基于数字孪生的数字化料场管理系统的制作方法

1.本发明涉及料场管理技术领域，具体是基于数字孪生的数字化料场管理系统。


背景技术：

2.数字化料场是指通过应用数字技术和信息化手段，对物料仓储和管理过程进行智能化、自动化和集成化管理的系统，它利用传感器、物联网、云计算等技术，实现对物料的实时监测、追踪和管理，提高物料仓储的效率和精确度；在现有技术中，对于料场的管理方法并不能实现对于料堆信息的实时获取，造成管理成本的居高不下，且现有技术中，也缺乏对于物料堆放的优化方法，导致料场的利用率偏低，针对现有技术的不足，本发明提供了基于数字孪生的数字化料场管理系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供基于数字孪生的数字化料场管理系统。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于数字孪生的数字化料场管理系统，包括主控中心，所述主控中心通信连接有地图构建模块、料堆采集模块、车辆管理模块、堆料优化模块、消防监控模块、信息反馈模块；所述地图构建模块用于利用gis技术构建料场的虚拟地图；所述料堆采集模块用于对料堆信息进行采集，并基于所采集的料堆信息获得相应的实时状态；所述车辆管理模块用于对车辆信息进行采集，并对其进行授权、导航、追踪，同时生成相应的车辆报警信号；所述堆料优化模块用于对已经堆放的物料进行堆放优化，对尚未堆放的物料进行堆放规划；所述消防监控模块用于对堆料区的消防情况进行监控，并对已经出现和尚未出现的火灾进行处理，同时生成相应的火灾报警信号；所述信息反馈模块用于对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈。
5.进一步的，所述地图构建模块利用gis技术构建料场的虚拟地图的过程包括：设置地图构建单元，通过所述地图构建单元对料场的设施信息进行采集，利用gis技术基于所采集的设施信息构建料场的虚拟地图，通过移动终端对所构建的虚拟地图进行查看。
6.进一步的，所述料堆采集模块对料堆信息进行采集，并基于所采集的料堆信息获得相应的实时状态的过程包括：设置料堆采集单元，将堆料区等分为若干个堆料子区，通过所述料堆采集单元对各个堆料子区的料堆信息进行采集，所述料堆信息包括物料种类、堆放类型、料堆体积、料堆易燃性；获得堆料子区的容纳体积，根据各个堆料子区的料堆体积和容纳体积，获得堆积
子区的实时状态，包括空置状态和使用状态，并将所获得的料堆信息和实时状态上传至虚拟地图进行可视化。
7.进一步的，所述车辆管理模块对车辆信息进行采集，并对其进行授权、导航、追踪，同时生成相应的车辆报警信号的过程包括：设置车辆采集单元和车辆管理单元，通过所述车辆采集单元对运输车辆的车辆信息进行采集，所述运输车辆分为运入车辆和运出车辆，通过所述车辆管理单元向运输车辆授予权限，并为其构建导航路线，获得运输车辆的实时位置，对运输车辆的行驶轨迹进行追踪，并生成轨迹记录；若运输车辆未经授权即进入料场，则对其生成相应的运入报警信号或运出报警信号，将所生成的轨迹记录与所构建的导航路线进行比较，根据比较结果判断运输车辆是否偏离路线，并生成相应的偏离报警信号，并将所获得的车辆信息和轨迹记录上传至虚拟地图进行可视化。
8.进一步的，所述堆料优化模块对已经堆放的物料进行堆放优化的过程包括：在虚拟地图中根据所获得的料堆信息和当前状态，将堆放同一物料的堆料子区纳入同一堆料子区组，根据堆料子区组内各堆料子区的料堆体积，获得该堆料子区组的总料堆体积；将所获得的总料堆体积在虚拟地图中依次堆入处于空置状态的堆料子区，获得足够容纳总料堆体积的堆料子区数量，在现实料场中根据所获得的堆料子区数量对已经堆放的物料进行堆放优化。
9.进一步的，所述堆料优化模块对尚未堆放的物料进行堆放规划的过程包括：在卸料区设置卸料采集单元，通过所述卸料采集单元对卸料区的卸料信息进行采集，所述卸料信息包括物料种类以及卸料体积，并将所获得的卸料信息上传至虚拟地图进行可视化；在虚拟地图中根据所获得的物料种类，获得相应的堆料子区组，并将所获得的卸料体积优先堆入处于使用状态的堆料子区，在现实料场中根据虚拟地图中的堆放方式对尚未堆放的物料进行堆放规划。
10.进一步的，所述消防监控模块对堆料区的消防情况进行监控，并对已经出现和尚未出现的火灾进行处理，同时生成相应的火灾报警信号的过程包括：设置监控单元，通过所述监控单元对堆料子区的温度进行检测，获得温度指数，设置温度阈值，根据温度指数和温度阈值的比较结果将堆料子区分为正常状态和失火状态，并生成失火报警信号，获得变化系数，设置变化阈值，根据变化系数和变化阈值的比较结果生成高温报警信号；设置消防单元，当堆料子区处于失火状态时，通过所述消防单元控制消防喷淋头开启，当堆料子区恢复正常状态时，通过所述消防单元控制消防喷淋头关闭，并将所获得的温度指数、变化系数以及相应的状态上传至虚拟地图进行可视化。
11.进一步的，所述信息反馈模块对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈的过程包括：设置反馈单元，通过所述反馈单元对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈，所述车辆报警信号包括运入报警信号、运出报警信号以及偏离报警信号，所述火灾报警信号
包括失火报警信号以及高温报警信号。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、利用gis技术基于现实料场构建虚拟地图，并对料堆信息、车辆信息以及温度信息进行可视化处理，有利于工作人员随时通过移动终端对料场的虚拟地图进行查看；2、在虚拟地图中获得对于已经堆放的物料的优化方法，同时获得对于尚未堆放的物料的规划方法，在现实料场中采取所获得的优化方法和规划方法对料场进行处理，有利于提高料场的利用率，实现料场管理的优化；3、对堆放物料的温度进行检测以判断其是否发生火灾，若发生火灾则及时对其进行处理，若未发生火灾则对其高温进行预测，能够减少火灾的发生，降低料场的损失。
附图说明
13.图1为本发明的原理图。
具体实施方式
14.如图1所示，基于数字孪生的数字化料场管理系统，包括主控中心，所述主控中心通信连接有地图构建模块、料堆采集模块、车辆管理模块、堆料优化模块、消防监控模块、信息反馈模块；所述地图构建模块用于利用gis技术构建料场的虚拟地图；所述料堆采集模块用于对料堆信息进行采集，并基于所采集的料堆信息获得相应的实时状态；所述车辆管理模块用于对车辆信息进行采集，并对其进行授权、导航、追踪，同时生成相应的车辆报警信号；所述堆料优化模块用于对已经堆放的物料进行堆放优化，对尚未堆放的物料进行堆放规划；所述消防监控模块用于对堆料区的消防情况进行监控，并对已经出现和尚未出现的火灾进行处理，同时生成相应的火灾报警信号；所述信息反馈模块用于对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈。
15.需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述地图构建模块利用gis技术构建料场的虚拟地图的过程包括：设置地图构建单元，通过所述地图构建单元对料场的设施信息进行采集，所述设施信息包括但不限于堆料区、车辆通道、卸料区、围墙栅栏、办公区、休息区、照明设施、防涝设施、称重设施、搬运设施；利用gis技术基于所采集的料场的设施信息构建料场的虚拟地图，工作人员通过移动终端对所构建的虚拟地图进行查看，需要进一步说明的是，在具体实施过程中，此时所构建的虚拟地图仅包括料场设施，不包括其中的物料和车辆。
16.需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述料堆采集模块对料堆信息进行采集，并基于所采集的料堆信息获得相应的实时状态的过程包括：设置料堆采集单元，通过所述料堆采集单元对料堆的物料种类和堆放类型进行采集，所述物料种类包括但不限于水泥、砖瓦、钢筋、木材、玻璃、涂料、沙子、石头，所述堆放类
型包括但不限于堆积式、四方堆、圆形堆、错落堆；将堆料区等分为若干个堆料子区，通过所述料堆采集单元对各个堆料子区的料堆信息进行采集，所述料堆信息包括但不限于物料种类、堆放类型、料堆体积、料堆易燃性；以某一堆料子区为例，若该堆料子区内未堆放物料，则将该堆料子区标记为空置状态，若该堆料子区内已堆放物料，则将该堆料子区的料堆体积标记为v
体
；通过堆料区的设施信息获得堆料区的总容纳体积，进而获得所等分的各个堆料子区的容纳体积，并将所获得的堆料子区的容纳体积标记为v
容
，获得堆料子区的已用比例和未用比例，并将所获得的已用比例和未用比例分别标记为p
已
和p
未
；；；根据所获得的已用比例和未用比例，将该堆料子区标记为使用状态，所获得的使用状态内包括有该堆料子区的已用比例和未用比例，以此类推，获得所有堆料子区的当前状态，并将所获得的料堆信息和实时状态上传至虚拟地图进行可视化。
17.需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述车辆管理模块对车辆信息进行采集，并对其进行授权、导航、追踪，同时生成相应的车辆报警信号的过程包括：设置车辆采集单元，通过所述车辆采集单元对运输车辆的车辆信息进行采集，所述车辆信息包括但不限于驾驶人员、车牌号码、车辆型号、车辆载重，所述运输车辆分为运入车辆和运出车辆，所述运入车辆用于将物料运入料场，所述运出车辆用于将物料运出料场；设置车辆管理单元，对于运入车辆，由驾驶人员向所述车辆管理单元发起车辆运入申请，在审核通过后，通过所述车辆管理单元向运入车辆授予运入权限，并在入口、卸料区、出口三个地点之间构建一条导航路线，获得运入车辆的实时位置，通过所述车辆管理单元对运入车辆的行驶轨迹进行追踪，并生成相应的轨迹记录；对于运出车辆，由驾驶人员向所述车辆管理单元发起车辆运出申请，在审核通过后，通过所述车辆管理单元向运出车辆授予运出权限，并在入口、堆料区、出口三个地点之间构建一条导航路线，获得运出车辆的实时位置，通过所述车辆管理单元对运出车辆的行驶轨迹进行追踪，并生成相应的轨迹记录；若运入车辆未经授权即进入料场，则获得该运入车辆的车辆信息，并生成相应的运入报警信号，若运出车辆未经授权即进入料场，则获得该运出车辆的车辆信息，并生成相应的运出报警信号；将所生成的轨迹记录与所构建的导航路线进行比较，根据比较结果判断运输车辆是否偏离路线，若判断其已偏离路线，则生成相应的偏离报警信号，若判断其未偏离路线，则不对其进行任何操作，并将所获得的车辆信息和轨迹记录上传至虚拟地图进行可视化。
18.需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述堆料优化模块对已经堆放的物料进行堆放优化的过程包括：在虚拟地图中根据所获得的料堆信息和当前状态，将堆放同一物料的堆料子区纳
入同一堆料子区组，并根据该堆料子区组所堆放的物料对其进行命名，如水泥子区组，根据堆料子区组内各堆料子区的料堆体积，获得该堆料子区组的总料堆体积；将所获得的总料堆体积在虚拟地图中依次堆入处于空置状态的堆料子区，获得足够容纳总料堆体积的堆料子区数量，在现实料场中根据所获得的堆料子区数量对已经堆放的物料进行堆放优化。
19.需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述堆料优化模块对尚未堆放的物料进行堆放规划的过程包括：在卸料区设置卸料采集单元，通过所述卸料采集单元对卸料区的卸料信息进行采集，所述卸料信息包括物料种类以及卸料体积，并将所获得的卸料信息上传至虚拟地图进行可视化；在虚拟地图中根据所获得的物料种类，获得相应的堆料子区组，并将所获得的卸料体积优先堆入处于使用状态的堆料子区，在将其堆满后，再堆入处于空置状态的堆料子区，在现实料场中根据虚拟地图中的堆放方式对尚未堆放的物料进行堆放规划。
20.需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述消防监控模块对堆料区的消防情况进行监控，并对已经出现和尚未出现的火灾进行处理，同时生成相应的火灾报警信号的过程包括：设置检测周期t；在各个堆料子区内分别设置监控单元，所述监控单元外连接有红外热成像仪，以各个堆料子区的料堆易燃性为基础将其分为易燃料堆和不易燃料堆，为不同种类的堆料子区设置不同数量的红外热成像仪，易燃料堆的红外热成像仪的数量是不易燃料堆的若干倍；通过所述监控单元对堆料子区内的高温点的温度进行检测，获得最近一个检测周期内的高温点的温度值，并对所获得的温度值进行编号，记为i，其中，i=1，2，
……
，n，并将所获得的温度值标记为wi；获得堆料子区内的温度指数，并将所获得的温度指数标记为wz；；设置温度阈值w0；当wz＜w0时，将该堆料子区标记为正常状态，并对其温度进行预测；当wz≥w0时，将该堆料子区标记为失火状态，并生成相应的失火报警信号；设置预测周期，对预测周期进行标记，记为k，其中，k=1，2，
……
，需要进一步说明的是，在具体实施过程中，k表示当前的预测周期，k-1表示上一个预测周期；将标记为k的预测周期内的温度值wi记为w
ki
，获得w
ki
的温度指数，并将所获得的温度指数记为wk，对其进行变化评估以获得相应的变化系数，并将所获得的变化系数记为b
wk
；；
；设置变化阈值r；当|b
wk-b
wk-1
|＞r时，将wk与w
k-1
的参数值进行比较，除此以外的其他情况，均不对其进行任何操作；当wk＞w
k-1
时，将该堆料子区标记为高温状态，并生成相应的高温报警信号，除此以外的其他情况，均不对其进行任何操作；在各个堆料子区内分别设置消防单元，所述消防单元外连接有消防喷淋头，为不同种类的堆料子区设置不同数量的消防喷淋头，易燃料堆的消防喷淋头的数量是不易燃料堆的若干倍；当堆料子区处于失火状态时，通过所述消防单元控制消防喷淋头开启，当堆料子区恢复正常状态时，通过所述消防单元控制消防喷淋头关闭，并将所获得的温度指数、变化系数以及相应的不同状态上传至虚拟地图进行可视化。
21.需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述信息反馈模块对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈的过程包括：设置反馈单元，通过所述反馈单元对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈，并由工作人员根据车辆报警信号和火灾报警信号对其进行后续处理，所述车辆报警信号包括运入报警信号、运出报警信号、偏离报警信号，所述火灾报警信号包括失火报警信号、高温报警信号。
22.以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

技术特征：
1.基于数字孪生的数字化料场管理系统，包括主控中心，其特征在于，所述主控中心通信连接有地图构建模块、料堆采集模块、车辆管理模块、堆料优化模块、消防监控模块、信息反馈模块；所述地图构建模块用于利用gis技术构建料场的虚拟地图；所述料堆采集模块用于对料堆信息进行采集，并基于所采集的料堆信息获得相应的实时状态；所述车辆管理模块用于对车辆信息进行采集，并对其进行授权、导航、追踪，同时生成相应的车辆报警信号；所述堆料优化模块用于对已经堆放的物料进行堆放优化，对尚未堆放的物料进行堆放规划；所述消防监控模块用于对堆料区的消防情况进行监控，并对已经出现和尚未出现的火灾进行处理，同时生成相应的火灾报警信号；所述信息反馈模块用于对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的数字化料场管理系统，其特征在于，所述地图构建模块利用gis技术构建料场的虚拟地图的过程包括：设置地图构建单元，通过所述地图构建单元对料场的设施信息进行采集，利用gis技术基于所采集的设施信息构建料场的虚拟地图，通过移动终端对所构建的虚拟地图进行查看。3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的数字化料场管理系统，其特征在于，所述料堆采集模块对料堆信息进行采集，并基于所采集的料堆信息获得相应的实时状态的过程包括：设置料堆采集单元，将堆料区等分为若干个堆料子区，通过所述料堆采集单元对各个堆料子区的料堆信息进行采集，所述料堆信息包括物料种类、堆放类型、料堆体积、料堆易燃性；获得堆料子区的容纳体积，根据各个堆料子区的料堆体积和容纳体积，获得堆积子区的实时状态，包括空置状态和使用状态，并将所获得的料堆信息和实时状态上传至虚拟地图进行可视化。4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的数字化料场管理系统，其特征在于，所述车辆管理模块对车辆信息进行采集，并对其进行授权、导航、追踪，同时生成相应的车辆报警信号的过程包括：设置车辆采集单元和车辆管理单元，通过所述车辆采集单元对运输车辆的车辆信息进行采集，所述运输车辆分为运入车辆和运出车辆，通过所述车辆管理单元向运输车辆授予权限，并为其构建导航路线，获得运输车辆的实时位置，对运输车辆的行驶轨迹进行追踪，并生成轨迹记录；若运输车辆未经授权即进入料场，则对其生成相应的运入报警信号或运出报警信号，将所生成的轨迹记录与所构建的导航路线进行比较，根据比较结果判断运输车辆是否偏离路线，并生成相应的偏离报警信号，并将所获得的车辆信息和轨迹记录上传至虚拟地图进行可视化。5.根据权利要求4所述的基于数字孪生的数字化料场管理系统，其特征在于，所述堆料
优化模块对已经堆放的物料进行堆放优化的过程包括：在虚拟地图中根据所获得的料堆信息和当前状态，将堆放同一物料的堆料子区纳入同一堆料子区组，根据堆料子区组内各堆料子区的料堆体积，获得该堆料子区组的总料堆体积；将所获得的总料堆体积在虚拟地图中依次堆入处于空置状态的堆料子区，获得足够容纳总料堆体积的堆料子区数量，在现实料场中根据所获得的堆料子区数量对已经堆放的物料进行堆放优化。6.根据权利要求5所述的基于数字孪生的数字化料场管理系统，其特征在于，所述堆料优化模块对尚未堆放的物料进行堆放规划的过程包括：在卸料区设置卸料采集单元，通过所述卸料采集单元对卸料区的卸料信息进行采集，所述卸料信息包括物料种类以及卸料体积，并将所获得的卸料信息上传至虚拟地图进行可视化；在虚拟地图中根据所获得的物料种类，获得相应的堆料子区组，并将所获得的卸料体积优先堆入处于使用状态的堆料子区，在现实料场中根据虚拟地图中的堆放方式对尚未堆放的物料进行堆放规划。7.根据权利要求4所述的基于数字孪生的数字化料场管理系统，其特征在于，所述消防监控模块对堆料区的消防情况进行监控，并对已经出现和尚未出现的火灾进行处理，同时生成相应的火灾报警信号的过程包括：设置监控单元，通过所述监控单元对堆料子区的温度进行检测，获得温度指数，设置温度阈值，根据温度指数和温度阈值的比较结果将堆料子区分为正常状态和失火状态，并生成失火报警信号，获得变化系数，设置变化阈值，根据变化系数和变化阈值的比较结果生成高温报警信号；设置消防单元，当堆料子区处于失火状态时，通过所述消防单元控制消防喷淋头开启，当堆料子区恢复正常状态时，通过所述消防单元控制消防喷淋头关闭，并将所获得的温度指数、变化系数以及相应的状态上传至虚拟地图进行可视化。8.根据权利要求7所述的基于数字孪生的数字化料场管理系统，其特征在于，所述信息反馈模块对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈的过程包括：设置反馈单元，通过所述反馈单元对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈，所述车辆报警信号包括运入报警信号、运出报警信号、偏离报警信号，所述火灾报警信号包括失火报警信号、高温报警信号。

技术总结
本发明公开了基于数字孪生的数字化料场管理系统，涉及料场管理技术领域，包括主控中心，所述主控中心通信连接有地图构建模块、料堆采集模块、车辆管理模块、堆料优化模块、消防监控模块、信息反馈模块；所述地图构建模块用于构建料场的虚拟地图，所述料堆采集模块用于对料堆信息进行采集以获得实时状态，所述车辆管理模块用于对车辆信息进行采集以生成车辆报警信号，所述堆料优化模块用于对物料进行堆放优化和堆放规划，所述消防监控模块用于对堆料区的消防情况进行监控以生成火灾报警信号，所述信息反馈模块用于对车辆报警信号和火灾报警信号进行反馈；通过本发明的技术方案，有利于提高料场的利用率，实现料场管理的优化。实现料场管理的优化。实现料场管理的优化。


技术研发人员：纪辉 尹可晖 董怡 陈鲁智
受保护的技术使用者：山东朝辉自动化科技有限责任公司
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/9/9