天然气压气站与计量站流程数字孪生仿真用计算模型方法

摘要

本发明涉及数字孪生仿真技术领域，具体是天然气压气站与计量站流程数字孪生仿真用计算模型方法，包括以下步骤：步骤一：建立计算模型；步骤二：逻辑化构件组合成站场场景孪生体；步骤三：OPC协议接入数据；步骤四：计算天然气即时流通状态；步骤五：即时流动状态的动态模拟，本发明可以让三维建筑信息模型逻辑化构件组合成站场场景孪生体后，通过现场OPC协议接入SCADA的实时点位数据，在高仿真场景空间中，通过结合结构化虚拟物理模型，实现即时流动状态的动态模拟，满足现场业务人员的真正业务需求。

说明书

技术领域

本发明涉及数字孪生仿真技术领域，具体是天然气压气站与计量站流程数字孪生仿真用计算模型方法。

背景技术

数字孪生就是计算机、网络通信等数字技术，创造一个数字版的现实世界的“克隆体”，也被称为“数字孪生体”，它被创建在信息化平台上，是虚拟的，数字孪生充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中反映出对应物理世界的实体装备的全生命周期。

现有市场上常见的天然气站场数字孪生体，通常只是简单的三维建模渲染场景叠加数据可视化面板，缺乏对基础设施内部运行逻辑已经气体及时流通业务具体状态的高仿真孪生逻辑反馈，无法与现场业务人员的具体应用需求匹配。

发明内容

本发明的目的在于提供天然气压气站与计量站流程数字孪生仿真用计算模型方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案是：天然气压气站与计量站流程数字孪生仿真用计算模型方法，包括以下步骤：

步骤一：建立计算模型，对天然气压气站与计量站内主供气系统管道和阀门拓扑进行建模，形成图数据模型；

步骤二：逻辑化构件组合成站场场景孪生体；

步骤三：OPC协议接入数据，通过现场OPC协议接入SCADA系统的实时点位数据；

步骤四：计算天然气即时流通状态，通过图形数据库和分布式PREGEL递归算法，实时动态计算出当前主供气系统中天然气即时流通状态；

步骤五：即时流动状态的动态模拟，以动态模型构件材质变换方式在数字孪生体中就实现场景化呈现。

优选的，所述步骤一中的计算模型包括有节点、边、消息和超迭代四个基本要素。

优选的，所述节点均有全局唯一的ID，所述节点存在Active和Inactive 两种状态，所述节点的状态可以决定算法是否结束。

优选的，所述边可以被Assign一个属性，这个属性可以是边的权值等信息，所述边是有向的。

优选的，所述消息是步骤一中计算模型的核心，每个节点在初始状态以及之后的每一个计算步骤当中都被Attach一个消息值作为节点当前的状态，算法的迭代通过节点之间互相发送的消息来完成。

优选的，所述超迭代是执行算法过程当中进行的一次迭代，一次计算过程可能包括多个超迭代。

优选的，所述超迭代是执行算法过程当中进行的一次迭代，一次计算过程可能包括多个超迭代。

优选的，所述超迭代包括有接收消息、合并消息和发送消息三个步骤，所述合并消息是将接收到的消息合并出一个最大值，所述接收消息、合并消息和发送消息的载体均为节点。

优选的，当所述节点在上一步当中没有接收到消息，或者算法自身决定不再向外发送消息，它可以被转变为Inactive的。

优选的，当一个在之前已经Inactive的节点又接受到一条新的消息，它会在新的计算中转变为Active的状态。

本发明通过改进在此提供天然气压气站与计量站流程数字孪生仿真用计算模型方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

本发明可以让三维建筑信息模型逻辑化构件组合成站场场景孪生体后，通过现场OPC协议接入SCADA的实时点位数据，在高仿真场景空间中，通过结合结构化虚拟物理模型，实现即时流动状态的动态模拟，满足现场业务人员的真正业务需求。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明进行详细说明，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。

本发明通过改进在此提供天然气压气站与计量站流程数字孪生仿真用计算模型方法，本发明的技术方案是：

实施例一：

天然气压气站与计量站流程数字孪生仿真用计算模型方法，包括以下步骤：

步骤一：建立计算模型，对天然气压气站与计量站内主供气系统管道和阀门拓扑进行建模，形成图数据模型；

步骤二：逻辑化构件组合成站场场景孪生体；

步骤三：OPC协议接入数据，通过现场OPC协议接入SCADA系统的实时点位数据；

步骤四：计算天然气即时流通状态，通过图形数据库和分布式PREGEL递归算法，实时动态计算出当前主供气系统中天然气即时流通状态；

步骤五：即时流动状态的动态模拟，以动态模型构件材质变换方式在数字孪生体中就实现场景化呈现。

进一步的，在上述技术方案中，所述步骤一中的计算模型包括有节点、边、消息和超迭代四个基本要素。

进一步的，在上述技术方案中，所述节点均有全局唯一的ID，所述节点存在Active和Inactive两种状态，所述节点的状态可以决定算法是否结束。

进一步的，在上述技术方案中，所述边可以被Assign一个属性，这个属性可以是边的权值等信息，所述边是有向的。

进一步的，在上述技术方案中，所述消息是步骤一中计算模型的核心，每个节点在初始状态以及之后的每一个计算步骤当中都被Attach一个消息值作为节点当前的状态，算法的迭代通过节点之间互相发送的消息来完成。

进一步的，在上述技术方案中，所述超迭代是执行算法过程当中进行的一次迭代，一次计算过程可能包括多个超迭代。

进一步的，在上述技术方案中，所述超迭代是执行算法过程当中进行的一次迭代，一次计算过程可能包括多个超迭代。

进一步的，在上述技术方案中，所述超迭代包括有接收消息、合并消息和发送消息三个步骤，所述合并消息是将接收到的消息合并出一个最大值，所述接收消息、合并消息和发送消息的载体均为节点。

进一步的，在上述技术方案中，当所述节点在上一步当中没有接收到消息，或者算法自身决定不再向外发送消息，它可以被转变为Inactive的。

进一步的，在上述技术方案中，当一个在之前已经Inactive的节点又接受到一条新的消息，它会在新的计算中转变为Active的状态。

工作原理：首先对天然气压气站与计量站内主供气系统管道和阀门拓扑进行建模，形成图数据模型并以OPC协议方式接入SCADA系统中阀门状态的实时监控数据，然后利用图形数据库+分布式PREGEL递归算法，实时动态计算出当前主供气系统中天然气即时流通状态，并以动态模型构件材质变换方式在数字孪生体中就实现场景化呈现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。