一种用于船舶的消防监控的数字孪生系统的制作方法

技术特征：

1.一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，包括船舶消防环境监测模组、消防监测数据云平台模组、监测数据三维可视化显示模组、逃生路径预测与引导逃生数字孪生控制模组四个功能模组；其特征在于：所述船舶消防环境监测模组包括：温湿度监测与预测模块、烟雾探测报警功能模块、火焰监测与报警功能模块、数据采集与集中处理模块组成；所述船舶消防环境监测模组通过wi-fi无线通讯方式，按照mqtt协议规则与消防监测数据云平台模组进行数据交互；

所述消防监测数据云平台模组以多传感器物联网云平台为连接基础，采集数据，通过并联冗余通路完成数据传输，实时收集与处理船舶室内温湿度、烟雾、火焰等数据，实时显示船舶各个舱室传感器采集环境数据，并存储于云平台中；

所述监测数据三维可视化显示模组，采用think.js数据接口与三维模型融合，实现消防三维可视化监测，实现在三维船舶模型上实时显示监测数据；

所述逃生路径预测与引导逃生数字孪生控制模组通过火灾探测数据模块与三维模型融合，同时包括了环境数据监测、火灾报警、火源定位、火灾和烟雾蔓延预测、逃生路径智能生成等模块，实现消防数据三维可视化与引导逃生功能。

2.根据权利要求1所述的一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，其特征在于：所述船舶消防环境监测模块具体包括dht11温湿度传感器、ds18b20温度传感器、mq-2烟雾探测器、soc嵌入式火焰探测器、树莓派数据采集与集中处理模块，并设置有源蜂鸣器、pcf8591a/d转换器，共同配合检测环境信息。

3.根据权利要求2所述的一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，其特征在于：所述逃生路径预测与引导逃生数字孪生控制模组设置有嵌入式火焰传感器、温湿度传感器、烟雾探测器等多传感器；所述嵌入式火焰传感器，通过vxworks与树莓派实现数据实时传输与图像处理，辨识出火焰像素，识别火焰并报警；配合使用蜂鸣器，使得有火灾发生时蜂鸣器发出报警声。

4.根据权利要求1所述的一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，其特征在于：所述逃生路径预测与引导逃生数字孪生控制模组的三维模型由think.js三维可视化技术提供监测场景的三维模型及实时图像，同时能够实时引导逃生，具备立体消防疏散路径生成和指示功能。

5.根据权利要求1所述的一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，其特征在于：所述监测数据三维可视化显示模组是将三维船舶模型转化为fbx格式后，导入到thingjs中；并通过campusbuilder与thingjs数据连接实现三维船舶模型与消防监测数据云平台模组获得的监测数据的对接。

6.根据权利要求2所述的一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，其特征在于：所述船舶消防环境监测模组的数据实时可视化传输，通过云mqtt协议传输规则，树莓派数据采集与集中处理模块收集实时数据通过wi-fi方式传输给云平台进行三维可视化展示并存储，从而完成船舶消防数据监测传感器硬件系统与云服务器的数据存储系统之间建立传输关系。

7.根据权利要求2所述的一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，其特征在于：所述dht11温湿度传感器的采集程序通过并联冗余通路总线方式与树莓派数据采集与集中处理模块进行数据采集与发送；具体步骤包括了：dht11采集控制程序通过并联冗余通路提高传输数据的可靠性，第一通路根据dht11工作原理编程采集数据，首先导入gpio接口及time函数模块，定义数据传输接口并初始化，接着设置gpio接口为读取数据模式获取高低电平信号，获得高电平信号后开始读取模块获取数据并打印显示，之后根据映射公式定义解析温湿度数据，得到十进制温湿度数据，最后打印结果结束进程并释放gpio引脚；第二种通路采用adafruit库读取数据，adafruit库读取dht11传感器数据，调用io函数直接获得dht11温湿度采集数据。

8.根据权利要求2所述的一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，其特征在于：所述ds18b20温度传感器采用单总线控制；采集数据的具体步骤包括了：

1)修改配置文件，程序为：sudovi/boot/config.txt；

2)为树莓派添加单总线devicetree设备，即dtoverlay＝w1-gpio，管脚为25，即gpioin＝25；

3)采集到的温度数据存储在28-****开头的rom文件中，并进入28-****读取w1_slave文件就会返回当前温度值，输出的t值为一个五位数，将结果除以1000即可转换为十进制温度数据。

9.根据权利要求2所述的一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，其特征在于：所述mq-2烟雾探测器采取的是双路信号同步输出，可同步输出模拟量及ttl电平，模拟量为5v电压，烟雾浓度越高电压值越大；ttl采用低电平为有效信号；使用pcf8591a/d转换器转换，为数据量进行显示，可直观显示出空气中烟雾浓度变化情况；pcf8591a/d转换器采用的是iic总线通信，启动树莓派的iic总线通信；通过vnc界面将其中spi和i2c置为通路。

10.根据权利要求2所述的一种用于船舶消防监控的数字孪生系统，其特征在于：所述系统中的各个设备接口数量的可扩充，将树莓派数据采集与集中处理模块gpio接口通过杜邦线与t型转接板相连再接入面包线，并通过映射表实现端口映射管理。

技术总结
本发明涉及消防技术领域，公开了一种用于船舶的消防监控的数字孪生系统，包括了船舶消防环境监测模组、消防监测数据云平台模组、监测数据三维可视化显示模组、逃生路径预测与引导逃生数字孪生控制模组四个功能模组。通过对火灾探测数据与三维模型融合，实现了环境数据监测、火灾报警、火源定位、火灾和烟雾蔓延预测、逃生路径智能生成等功能。结合物联网平台开发与数据可视化技术，提供船舶消防监测、火灾实时数据分析与人员逃生路径智能引导。

技术研发人员：顾和平;刘志强;于丹平
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2021.05.28
技术公布日：2021.08.31