(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111657501.3 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 国家电投集团江苏电力有限公司 地址 210003 江苏省南京市 鼓楼区中山北 路2号紫峰大厦39 楼 申请人 国家电投集团江苏海上风力发电有 限公司　 南京工程学院 (72)发明人 李刚　王胜利　范朝峰　王锋　 黄攀　虞诗正　伍磊　阚建飞　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 代理人 汪芬 (51)Int.Cl. E02D 33/00(2006.01)G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 一种基于数字孪生的海上升压站导管架基 础腐蚀预测方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于数字孪生的海上升 压站导管架 基础腐蚀预测方法及系统， 基于金属 腐蚀实验所得到的数据采用非线性回归算法， 建 立腐蚀状态数学模型； 测量得到海 上升压站导管 架基础上各测量点处金属电阻实时数据； 将实时 数据代入腐蚀状态数学模型， 得到各测量点处金 属腐蚀量的大小； 建立腐蚀数字孪生模型； 利用 腐蚀数字孪生模 型评估导管架 基础腐蚀等级。 根 据导管架 基础腐蚀量， 将导管架 基础腐蚀程度划 分等级； 及时输出导管架基础腐蚀等级， 完成对 海上升压站导管架基础腐蚀状况的评估和预测； 根据监测点的定位找到腐蚀区域， 按评估结果完 成对该区域的维护保养或者 修复。 权利要求书3页 说明书9页 附图4页 CN 114182770 A 2022.03.15 CN 114182770 A 1.一种基于数字孪生的海上升压站导管架基础腐蚀预测方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： 步骤(1)， 通过金属腐蚀实验获得多组目标金属电阻值及目标金属电阻值对应腐蚀量， 基于金属腐蚀实验所 得到的数据采用非线性回归算法， 建立腐蚀状态数 学模型； 步骤(2)， 测量得到海上升 压站导管架基础上 各测量点处金属电阻实时数据； 步骤(3)， 将测量到的金属电阻值实时数据代入腐蚀状态数学模型， 得到各测量点处金 属腐蚀量的大小， 并导入数据库； 步骤(4)， 基于数据库和腐蚀状态数 学模型， 建立腐蚀数字 孪生模型； 步骤(5)， 利用腐蚀数字孪生模型评估导管架基础腐蚀等级； 根据导管架基础腐蚀量， 将导管架基础腐蚀程度划分为轻微腐蚀、 中度腐蚀、 重度腐蚀和严重腐蚀四个等级； 步骤(6)， 及时输出导管架基础腐蚀等级， 完成对海上升压站导管架基础腐蚀状况的评 估和预测； 根据监测 点的定位找到腐蚀区域， 按评估结果完成对该区域的维护 保养或者修 复。 2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的海上升压站导管架基础腐蚀预测方法， 其特征在于， 导管架基础上测量 点的设定规则如下： 对于导管架基础处于全浸区的部位， 自下往上相邻 两测量点之间的距离成等差数列布 置； 对于导管架基础处于海洋大气区、 浪溅区、 潮差区的部位， 相邻测量点之间等间距布 置。 3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的海上升压站导管架基础腐蚀预测方法， 其特征在于， 采用非线性回归算法建立腐蚀状态数 学模型的方法为： S1， 通过金属腐蚀实验获得多组实验数据， 实验数据为目标金属电阻值及目标金属电 阻值对应腐蚀量； S2， 对S1所 得到的实验数据进行 校正， 消除系统误差； S3， 基于S2中校正处理后的数据， 利用非线性回归算法构建拟合函数模型； 采用牛顿迭 代法进行求 解， 得到拟合 函数曲线。 4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的海上升压站导管架基础腐蚀预测方法， 其特征在于， S3中采用牛 顿迭代法进行求 解的过程如下： S3.1， 基于遗传算法， 对牛顿迭代法的初始值进行优化； 先构造一个适应度函数f(xi)， 在牛顿迭代法的计算中选取一组候选点参与迭代， 计算结果误差最小的候选点作为牛顿迭 代法的初始值； S3.2， 非线性回归 模型表示 为： yi＝f(xi， r)+ εi i＝1， 2， ...n  (1) 其中， yi为线性回归模型的因变量， n是变量i的总数， r为待估回归系数， r＝(r0， r1， Λ， rp‑1)′， r0， r1， rp‑1分别为矩阵的元素， Λ为省略符号； 误差项εi～N(0， σ2)， σ为标准差； 设 为待估回归系数的r初始值， 将式f(xi， r)在g0点附近作泰勒展 开， 并略去非线性回归 模型的二阶及二阶以上的偏导数项， 得 下式权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114182770 A 2其中， rk为第k个待估回归系数， k ＝0、 1、 ...、 p‑1； 是rk对应的初始值； 将(2)式代入(1)式， 得到： 令： 其中， 为残差； f(xi， g(0))是f(xi， r)在g0点附近作泰勒展开； 则： 用矩阵形式表示， 上式则为： Y(0)≈D(0)B(0)+ ε  (3) 其中： Y(0)为元素是 的矩阵； D(0)为元素是 的矩阵； B(0)为元素是 的矩阵； 为Y(0)的矩阵形式， 表示为 为D(0)的矩阵形式， 表示为 为B(0)的矩阵形式， 表示 为 S3.3， 用最小平方法对式(3)估计修 正因子B(0)， 则： b(0)＝(D(0)D(0))‑1D(0)Y(0)  (4) 其中， b(0)为修正因子， 设g(1)为第一次迭代值， 则： g(1)＝g(0)+b(0)； S3.4， 精确度的检验， 设残差平方和为： s为重复迭代次 数， 对于给定 的允许误差率K， 当 时， 则停止迭代； 否则， 对(4)式作下一次 迭代； S3.5， 重复迭代； 重复(4)式， 当重复迭代s次 时， 则有： 修正因子： b(s)＝(D(s)D(s))‑1D(s)Y(s) 第(S+1)次迭代值： g(s+1)＝g(s)+b(s)。 5.一种海上升压站导管架基础腐蚀预测系统， 其特征在于， 该系统包括数据采集单元、 信号收集处 理装置以及陆上集控中心；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114182770 A 3