本发明专利技术适用于燃气管网巡检系统技术领域，提供了一种基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，包括无人机探测模块，信息处理模块，无线通信模块，地理信息管理模块，场景搭建模块，智能分析模块，可视化信息交互模块。无人机探测模块将采集的燃气管网数据传递给信息处理模块，信息处理模块连接地理信息管理模块和场景搭建模块，智能分析模块对地理信息管理模块和场景搭建模块输入的数据进行整合和分析，并将整合分析结果传送到可视化信息交互模块，以三维可视化图像的形式显示。本发明专利技术实现多数据检测，无线组网，人机协同，借助数字孪生技术可实现远程监视与调控，快速确定燃气管网泄漏的精确位置。网泄漏的精确位置。网泄漏的精确位置。
【技术实现步骤摘要】
基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统及方法
[0001]本专利技术属于燃气管网巡检
，尤其涉及一种基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统及方法。
技术介绍
[0002]燃气作为一流的清洁能源与高效能源，为日常生活、工业发展提供着便利。而燃气管网作为燃气开发和利用的纽带在民用、工业、军事中有着重要的作用，但是，燃气管网由于埋设的隐秘性、穿越区域的广泛性、地理地貌的复杂性，容易受到环境和各种自然灾害的影响造成穿孔、设备老化从而发生燃气泄漏，易引发着火、爆炸等恶性事故。燃气泄漏检测方法从最初的工作人员肉眼检测到后来的仪器检测，目前多采用人机配合的检测方法，随着车载和无人机载巡检方式的兴起，大大提高了管网巡检的速率，工作人员可以远程查看管网实时画面，借助甲烷传感器探测管网周围燃气浓度。
[0003]但是车载巡检受道路的影响无法实现全管网巡检，相比较车载巡检，无人机巡检更具有灵活性，不受道路的限制，然而考虑到续航能力，无人机的路径规划显得至关重要；现有燃气泄漏巡技术很难做到泄漏点精确定位，探测数据无法有效融合，可视化平台不能实现与物理世界的高度映射。
技术实现思路
[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，旨在解决现有燃气泄漏巡技术很难做到泄漏点精确定位，探测数据无法有效融合的问题。
[0005]本专利技术实施例是这样实现的，一种基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，所述系统包括：
[0006]无人机探测模块、信息处理模块、无线通信模块、地理信息管理模块、场景搭建模块、智能分析模块和可视化信息交互模块；
[0007]所述无人机探测模块包括变焦高清相机、激光甲烷传感器、激光测距雷达、RTK单元；所述信息处理模块包括数据输入单元和数据库单元；所述无线通信模块包括无线数传电台、无线图传电台、Wi
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Fi单元和无线射频收发器；所述场景搭建模块用于进行三维模型搭建；所述智能分析模块包括数据实时映射单元、无人机路径规划单元和燃气泄漏快速定位单元。
[0008]优选的，所述RTK单元型号为vRTK2，搭载GNSS Soc芯片，支持北斗卫星新频点B1C、B2a和B2b RTK解算。
[0009]优选的，所述激光测距雷达的型号为PM
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1500，点频最高值为2000KHz，采用平行线扫描方式工作，测量距离最大值为1500m。
[0010]优选的，所述激光甲烷传感器选用U10机载甲烷泄漏检测仪，最远检验距离为100米，静态检测最低值为5ppm.m。
[0011]优选的，所述变焦高清相机选用VS
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UAZ8030HTBM型机载相机，像素值为1200万，光学变焦为30倍，具有网口和HDMI接口。
[0012]优选的，所述变焦高清相机选用VS
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UAZ8030HTBM型机载相机，像素值为1200万，光学变焦为30倍，具有网口和HDMI接口。
[0013]优选的，所述无线数传/图传电台的型号为P400
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840，数据传输距离大于100km；Wi
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Fi6单元以TCP/IP协议为承载层，选用型号为AX9000的路由器；无线射频收发器使用型号为ADRV9009发射器，型号为ADRV9008的接收器。
[0014]优选的，所述数据输入单元采用OPC UA多源数据类型解析方式，并采用XML数据交换格式。
[0015]本专利技术实施例的另一目的在于提供一种基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检方法，使用如上所述的基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统进行巡检，所述方法包括：
[0016]通过无人机探测模块遥控器控制无人机飞行状态，RTK单元和激光测距雷达测得管网泄漏点的位置信息，激光甲烷传感器测得大气中甲烷浓度，变焦高清相机拍摄燃气管网实时高清画面；获取燃气管网数字信息。
[0017]无人机探测模块将原始数据通过无线数传电台传递给信息处理模块，所述信息处理模块的数据输入单元将不同通讯接口、协议、标准的原始数据转换为计算机可处理的数字形式，数据库单元采用MySQL数据库对数据的储存，根据属性数据、GIS空间数据以及BIM数据为数据分类建库，并与上层服务器建立连接；
[0018]地理信息管理模块以ArcGIS系统为框架，接收所述信息处理模块的空间地理信息，进行坐标变换、图形拼接和拓扑生成，基于CityGML对多细节层次进行建模，建立燃气管网图层，进行空间检索、空间拓扑叠加分析以及空间模型分析；
[0019]场景搭建模块接收信息处理模块提供的管网物理特征和构造数据，以Revit作为建模仿真工具，为燃气管网建立虚拟的孪生模型并导出特定格式模型，再将导出的特定格式模型导入建模软件中，完成对场景的搭建和模型的渲染，在数字空间内映射物理空间的活动，并对虚实交互控制建立通信接口。
[0020]智能分析模块通过数据分析平台和Lakehouse架构，对一份数据进行多种处理分析，数据实时映射单元通过基于强化学习的数据驱动模型拟真化运行，以City GML结构为框架的BIM、GIS静态孪生模型融合，传感器所探测的动态数据包括时间层面和行为层面的逻辑数据信息，通过孪生模型与传感器动态数据的融合建模，无人机路径规划单元通过RTK基准站和RTK流动站的配合，采用APF
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BRRT*融合路径规划算法减少飞行路径；燃气泄漏快速定位单元根据无人机搭载的激光甲烷传感器、激光测距雷达和RTK探测的甲烷气体浓度以及位置信息进行定位。
[0021]可视化信息交互模块以EasyV为数据可视化平台，进行数据交互、燃气管网泄漏报警、数据多维度显示、远程通信、实时/历史数据查询和智能决策。
[0022]优选的，燃气泄漏报警预先设定报警值为25％LEL，若甲烷浓度超过报警值，系统将发出报警信号，同时无人机搭载的变焦高清摄像头抓拍现场影像作为记录。
[0023]本专利技术的有益效果是：通过无人机探测模块采集燃气管网数据，采用MySQL根据属性数据、GIS空间数据以及BIM数据等为数据分类建库，以ArcGIS系统为框架通过坐标变换、
图形拼接、拓扑生成对多细节层次进行建模，实现空间检索、空间拓扑叠加分析以及空间模型分析；建模仿真工具Revit为燃气管网建立虚拟孪生模型，在数字空间内映射物理空间的活动；数据实时映射单元通过基于强化学习的数据驱动模型拟真化运行，通过孪生模型与传感器动态数据的融合建模，实现设备、环境和行为逻辑的多维实时映射以及数字世界对物理实体的状态和行为全面呈现、精准表达；可视化信息交互模块利用孪生模型与物理实体之间的实时交互、迭代运行机制，实现数据传输、燃气管网泄漏报警、数据多维度显示、远程通信、实时/历史数据查询，提高工作效率，减少失误，降低人为因素干扰。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例提供的一种基于CIM数字孪生技术的燃气管网本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，其特征在于，所述系统包括：无人机探测模块、信息处理模块、无线通信模块、地理信息管理模块、场景搭建模块、智能分析模块和可视化信息交互模块；所述无人机探测模块包括变焦高清相机、激光甲烷传感器、激光测距雷达、RTK单元；所述信息处理模块包括数据输入单元和数据库单元；所述无线通信模块包括无线数传电台、无线图传电台、Wi
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Fi单元和无线射频收发器；所述场景搭建模块用于进行三维模型搭建；所述智能分析模块包括数据实时映射单元、无人机路径规划单元和燃气泄漏快速定位单元。2.根据权利要求1所述的基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，其特征在于，所述RTK单元型号为vRTK2，搭载GNSSSoc芯片，支持北斗卫星新频点B1C、B2a和B2bRTK解算。3.根据权利要求1所述的基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，其特征在于，所述激光测距雷达的型号为PM
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1500，点频最高值为2000KHz，采用平行线扫描方式工作，测量距离最大值为1500m。4.根据权利要求1所述的基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，其特征在于，所述激光甲烷传感器选用U10机载甲烷泄漏检测仪，最远检验距离为100米，静态检测最低值为5ppm.m。5.根据权利要求1所述的基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，其特征在于，所述变焦高清相机选用VS
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UAZ8030HTBM型机载相机，像素值为1200万，光学变焦为30倍，具有网口和HDMI接口。6.根据权利要求1所述的基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，其特征在于，所述无线数传/图传电台的型号为P400
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840，数据传输距离大于100km；Wi
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Fi6单元以TCP/IP协议为承载层，选用型号为AX9000的路由器；无线射频收发器使用型号为ADRV9009发射器，型号为ADRV9008的接收器。7.根据权利要求1所述的基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检系统，其特征在于，所述数据输入单元采用OPCUA多源数据类型解析方式，并采用XML数据交换格式。8.一种基于CIM数字孪生技术的燃气管网无人机巡检方法，使用如权利要求1
【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，刘超杰，井佩玉，邵昊，黄露露，王志静，陈远德，刘子豪，王利辉，范卓颖，费桢，李以恒，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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