[发明专利]一种超大口径柔性管道数字孪生安全评价系统和方法

说明书

本发明提供一种超大口径柔性管道数字孪生安全评价系统和方法，可实现采用少量传感器的方式对管道的整体和局部受力与形变情况进行实时、快速计算分析，分析结果可直接用于管道的长期无人自动监测与预警，并为管道的安全运行评估提供科学基础数据。该方法所采用的设备简单、无需外界电源、造价低廉，设备的整体安装操作简单，可实现管道的大规模监测。

技术领域

本发明涉及管道自动化监测技术领域，具体涉及一种一种超大口径柔性管道数字孪生安全评价系统和方法。

背景技术

超大口径柔性管道在缓解大城市与日俱增的排污压力方面发挥了重要作用，但由于其自身抵抗变形的刚度较小，使得这种管道在土体和上部荷载作用下特别容易损坏，如何实时监测这种大口径柔性管道的内力和变形情况，从而为管道的安全评估提供科学数据支持，正在成为城市市政部门日益迫切的需求。

发明内容

针对城市超大口型柔性管道健康监测难题，本发明提供一种超大口径柔性管道数字孪生安全评价系统和方法，满足城市超大口径柔性管道的内力与变形监测需求。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种超大口径柔性管道安全评价系统，包括

(1)边缘感知装置：

土压力计，用以测量管道壁承受的土地压力；

表面应变计，用于测量管道壁受力后的表面应变值；

GNSS卫星位移仪，用以测量管道的沉降位移；

无线采发单元，用于采集以上传感器数据并进行无线发送；

(2)服务器控制系统：

云端平台，用于接收土压力计、表面应变计和GNSS接收机传送的监

测数据并进行分布式存储；

雾端平台，用于订阅云端存储的监测数据，输入管道有限元模型进行受力计算，得出监测管道整体承受的内力和变形情况，并建立安全评估和预警准则；

网页端，用于进行监测数据及数字孪生模型的可视化，以及安全评估和预警的显控。

进一步的，所述土压力计和表面应变计通过环氧树脂胶粘贴于管道外壁上。

进一步的，还包括基座，保护管、支撑杆、揽风绳，所述基座固定于管道顶部并与支撑杆连接，所述保护管套接于支撑管上，用以隔离土体与支撑杆，所述揽风绳为两根。

进一步的，还包括GNSS接收机还包括地面站，所述地面站与支撑杆连接，地面站安装有光伏板，所述光伏板用以向地面站供电，所述控制装置安装于地面站一侧。

进一步的，所述服务器控制系统采用python编程语言，结合商用有限元软件ANSYS参数化编程语言APDL，创建可变参控制的管道有限元模型，实现自主式接收传感器监测数据计算。

另一方面，本发明还提供了基于上述系统的一种超大口径柔性管道安全评价方法，包括以下步骤：

S1，采用ANSYS软件中的APDL程序创建管道有限元模型；

S2，将土压力计、表面应变计和GNSS接收机传送的监测数据输入管道有限元模型；

S3，提取计算结果中的监测点位的应变数据并与表面应变计数据比对，若误差超出限制，则执行步骤S4，若误差在可控范围内，则执行步骤S5；

S4，重新调整模型再次计算；

S5，系统自动比检查模型其它部位的应变值是否超出预警值，若超出则执行步骤S6，若没有超出则执行步骤S7；

S6，自动报警，提示该部位的管道受理较大；