一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统

技术领域

本发明涉及泄漏识别系统领域，尤其涉及一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统。

背景技术

天然气的管道运输是天然气储运(集输)的主要方式，由于天然气管道具有高压、易燃易爆、分布广、线路长、常埋地下等特点，受腐蚀、老化、第三方破坏和自然灾害等多方面因素的影响下会引起管道泄漏事故。管道泄漏事故发生的偶然性较强，极不可控，管网运行风险高，管理难度大。

一旦泄漏极易发生燃爆事故，不仅会造成巨大的资源浪费和环境污染、还将对人民生命和财产安全构成严重威胁，社会影响巨大。及时发现天然气管道泄漏事故的发生，并准确判断管道泄漏发生的方位以及泄漏量，对天然气管道安全运行至关重要。

有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统，具有结构设计合理，利用数学孪生模型，所述数学孪生模型包括实时数据更新模型、更新旧数据模型和辅助判断模型，提高系统的判断和分析效果，通过多组不同数据之间的对比，使其分析效果进一步提高的优点，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统，包括数学孪生模型，所述数学孪生模型包括实时数据更新模型、更新旧数据模型、辅助判断模型、信息汇总与分析、终端信息实时显示、基本物理信息结构框架、虚拟仿真模型构建、实际管道运行信息模型、管道外部环境变化模型、数据信息验证模型和构建模型，所述实时数据更新模型包括信息采集、信息分类、信息分析、信息汇总、信息存储、第一数据库、传感器信息、泄露识别模块和管道外部信息，所述更新旧数据模型包括标识识别、匹配标识、旧数据信息备份、旧模型数据库、信息替换和第二数据库，所述辅助判断模型包括预设阈值、实际数据波动范围、信息对比分析、最低值出现次数和小、仿真数据统计、信息变化区间、变化影响因素、管道外部信息数据统计和信息变化状态。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述数学孪生模型需构建模型，所述构建模型需进行基本物理信息结构框架的构建，同时所述构建模型需进行虚拟仿真模型构建，进一步所述构建模型需进行实际管道运行信息模型构建，所述构建模型需进行管道外部环境变化模型构建，所述构建模型需进行数据信息验证模型构建。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述实时数据更新模型需对传感器信息进行信息采集处理，所述信息采集需对传感器信息、泄露识别模块和管道外部信息进行采集处理，进而利用所述实时数据更新模型对采集的信息进行信息分类，所述信息分类完成后需进行信息分析处理，进而所述信息分析完成后对信息进行信息汇总处理，进一步利用所述信息存储将汇总后的信息传输到第一数据库内。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述更新旧数据模型需首先进行标识识别处理，进而与所述第一数据库内标识进行匹配标识处理，所述匹配标识完成后需将第一数据库内旧数据进行旧数据信息备份，所述旧数据信息备份将信息备份到旧模型数据库内，通过所述实时数据更新模型中匹配标识的信息进行信息替换，进而利用所述信息采集对信息替换掉的信息进行采集操作，使所述信息采集到的数据传输到第二数据库内。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述辅助判断模型内设置有预设阈值，所述实时数据更新模型中需监测实际数据波动范围，所述实际数据波动范围与预设阈值需进行信息对比分析处理，进而对所述实际数据波动范围内最低值出现次数和小进行分析。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述虚拟仿真模型构建需对仿真数据进行仿真数据统计处理，所述仿真数据统计中依然存在最低值出现次数和小的数据信息，进而将所述仿真数据统计中的最低值出现次数和小的数据信息与实际数据波动范围中的最低值出现次数和小的数据信息进行比较处理得出信息变化区间。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述管道外部环境变化模型需进行管道外部信息数据统计处理，进而对所述管道外部信息数据统计中信息变化状态进行分析处理，通过所述管道外部信息数据统计中信息变化状态与信息变化区间内信息变化进行对比分析进而得出所述变化影响因素。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述第一数据库和第二数据库均根据标识对信息进行分类汇总处理，所述信息汇总与分析及对实时数据更新模型、虚拟仿真模型构建和管道外部环境变化模型内数据进行统一汇总备份，使所述信息汇总与分析内信息便于进行分析处理。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述信息汇总与分析需通过终端上的多组界面进行终端信息实时显示，所述实时数据更新模型内最新的信息采集信息需通过第一服务器优先进行信息存储处理，进而利用所述更新旧数据模型将第一服务器内最新的数据信息进行信息替换，使所述第二数据库对其进行信息采集，进而所述旧模型数据库需对第一数据库内数据进行备份处理，同时删除所述第一数据库内部信息数据。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过数学孪生模型为设备提供一个仿真模型，使操作人员在对数据进行分析时更加准确，提高系统的运行效率；

2、本发明通过实时数据更新模型，对检测的数据进行实时信息采集处理，进而利用第一数据库对实时数据进行存储处理，提高对检测数据的分析汇总存储效果；

3、本发明通过更新旧数据模型，提高系统对数据的实时更新替换处理，进一步利用旧模型数据库对当前存储的数据进行二次存储，便于操作人员后续对数据的提取分析操作

4、本发明通过辅助判断模型，提高系统的判断和分析效果，通过多组不同数据之间的对比，使其分析效果进一步提高。

附图说明

图1为本发明提出的一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统的整体流程结构图；

图2为本发明提出的一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统的数据孪生模型流程结构图；

图3为本发明提出的一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统的实时数据更新模型流程结构图；

图4为本发明提出的一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统的更新旧数据模型流程结构图；

图5为本发明提出的一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统的辅助判断模型结构图。

图例说明：

1、数学孪生模型；2、实时数据更新模型；3、更新旧数据模型；4、辅助判断模型；5、信息汇总与分析；6、终端信息实时显示；11、基本物理信息结构框架；12、虚拟仿真模型构建；13、实际管道运行信息模型；14、管道外部环境变化模型；15、数据信息验证模型；16、构建模型；21、信息采集；22、信息分类；23、信息分析；24、信息汇总；25、信息存储；26、第一数据库；27、传感器信息；28、泄露识别模块；29、管道外部信息；31、标识识别；32、匹配标识；33、旧数据信息备份；34、旧模型数据库；35、信息替换；36、第二数据库；41、预设阈值；42、实际数据波动范围；43、信息对比分析；44、最低值出现次数和数值大小；45、仿真数据统计；46、信息变化区间；47、变化影响因素；48、管道外部信息数据统计；49、信息变化状态。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-5，本发明提供的一种实施例：一种数字孪生驱动的天然气管道泄漏识别系统，包括数学孪生模型1，数学孪生模型1包括实时数据更新模型2、更新旧数据模型3、辅助判断模型4、信息汇总与分析5、终端信息实时显示6、基本物理信息结构框架11、虚拟仿真模型构建12、实际管道运行信息模型13、管道外部环境变化模型14、数据信息验证模型15和构建模型16，实时数据更新模型2包括信息采集21、信息分类22、信息分析23、信息汇总24、信息存储25、第一数据库26、传感器信息27、泄露识别模块28和管道外部信息29，更新旧数据模型3包括标识识别31、匹配标识32、旧数据信息备份33、旧模型数据库34、信息替换35和第二数据库36，辅助判断模型4包括预设阈值41、实际数据波动范围42、信息对比分析43、最低值出现次数和数值大小44、仿真数据统计45、信息变化区间46、变化影响因素47、管道外部信息数据统计48和信息变化状态49。

具体的，数学孪生模型1需构建模型16，构建模型16需进行基本物理信息结构框架11的构建，同时构建模型16需进行虚拟仿真模型构建12构建，进一步构建模型16需进行实际管道运行信息模型13构建，构建模型16需进行管道外部环境变化模型14构建，构建模型16需进行数据信息验证模型15构建。

具体的，实时数据更新模型2需对传感器信息27进行信息采集21处理，信息采集21需对传感器信息27、泄露识别模块28和管道外部信息29进行采集处理，进而利用实时数据更新模型2对采集的信息进行信息分类22，信息分类22完成后需进行信息分析23处理，进而信息分析23完成后对信息进行信息汇总24处理，进一步利用信息存储25将汇总后的信息传输到第一数据库26内。

具体的，更新旧数据模型3需首先进行标识识别31处理，进而与第一数据库26内标识进行匹配标识32处理，匹配标识32完成后需将第一数据库26内旧数据进行旧数据信息备份33，旧数据信息备份将信息备份到旧模型数据库34内，通过实时数据更新模型2中匹配标识32的信息进行信息替换35，进而利用信息采集21对信息替换35掉的信息进行采集操作，使信息采集21到的数据传输到第二数据库36内。

具体的，辅助判断模型4内设置有预设阈值41，实时数据更新模型2中需监测实际数据波动范围42，实际数据波动范围42与预设阈值41需进行信息对比分析43处理，进而对实际数据波动范围42内最低值出现次数和数值大小44进行分析。

具体的，虚拟仿真模型构建12需对仿真数据进行仿真数据统计45处理，仿真数据统计45中依然存在最低值出现次数和数值大小44的数据信息，进而将仿真数据统计45中的最低值出现次数和数值大小44的数据信息与实际数据波动范围42中的最低值出现次数和数值大小44的数据信息进行比较处理得出信息变化区间46，在实际检测和仿真模拟可能存在高泄露和低泄露的情况，当高泄露时，其数值高于预设阈值41，且次数出现频率高时，则管道存在高泄露情况，当低泄露时，其数值低于预设阈值41，且次数出现频率高时，则管道存在低泄露状况，从而将这两种情况的数据进行一个统计分析，在进行后续步骤。

具体的，管道外部环境变化模型14需进行管道外部信息数据统计48处理，进而对管道外部信息数据统计48中信息变化状态49进行分析处理，通过管道外部信息数据统计48中信息变化状态49与信息变化区间46内信息变化进行对比分析进而得出变化影响因素47。

具体的，第一数据库26和第二数据库36均根据标识对信息进行分类汇总处理，信息汇总与分析5及对实时数据更新模型2、虚拟仿真模型构建12和管道外部环境变化模型14内数据进行统一汇总备份，使信息汇总与分析5内信息便于进行分析处理。

具体的，信息汇总与分析5需通过终端上的多组界面进行终端信息实时显示6，实时数据更新模型2内最新的信息采集21信息需通过第一服务器优先进行信息存储25处理，进而利用更新旧数据模型3将第一服务器内最新的数据信息进行信息替换35，使第二数据库36对其进行信息采集21，进而旧模型数据库34需对第一数据库26内数据进行备份处理，同时删除第一数据库26内部信息数据。

工作原理：操作人员利用数学孪生模型1搭建基本物理信息结构框架11、虚拟仿真模型构建12、实际管道运行信息模型13、管道外部环境变化模型14、数据信息验证模型15，通过实时数据更新模型2对传感器信息27、泄露识别模块28和管道外部信息29进行实时信息采集21，通过对信息进行信息分类22、信息分析23、信息汇总24和信息存储25操作，将采集到的信息存储25到第一数据库26内部，进一步利用更新旧数据模型3对第一数据库26内部采集到的数据进行标识识别31，通过两者之间进行匹配标识32，使第一数据库26内部数据进行信息替换35，进而存储到第二数据库36内部，进而操作人员利用辅助判断模型4内的预设阈值41与实时数据更新模型2内实际数据波动范围42进行信息对比分析43处理，进而得出最低值出现次数和数值大小44，进而将实时数据更新模型2最低值出现次数和数值大小44与虚拟仿真模型构建12内最低值出现次数和数值大小44进行信息变化区间46比较，从而与管道外部环境变化模型14的变化状态进行对比，使操作人员快速发现泄露的变化影响因素47，提高其操作处理速度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。