管理系统的按钮、俯视视野切换的按钮、退出系统的按钮。

13、人机交互单元：包括传感器颜色指示部分，用于对传感器采数的不同数值区间以不同的颜色进行表征；点击提示部分，用于用户对所想查看的具体管道部分进行细节查看；视野切换部分，用于转换用户查看管道的视角；更进一步，所述传感器颜色指示部分具体实现形式为当传感器采集到的数据超过设定的阈值时将孪生管道中该传感器的材质更改颜色为红色，当某传感器采集到的值为所有采集数据的峰值的时候将该孪生传感器的材质改为高亮显示；所述点击提示部分采用射线检测技术，当用户鼠标点击某传感器时，弹框ui显示该传感器实时检测数据；所述视野切换部分通过点击相应按钮将用户视野转换到俯视视角或各传感器所在位置。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、(1)本发明使用数字孪生技术对实体输油管路进行监测，使用人员可以自行设定传感器检测总时长和每次检测的间隔时间，定时检测的实现大大节省了人工检测的时间成本，管道数据三维可视化的实现解决了传统管道检测数据与管道位置匹配不直观的问题。

16、(2)本发明所提供的数据管理功能使得有权限的用户可以直观方便的查看测试结果并进行历史数据分析，解决了传统油管检测数据量大而杂，且数据访问存在安全隐患的问题。

技术特征：

1.一种数字孪生驱动的油管监测方法，包括数据采集模块，用于对实体管道进行动态数据提取以获取管道的实时状态信息；数据管理模块，用于对所述数据采集模块采集到的大量数据进行管理；数字孪生模块，用于对实体管道进行虚拟映射，并对孪生管道进行动态数据绑定以达到数据可视化监测的目的。

2.根据权利要求1所述的一种数字孪生驱动的油管监测方法，其特征在于，所述数据采集模块包括硬件采集单元和采数程序单元。所述硬件采集单元包括传感器，所述传感器与数据采集卡相连，所述数据采集卡与上位机相连。所述采数程序单元包括传感器数据获取部分，所述传感器数据获取部分用于将传感器采集到的数据传输到上位机；时间控制部分，所述时间控制部分用于设置传感器工作总时长及采样时间间隔；数据处理部分，所述数据处理部分包括采集各传感器数据、计算数据峰值与均值，并将上述数据以时间戳为标定存入mysql数据库。

3.根据权利要求2所述硬件采集单元，其特征在于所述传感器包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，所述数据采集卡为rs485hub，采用modbus通讯协议；所述采数程序单元，其特征在于使用labview进行编程。

4.根据权利要求1所述的一种数字孪生驱动的油管监测方法，其特征在于，所述数据管理模块包括数据库连接单元、数据图表化单元和后台管理系统单元。所述数据库连接单元包括通过odbc建立labview与mysql的连接以及在mysql中建立相应表格。所述数据图表化单元将labview程序中所计算得出的均值和峰值用饼状图的形式直观表示。所述后台管理系统单元包括权限管理部分，用于对查看数据库信息的用户进行权利限制；数据列表部分，用于对数据库信息进行直接访问；可视化分析部分，用于将数据库信息以折线图和条形图的形式进行直观展示。

5.根据权利要求4所述权限管理部分包括添加用户功能、删除用户功能、修改权限功能、修改密码功能，所述添加用户功能用于添加可登入系统的用户名及权限，所述删除用户功能用于删除可登入系统的用户名及权限，所述修改权限功能用于修改已添加的用户的访问权限，所述修改密码功能用于修改已添加用户的登入密码；所述数据列表功能包括模糊查询功能、删除数据功能，所述模糊查询功能用于根据时间戳查询数据库中保存的对应数据，所述删除数据功能用于批量删除选定的数据库中数据。

6.根据权利要求1所述的一种数字孪生驱动的油管监测方法，其特征在于，所述数字孪生模块包括孪生场景单元、ui展示单元和人机交互单元。所述孪生场景单元包括管道三维模型部分，用于将实体管道的信息映射到虚拟空间；虚拟环境部分，用于模拟实体管道所处的周围环境。所述ui展示单元包括网页展示部分，用于将写在网页中的上述数据图表化的图形嵌入到监测系统中进行展示；页眉展示部分，用于展示系统的基本信息及功能转换按钮；警报部分，用于对传感器故障进行警报提醒；安全登入系统部分，用于对系统信息进行基本安全保护，用户需输入正确密码才能登入系统。所述人机交互单元包括传感器颜色指示部分，用于对传感器采数的不同数值区间以不同的颜色进行表征；点击提示部分，用于用户对所想查看的具体管道部分进行细节查看；视野切换部分，用于转换用户查看管道的视角。

7.根据权利要求6所述网页展示部分，其特征在于所述网页展示部分包括温度和压力的峰值和均值饼图、压力值历史趋势折线图、所有压力传感器的瞬时值柱状图；所述页眉展示部分，其特征在于所述页眉展示部分包括系统名称、当前时间、进入后台管理系统的按钮、俯视视野切换的按钮、退出系统的按钮；所述传感器颜色指示部分，其特征在于所述传感器颜色指示部分具体实现形式为当传感器采集到的数据超过设定的阈值时将孪生管道中该传感器的材质更改颜色为红色，当某传感器采集到的值为所有采集数据的峰值的时候将该孪生传感器的材质改为高亮显示；所述点击提示部分，其特征在于所述点击提示部分采用射线检测技术，当用户鼠标点击某传感器时，弹框ui显示该传感器实时检测数据；所述视野切换部分，其特征在于所述视野切换部分通过点击相应按钮将用户视野转换到俯视视角或各传感器所在位置。

技术总结
本发明公开了一种数字孪生驱动的油管监测方法，包括数据采集模块，用于对实体管道进行动态数据提取以获取管道的实时状态信息；数据管理模块，用于对所述数据采集模块采集到的大量数据进行管理；数字孪生模块，用于对实体管道进行虚拟映射，并对孪生管道进行动态数据绑定以达到数据可视化监测的目的。有益效果在于：本发明基于数字孪生技术实现对输油管路的动态监测，用户能够在三维可视化的孪生环境中对实体管路的大量数据进行直观监测，减少了管路隐藏的危险性，提高了数据准确性和安全性。

技术研发人员：徐凯宏,姜宗梁,赵康军,殷家伟,陈俊宇
受保护的技术使用者：东北林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15