一种基于数字孪生的环境友好型应急供水系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于数字孪生的环境友好型应急供水系统及方法，该系统包括：移动式泵送机组、数据采集与控制中心、数字孪生平台。移动式泵送机组包括喂水泵、车载平台、电动阀门、泄压阀、水箱和连接管路，数据采集与控制中心包括分布式采集模块、控制服务模块，数字孪生平台包括数字孪生体、性能分析模块、运行决策模块和人机交互模块。本发明专利技术能够实现对物理水流动区域全要素和供水管理活动全过程的数字化映射、智能化模拟，并对物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，提高应急供水系统装备交互控制实时性、运行安全性。运行安全性。运行安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的环境友好型应急供水系统及方法


[0001]本专利技术涉及应急救援
，尤其涉及提水装备及系统智慧控制方法，特指一种基于数字孪生的环境友好型应急供水系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，全球自然灾害频发，尤其是我国西部地区，既是地震、滑坡等地质灾害的频发地区，也是季节性旱灾重灾区。应急供水是灾后生存保障的生命线工程，由于山区和边远灾区地形复杂、地质条件恶劣，对灾害现场的应急供水保障带来巨大挑战。现有车载供水系统对灾害道路通行性和灾后现场的环境融合度考虑不够，且提水设备质量重、能耗高、噪声大、智能化程度低，灾后现场情况复杂，设备的最佳运行工况和受灾群众用水需求不匹配。
[0003]数字孪生是利用物理模型、传感器更新和运行历史等数据，在虚拟环境中以数字化的形式对物理对象完成映射，通过孪生体反应其全生命周期过程。物理对象和数字孪生体之间可以建立全面实时或准实时联系，使得物理对象的运行状态能够实时、精确地反映在虚拟空间中，实现信息的双向流动，利用信息的反馈机制还可以对物理对象进行精确控制。数字孪生可以在虚拟环境中对物理对象进行管理，通过连续的迭代和优化，可以减少人员投入，提高效率节约成本。因此，本专利技术提出一种基于数字孪生的环境友好型应急供水系统和方法以解决现有技术中的不足。
[0004]
技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种基于数字孪生的应急供水系统及方法，实现与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，提高应急供水系统装备交互控制实时性、运行安全性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于数字孪生的应急供水系统，包括移动式泵送机组、数据采集与控制中心和数字孪生平台，所述移动式泵送机组包括通过连接管路连接在一起的喂水泵、车载平台、电动阀门、泄压阀和水箱，所述数据采集与控制中心包括分布式采集模块和控制服务模块，所述分布式采集模块包括但不限于压力传感器、流量传感器、位移传感器，采集应急供水系统的实时运行状态数据，并将采集的运行数据进行存储；所述控制服务模块接收来自所述数字孪生平台和外部输入的运行调控指令，并将运行调控指令发送到所述移动泵送机组的相应设备，控制设备的运行状态。
[0007]上述方案中，所述数字孪生平台包括数字孪生体、性能分析模块、运行决策模块和人机交互模块，所述数字孪生体是由孪生数据驱动的移动式泵送机组的实时映射，实现移动式泵送机组的孪生对象、孪生过程和孪生调控可视化，所述性能分析模块基于机器学习模型对运行数据以及控制方案进行学习、对数字孪生体进行更新修正、对移动泵送机组运行状况评估；所述运行决策模块根据性能分析模块的评估结果做出变速、调节阀门开度以
及停机等调控决策，并在移动式泵送机组出口压力超过安全值或发生故障时发出报警；所述人机交互模块可视化表达移动泵送机组的数字孪生体、调控决策以及警告信息。
[0008]上述方案中，所述喂水泵将水源处的水输送至车载平台；所述车载平台在接到指令后，进入场地进行提水作业；所述电动阀门通过改变阀门开度控制系统流量；所述泄压阀用于消除非正常工况下的瞬变高压；所述水箱用于存储收集来自车载平台的水流，为用水安置点提供水源。
[0009]上述方案中，所述孪生数据包括移动式泵送机组的设备参数、装配关系、运行数据以及环境数据。
[0010]上述方案中，所述车载平台包括箱式机动车、过滤器、柴油机、离合增速箱、高压提水泵，所述箱式机动车设有减震车架和箱体，所述过滤器、柴油机、离合增速箱、高压提水泵安装在减震车架上，箱体采用开放型隔音窗，对辐射噪声进行阻断；所述过滤器过滤水源来流中的沙砾和空气；所述柴油机为高压提水泵提供动力源；所述离合增速箱用来扩大柴油机的转速变化范围；所述高压提水泵为由柴油机驱动的低功耗多工况高扬程多级泵，将水源来流输送到水箱。
[0011]上述方案中，所述开放型隔音窗表面布置钩状超薄宽频带声超构表面单元，通过不同组合布置，产生全方位的隔音效应。
[0012]上述方案中，所述柴油机通过水冷系统进行冷却，水冷系统进口与过滤器出口相接，水冷系统出口与提水泵进口相接。
[0013]上述方案中，所述高压提水泵采用模块化结构，根据不同的场景需求增加或减少泵级数。
[0014]本专利技术还提供了一种基于数字孪生的应急供水方法，包括以下步骤：步骤1：路径勘察，通过无人机对山区和边远受灾地区进行水源地至用水安置点的路径勘察；步骤2：装备部署，根据环境数据部署应急供水系统各个设备，通过管道将设备连接起来，并把相关数据上传至数字孪生平台；步骤3：数字模型建立，基于应急供水系统的设备参数、装配关系、运行数据以及环境数据构建应急供水系统数字孪生模型；步骤4：性能分析，根据实时运行数据进行仿真计算，通过性能分析模块对移动泵送系统进行运行状态分析，对数字孪生模型进行更新；步骤5：优化调控，在保证用水安置点用水需求的前提下，根据性能分析结果输出调控计划，使应急供水系统节能、安全运行。
[0015]上述方案中，步骤1中，所述水源包括河流、湖泊以及地下水源；步骤2中，所述环境数据包括受灾地区经纬度、水源位置、地质特征；步骤3中，所述数字孪生模型基于Unity3D物理引擎实现；步骤4中，所述实时运行数据包括水箱水位、柴油机转速、阀门开度、管路流量以及管路压力；步骤5中，所述调控计划以柴油机转速和高压提水泵阀门开度为控制对象，以应急供水系统出口水压和流量为控制目标。
[0016]本专利技术的有益效果：本专利技术的基于数字孪生的应急供水系统及方法以物理水流动区域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理水流动区域全要素和供水管理活动全过程的数字化映射、智能化模拟，实现与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，提高应急供水系统装备交互控制实时性、运行安全性。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术所提供的一种基于数字孪生的应急供水系统的结构示意图。
[0019]图2为本专利技术所提供的一种移动式泵送机组结构示意图。
[0020]图3为本专利技术所提供的一种车载平台的左视图。
[0021]图4为图3的俯视图。
[0022]图5为本专利技术所提供的一种钩状超薄宽频带声超构表面单元结构示意图。
[0023]图6为本专利技术所提供的一种隔音窗两侧点声源入射时对应的透射声压场分布图。
[0024]图7为本专利技术所提供的一种高压提水泵的扬程（压力）
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流量特性曲线图。
[0025]图8为本专利技术提供的一种应急供水控制模型图。
[0026]图9为本专利技术所提供的一种变速调节控制原理图。
[0027]图10为本专利技术所提供的一种数字孪生模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的应急供水系统，其特征在于，包括移动式泵送机组、数据采集与控制中心和数字孪生平台，所述移动式泵送机组包括通过连接管路连接在一起的喂水泵、车载平台、电动阀门、泄压阀和水箱，所述数据采集与控制中心包括分布式采集模块和控制服务模块，所述分布式采集模块包括但不限于压力传感器、流量传感器、位移传感器，采集应急供水系统的实时运行状态数据，并将采集的运行数据进行存储；所述控制服务模块接收来自所述数字孪生平台和外部输入的运行调控指令，并将运行调控指令发送到所述移动泵送机组的相应设备，控制设备的运行状态。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的应急供水系统，其特征在于，所述数字孪生平台包括数字孪生体、性能分析模块、运行决策模块和人机交互模块，所述数字孪生体是由孪生数据驱动的移动式泵送机组的实时映射，实现移动式泵送机组的孪生对象、孪生过程和孪生调控可视化，所述性能分析模块基于机器学习模型对运行数据以及控制方案进行学习、对数字孪生体进行更新修正、对移动泵送机组运行状况评估；所述运行决策模块根据性能分析模块的评估结果做出变速、调节阀门开度以及停机等调控决策，并在移动式泵送机组出口压力超过安全值或发生故障时发出报警；所述人机交互模块可视化表达移动泵送机组的数字孪生体、调控决策以及警告信息。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的应急供水系统，其特征在于，所述喂水泵将水源处的水输送至车载平台；所述车载平台在接到指令后，进入场地进行提水作业；所述电动阀门通过改变阀门开度控制系统流量；所述泄压阀用于消除非正常工况下的瞬变高压；所述水箱用于存储收集来自车载平台的水流，为用水安置点提供水源。4.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的应急供水系统，其特征在于，所述孪生数据包括移动式泵送机组的设备参数、装配关系、运行数据以及环境数据。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的应急供水系统，其特征在于，所述车载平台包括箱式机动车、过滤器、柴油机、离合增速箱、高压提水泵，所述箱式机动车设有减震车架和箱体，所述过滤器、柴油机、离合增速箱、高压提水泵安...

【专利技术属性】
技术研发人员：司乔瑞，武凯鹏，袁寿其，杨宁，孙宏祥，王鹏，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：