CN117094564A - 一种基于数字孪生的智慧泵站管理*** - Google Patents
一种基于数字孪生的智慧泵站管理*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及人工智能领域，且公开了一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，***包括泵站地图采集模块、泵站数据采集模块、泵站数据处理模块、泵站安全分析模块、泵站安全修正模块、安全异常定位模块及预警反馈模块，通过设有泵站地图采集模块进行泵站地图绘制，通过泵站数据采集模块对泵站数据进行采集，泵站数据处理模块对子区域泵站数据进行预处理，通过泵站安全分析模块对子区域泵站数据进行分析，泵站安全修正模块推导得出安全修正指数，并对泵站安全状态进行监测，通过安全异常定位模块对泵站安全异常的位置进行定位，通过预警反馈模块对泵站安全异常的状态进行报警，能提供准确的故障诊断和预警并监测到特定类型的泵站故障。
Description
技术领域
本发明涉及人工智能技术领域，更具体地涉及一种基于数字孪生的智慧泵站管理***。
背景技术
目前对泵站管理***应用到数字孪生技术，是通过将物理世界与数字世界进行动态链接，实时采集物理实体的数据，将其应用于数字模型的仿真中，实现对物理实体的实时监控和预测分析，泵站管理***主要涉及到对泵站设备、泵站工作流程和泵站人员进行管理和监控，保证泵站的正常、安全、高效运行，保障供水、排水等工程的可靠性和稳定性。泵站管理需要设置运行指标和标准，制定运行计划和维护计划，进行设备检修和维护，及时处理故障和事故，以确保泵站的正常运行和高效工作，提高设备利用率和能源利用效率；
然而上述过程仍然具备以下缺点：
其一、由于现有泵站安全监测和报警设备的技术可能存在限制，无法满足所有安全监测的需求，同时可能无法提供准确的故障诊断和预警，或者无法监测到特定类型的泵站故障；
其二、现在的泵站安全监测主要是通过安装、维护和管理泵站安全监测和报警设备，这样可能需要较高的成本和复杂的操作，缺少自动化的安全监测与分析过程，无法使泵站监测更加智能化。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，以解决上述背景技术中存在的问题。
本发明提供如下技术方案：一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，包括：
泵站地图采集模块：用于通过利用3D扫描，对泵站现场数据进行扫描，将泵站的整体结构映射至电脑端，并构建泵站的数字孪生模型，对泵站地图进行仿真绘制，再进行区域划分，划分成若干个子区域，并编号1,2,3……n；
泵站数据采集模块：用于通过运用传感器设备对泵站数据进行实时采集，将采集的泵站数据输入电脑端，按泵站地图上所划分的区域进行区域存储，并将泵站数据传输至泵站数据分析模块；
泵站数据处理模块：基于对采集的子区域泵站数据进行预处理，水质的硬度、水中悬浮物含量、溶解物及管道的压力，并将各项参数传输至泵站安全分析模块；
泵站安全分析模块：用于对处理后的子区域泵站数据进行分析，得到设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数；
泵站安全修正模块：用于通过子区域泵站数据分析出的设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数进行分析并推导，得到安全修正指数，并进行计算，根据安全修正指数/>对泵站各区域内的安全状态进行监测，将监测泵站安全异常的结果传输至安全修正定位模块；
安全异常定位模块：用于通过监测泵站安全异常的结果在泵站地图定位出安全异常的位置，并进行标记，同时将标记的位置传输至预警反馈模块；
预警反馈模块：用于将监测出的泵站安全异常的状态进行报警，并将安全异常的位置反馈至泵站工作人员，进行人机交互。
优选的，所述泵站地图采集模块是对泵站的分布情况和空间布局进行勘测，在泵站地图上对泵站设备的位置进行确定并标注，通过泵站地图实时监测泵站的安全状况。
优选的，所述泵站数据采集模块是通过传感器设备对泵站数据进行实时采集，并在电脑端的显示泵站各项参数的监测结果和工作状态；
所述传感器设备是用于检测和记录泵站运行状态和参数的设备，包括流量传感器、压力传感器及水位传感器。
优选的，所述泵站数据处理模块是将采集到的子区域泵站数据进行提取并处理，得到影响泵站安全状态的各项参数，包括水质的硬度、水中悬浮物含量、溶解物、管道的压力及水流速度，并对各项参数进行计算；
所述水质的硬度是水中的酸碱性强弱，酸碱度会影响泵站设备的腐蚀状态，酸碱度越强，泵站设备在使用时的腐蚀越严重，对水质的酸碱度进行计算，得出,/>表示滴定时消耗标准溶液的毫升数，N表示标准溶液的当量浓度，V表示水样体积毫升数；
所述水中悬浮物含量是衡量设备老化程度的标准之一，悬浮物含量，设备的老化程度越严重，计算公式为水中悬浮物含量,A表示悬浮物、滤膜及称量瓶的总重量，B表示滤膜和称量瓶的总重量，V表示试样体积；
所述溶解物对设备会造成一定程度的腐蚀，水中溶解物含量越高，对设备造成的腐蚀越严重，计算得出溶解物，K表示溶解度常数，S表示溶液中溶质的物质浓度，m表示溶解度公式的指数；
所述管道的压力是指水流在管道内部对管壁施加的压力，管道的压力是衡量水流运动能力的重要指标，计算得出管道的压力，/>表示管道入水口的流速，/>表示管道出水口的流速，/>表示水的密度。
优选的，所述泵站安全分析模块通过对处理后的子区域泵站数据进行分析，进而对泵站各区域内的运行情况进行实时监测，及时发现潜在的安全问题，并得出设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数，再进行计算；
所述设备老化程度系数h，是由水中悬浮物含量C，泵站中的水流速度v，设备运行时间t，进行计算，得出；
所述设备磨损度系数x，是由水质的硬度W，溶解物I，设备运行时间t，进行计算，得出；
所述网管的承压能力系数y，是由管道的压力P，进行推导并计算，得出，n表示n个区域。
优选的，所述泵站安全修正模块是分析出的泵站数据进行推导，计算出安全修正指数，根据安全修正指数对泵站各区域内的安全进行诊断并监测，当安全修正指数0</><1时，则泵站各区域内无安全异常出现，继续对泵站安全进行监测，当安全修正指数/>>1时，则泵站出现安全异常，将监测的结果传输至安全异常定位模块；
所述安全修正指数，通过设备老化程度系数h，设备磨损度系数x，网管的承压能力系数y，进行计算得出/>。
优选的，所述安全异常定位模块用于接收安全异常的监测结果，并根据安全修正指数对出现安全异常的区域进行定位，并进行标记。
优选的，所述预警反馈模块是通过将监测出的安全异常的结果反馈至泵站工作人员，并将所定位的安全异常的位置信息发送至电脑终端，提醒泵站工作人员对安全异常问题进行及时修复。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过设有泵站地图采集模块对泵站的整体结构进行泵站地图绘制，并进行区域划分，通过泵站数据采集模块对泵站数据进行实时采集，泵站数据处理模块对采集的子区域泵站数据进行预处理，通过泵站安全分析模块对处理后的子区域泵站数据进行分析，得到设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数，泵站安全修正模块对分析后的子区域泵站数据进行推导得出安全修正指数，并对泵站各区域内的安全状态进行监测，通过安全异常定位模块对泵站安全异常的位置进行定位，通过预警反馈模块对泵站安全异常的状态进行报警，能提供准确的故障诊断和预警并监测到特定类型的泵站故障，使对泵站的监测更加智能，并降低的高成本和复杂的操作。
附图说明
图1为本发明的一种基于数字孪生的智慧泵站管理***流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的一种基于数字孪生的智慧泵站管理***并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，包括：
泵站地图采集模块：用于通过利用3D扫描，对泵站现场数据进行扫描，将泵站的整体结构映射至电脑端，并构建泵站的数字孪生模型，对泵站地图进行仿真绘制，再进行区域划分，划分成若干个子区域，并编号1,2,3……n。
本实施例中，所述泵站地图采集模块是对泵站的分布情况和空间布局进行勘测，在泵站地图上对泵站设备的位置进行确定并标注，通过泵站地图实时监测泵站的安全状况。
需要具体说明的是，通过泵站地图采集模块能对泵站安全状态进行实时监测，能直观的观测泵站的整个区域的分布状态，通过区域划分能满足整个泵站所以安全监测的需求。
泵站数据采集模块：用于通过运用传感器设备对泵站数据进行实时采集，将采集的泵站数据输入电脑端，按泵站地图上所划分的区域进行区域存储，并将泵站数据传输至泵站数据分析模块。
本实施例中，所述泵站数据采集模块是通过传感器设备对泵站数据进行实时采集，并在电脑端的显示泵站各项参数的监测结果和工作状态；
所述传感器设备是用于检测和记录泵站运行状态和参数的设备，包括流量传感器、压力传感器及水位传感器。
需要具体说明的是，通过采集的泵站数据，可以实时监测泵站设备的运行状态和运行参数，及时发现异常情况并进行处理，避免设备故障导致的停机和损失，能降低运营成本，方便泵站数据处理模块对数据的提取。
泵站数据处理模块：基于对采集的子区域泵站数据进行预处理，水质的硬度、水中悬浮物含量、溶解物及管道的压力，并将各项参数传输至泵站安全分析模块。
本实施例中，所述泵站数据处理模块是将采集到的子区域泵站数据进行提取并处理，得到影响泵站安全状态的各项参数，包括水质的硬度、水中悬浮物含量、溶解物、管道的压力及水流速度，并对各项参数进行计算；
所述水质的硬度是水中的酸碱性强弱，酸碱度会影响泵站设备的腐蚀状态，酸碱度越强，泵站设备在使用时的腐蚀越严重，对水质的酸碱度进行计算，得出,/>表示滴定时消耗标准溶液的毫升数，N表示标准溶液的当量浓度，V表示水样体积毫升数；
所述水中悬浮物含量是衡量设备老化程度的标准之一，悬浮物含量，设备的老化程度越严重，计算公式为水中悬浮物含量,A表示悬浮物、滤膜及称量瓶的总重量，B表示滤膜和称量瓶的总重量，V表示试样体积；
所述溶解物对设备会造成一定程度的腐蚀，水中溶解物含量越高，对设备造成的腐蚀越严重，计算得出溶解物，K表示溶解度常数，S表示溶液中溶质的物质浓度，m表示溶解度公式的指数；
所述管道的压力是指水流在管道内部对管壁施加的压力，管道的压力是衡量水流运动能力的重要指标，计算得出管道的压力，/>表示管道入水口的流速，/>表示管道出水口的流速，/>表示水的密度。
需要具体说明的是，通过对子区域泵站数据进行实时分析计算，能实时了解泵站安全状态时，泵站的工作情况，能对泵站出现安全异常的问题，提供有效解决方法的依据，提高数据分析的效率和准确。
泵站安全分析模块：用于对处理后的子区域泵站数据进行分析，得到设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数。
本实施例中，所述泵站安全分析模块通过对处理后的子区域泵站数据进行分析，进而对泵站各区域内的运行情况进行实时监测，及时发现潜在的安全问题，并得出设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数，再进行计算；
所述设备老化程度系数h，是由水中悬浮物含量C，泵站中的水流速度v，设备运行时间t，进行计算，得出；
所述设备磨损度系数x，是由水质的硬度W，溶解物I，设备运行时间t，进行计算，得出；
所述网管的承压能力系数y，是由管道的压力P，进行推导并计算，得出，n表示n个区域。
需要具体说明的是，通过对泵站数据进行分析可以实时监测和分析各种相关泵站数据，帮助运维人员及时了解泵站运行状态，发现问题并采取相应的措施，同时减少了大量时间和运营成本，从而提高工作效率；
所述泵站中的水流速度v，与泵站的流量有相互制约关系，当泵站中的水流速度越大，泵站的压力也会增大，计算公式为，Q表示经过管道横截面积的水量，D表示管道的横截面积。
泵站安全修正模块：用于通过子区域泵站数据分析出的设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数进行分析并推导，得到安全修正指数，并进行计算，根据安全修正指数/>对泵站各区域内的安全状态进行监测，将监测泵站安全异常的结果传输至安全修正定位模块。
本实施例中，所述泵站安全修正模块是分析出的泵站数据进行推导，计算出安全修正指数，根据安全修正指数对泵站各区域内的安全进行诊断并监测，当安全修正指数0</><1时，则泵站各区域内无安全异常出现，继续对泵站安全进行监测，当安全修正指数/>>1时，则泵站出现安全异常，将监测的结果传输至安全异常定位模块；
所述安全修正指数，通过设备老化程度系数h，设备磨损度系数x，网管的承压能力系数y，进行计算得出/>。
需要具体说明的是，通过安全修正指数可以用于预测泵站未来的安全运行状态和趋势，一旦发现异常情况，***可以立即提醒相关工作人员并采取相应的措施，避免发生设备故障或事故，最大程度地减少能耗和运营成本，并保证泵站的正常运行。
安全异常定位模块：用于通过监测泵站安全异常的结果在泵站地图定位出安全异常的位置，并进行标记，同时将标记的位置传输至预警反馈模块。
本实施例中，所述安全异常定位模块用于接收安全异常的监测结果，并根据安全修正指数对出现安全异常的区域进行定位，并进行标记。
需要具体说明的是，通过对泵站进行安全定位，可以实时监测泵站的位置、状态和运行情况，能追踪和监测泵站设备的运行状况和工作负荷，并及时发现设备故障或异常，防止设备运行过程中出现安全隐患，保障泵站的安全运行。
预警反馈模块：用于将监测出的泵站安全异常的状态进行报警，并将安全异常的位置反馈至泵站工作人员，进行人机交互。
本实施例中，所述预警反馈模块是通过将监测出的安全异常的结果反馈至泵站工作人员，并将所定位的安全异常的位置信息发送至电脑终端，提醒泵站工作人员对安全异常问题进行及时修复。
最后：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，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，其特征在于：包括：
泵站地图采集模块：用于通过利用3D扫描，对泵站现场数据进行扫描，将泵站的整体结构映射至电脑端，并构建泵站的数字孪生模型，对泵站地图进行仿真绘制，再进行区域划分，划分成若干个子区域，并编号1,2,3……n；
泵站数据采集模块：用于通过运用传感器设备对泵站数据进行实时采集，将采集的泵站数据输入电脑端，按泵站地图上所划分的区域进行区域存储，并将泵站数据传输至泵站数据分析模块；
泵站数据处理模块：基于对采集的子区域泵站数据进行预处理，水质的硬度、水中悬浮物含量、溶解物及管道的压力，并将各项参数传输至泵站安全分析模块；
泵站安全分析模块：用于对处理后的子区域泵站数据进行分析，得到设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数；
泵站安全修正模块：用于通过子区域泵站数据分析出的设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数进行分析并推导，得到安全修正指数，并进行计算，根据安全修正指数/>对泵站各区域内的安全状态进行监测，将监测泵站安全异常的结果传输至安全修正定位模块；
安全异常定位模块：用于通过监测泵站安全异常的结果在泵站地图定位出安全异常的位置，并进行标记，同时将标记的位置传输至预警反馈模块；
预警反馈模块：用于将监测出的泵站安全异常的状态进行报警，并将安全异常的位置反馈至泵站工作人员，进行人机交互。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，其特征在于：所述泵站地图采集模块是对泵站的分布情况和空间布局进行勘测，在泵站地图上对泵站设备的位置进行确定并标注，通过泵站地图实时监测泵站的安全状况。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，其特征在于：所述泵站数据采集模块是通过传感器设备对泵站数据进行实时采集，并在电脑端的显示泵站各项参数的监测结果和工作状态；
所述传感器设备是用于检测和记录泵站运行状态和参数的设备，包括流量传感器、压力传感器及水位传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，其特征在于：所述泵站数据处理模块是将采集到的子区域泵站数据进行提取并处理，得到影响泵站安全状态的各项参数，包括水质的硬度、水中悬浮物含量、溶解物、管道的压力及水流速度，并对各项参数进行计算；
所述水质的硬度是水中的酸碱性强弱，酸碱度会影响泵站设备的腐蚀状态，酸碱度越强，泵站设备在使用时的腐蚀越严重，对水质的酸碱度进行计算，得出,表示滴定时消耗标准溶液的毫升数，N表示标准溶液的当量浓度，V表示水样体积毫升数；
所述水中悬浮物含量是衡量设备老化程度的标准之一，悬浮物含量，设备的老化程度越严重，计算公式为水中悬浮物含量,A表示悬浮物、滤膜及称量瓶的总重量，B表示滤膜和称量瓶的总重量，V表示试样体积；
所述溶解物对设备会造成一定程度的腐蚀，水中溶解物含量越高，对设备造成的腐蚀越严重，计算得出溶解物，K表示溶解度常数，S表示溶液中溶质的物质浓度，m表示溶解度公式的指数；
所述管道的压力是指水流在管道内部对管壁施加的压力，管道的压力是衡量水流运动能力的重要指标，计算得出管道的压力，/>表示管道入水口的流速，/>表示管道出水口的流速，/>表示水的密度。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，其特征在于：所述泵站安全分析模块通过对处理后的子区域泵站数据进行分析，进而对泵站各区域内的运行情况进行实时监测，及时发现潜在的安全问题，并得出设备老化程度系数、设备磨损度系数及网管的承压能力系数，再进行计算；
所述设备老化程度系数h，是由水中悬浮物含量C，泵站中的水流速度v，设备运行时间t，进行计算，得出；
所述设备磨损度系数x，是由水质的硬度W，溶解物I，设备运行时间t，进行计算，得出；
所述网管的承压能力系数y，是由管道的压力P，进行推导并计算，得出，n表示n个区域。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，其特征在于：所述泵站安全修正模块是分析出的泵站数据进行推导，计算出安全修正指数，根据安全修正指数对泵站各区域内的安全进行诊断并监测，当安全修正指数0</><1时，则泵站各区域内无安全异常出现，继续对泵站安全进行监测，当安全修正指数/>>1时，则泵站出现安全异常，将监测的结果传输至安全异常定位模块；
所述安全修正指数，通过设备老化程度系数h，设备磨损度系数x，网管的承压能力系数y，进行计算得出/>。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，其特征在于：所述安全异常定位模块用于接收安全异常的监测结果，并根据安全修正指数对出现安全异常的区域进行定位，并进行标记。
8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的智慧泵站管理***，其特征在于：所述预警反馈模块是通过将监测出的安全异常的结果反馈至泵站工作人员，并将所定位的安全异常的位置信息发送至电脑终端，提醒泵站工作人员对安全异常问题进行及时修复。
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- 2023-10-18 CN CN202311345610.0A patent/CN117094564B/zh active Active
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