一种基于数字孪生的实验室安全管理系统的制作方法

本发明涉及实验室安全领域，特别涉及一种基于数字孪生的实验室安全管理系统。

背景技术：

1、数字孪生是物理实体的数字化表达，其虚拟过程与实时发生的物理过程的操作相匹配。在物理实体的整个生命周期中，对应的虚拟模型会不断地更新与物理实体相同的状态变化。构建完整的数字孪生系统，需要将多个平台化的框架拼接融合成一个从物理世界到数字空间的交互闭环系统。

2、实验室尤其是校园实验室，作为科学研究的重要场所，保证其环境、设备、人员的安全性是至关重要的。当下，对于实验室的监督和管理，仍处在安全教育和简单登记记录的层次，安全保障更多时候依靠个人的安全防范意识，存在很大的漏洞。也因此经常出现校园实验室安全事故，造成经济损失和人员的伤亡。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的实验室安全管理系统，解决了现有技术中监管不具有实时性和数据无法统一管理的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于数字孪生的实验室安全管理系统，包括：

3、模型建立模块，用于根据实验室空间场景数据、基础设备位置数据和专业设备位置数据构建数字孪生模型；所述专业设备为针对不同类型实验室使用的设备；

4、信息采集模块，用于采集实验室的监测信息，并将所述监测信息输入至所述数字孪生模型中，以使所述数字孪生模型实现参数动态配置；所述监测信息包括基础安全信息和专业安全信息；

5、分析决策模块，用于利用动态配置的数字孪生模型对所述监测信息进行分析，并与数据库存储的先验状态规则进行匹配，根据匹配结果做出相应决策；

6、数据存储模块，用于将所述监测信息和所述模型建立模块构建的数字孪生模型信息存储于所述数据库中。

7、可选的，所述模型建立模块，包括：

8、专业实验室模型建立单元，用于根据专业实验室的实验仪器、实验材料、实验用电和实验平台进行细化建模，根据实验操作进行动态建模。

9、可选的，所述实验室安全管理系统，包括：

10、基础安全管理子系统和专业安全管理子系统，所述专业安全管理子系统包括化学化工实验室安全管理子系统、电气电子实验室安全管理子系统和工程训练实验室安全管理子系统；

11、所述专业安全管理子系统中各子系统对应的数字孪生模型相互连接匹配，并纳入数字孪生平台进行统一管理调配。

12、可选的，所述化学化工实验室安全管理子系统，包括：

13、所述模型建立模块，包括：

14、化学模型建立单元，用于根据化学实验平台、化学用品规范的申请流程和使用流程，以及化学实验正确操作流程进行动态建模；

15、所述信息采集模块，包括：

16、化学信息采集单元，用于对化学实验前申请的化学用品等级、化学实验过程中的实验操作和化学实验环境进行数据监测；

17、所述分析决策模块，包括：

18、化学分析决策单元，用于若化学用品的申请流程和使用流程存在问题，则给出建议；若化学实验操作流程存在问题，则停止实验，并给出结果报告；若化学实验室出现突发状况，则进行报警；

19、所述数据存储模块中的先验状态规则，包括化学用品申请使用是否合规的判定规则、化学实验流程是否合规的判定规则和实验室突发状态的判定规则。

20、可选的，所述化学分析决策单元，包括：

21、子单元，用于当预申请化学用品的安全等级达到预设等级时，且取得所述预申请化学用品的使用权限后，将所述预申请化学用品的当前剩余剂量、当前存在位置、拿取时的注意事项、实验使用中的注意事项、实验后产生的相关实验废料的处置方式和预计返还时间反馈至申请人。

22、可选的，所述电气电子实验室安全管理子系统，包括：

23、所述模型建立模块，包括：

24、电学模型建立单元，用于根据电学仪器设备位置信息、基础用电设备位置信息和特殊电学实验工作环境信息进行建模；

25、所述信息采集模块，包括：

26、电学信息采集单元，用于对用电情况、特殊电学实验工作环境、电磁辐射情况和精密电学仪器进行数据监测；

27、所述分析决策模块，包括：

28、电学分析决策单元，用于若出现用电事故，则立即切断故障设备电源，并报警维修；若出现特殊电学实验室安全隐患，则报警维修；若所述精密电学仪器出现故障，则报警维修；若出现辐射安全隐患，则关闭放射设备，通知人员立即撤离；

29、所述数据存储模块中的先验状态规则，包括：用电负荷是否安全的判定规则、特殊电学实验室是否安全的判定规则、电磁辐射量是否在安全范围的判定规则和精密电学仪器是否故障的判定规则。

30、可选的，所述工程训练实验室安全管理子系统，包括：

31、所述模型建立模块，包括：

32、工程模型建立单元，用于根据工程仪器设备位置信息、工程仪器操作流程和基础用电设备位置信息建立模型；

33、所述信息采集模块，包括：

34、工程信息采集单元，用于对用电情况、工学设备操作过程、工程仪器进行数据监测；

35、所述分析决策模块，包括：

36、工程分析决策单元，用于若出现用电事故，则立即切断故障设备电源，并报警维修；若工程仪器出现故障，则报警维修；若工程设备操作出现违规问题，则立即关闭所述工程设备并报警；

37、所述数据存储模块中的先验状态规则，包括：用电负荷是否安全的判定规则、工学设备操作是否合规的判定规则和工程仪器是否故障的判定规则。

38、可选的，所述基础安全管理子系统，包括：

39、所述模型建立模块，包括：

40、基础模型建立单元，用于根据所述实验室空间场景数据、消防安全设备位置数据、人员管理设备位置数据、电力电网设备位置数据、网络安全设备位置数据进行建模；

41、所述信息采集模块，包括：

42、基础信息采集单元，用于利用监控采集图像数据，利用温度传感器采集温度数据，利用湿度传感器采集湿度数据，利用火警烟雾传感器采集烟雾数据、利用电力电网设备采集电力数据、利用网络安全设备采集网络数据、利用门禁系统采集人员数据；

43、所述分析决策模块，包括：

44、基础分析决策单元，用于若发生火情，则报警并进行人员疏散逃离；若出现电力故障，则切除隐患并报警；若出现不明人员，则进行警报通知；若出现网络安全，则警报事件并排查维修；

45、所述数据存储模块中的先验状态规则，包括火灾预警规则、用电安全规则、网络安全规则、烟雾预警规则和人员权限规则。

46、可选的，还包括：

47、节约用电模块，用于当在非工作时间内，实验室仍存在大功率用电情况时，通过门禁系统判断所述实验室是否还存在人员，若不存在，则自动控制关闭大功率设备。

48、可选的，还包括：

49、实验室入模块，用于当门禁系统获得信息时，则对人员的身份信息、穿着信息，以及实验室安全考试信息进行识别，当所述人员识别通过时，则放行；若识别未通过，则不予放行并进行提示；

50、特殊实验室入模块，用于利用监控判断人员防护装备是否齐全，若齐全，则放行；若不齐全，则不予放行并进行提示。

51、可见，本系统包括了从物理实体的孪生建模，到数据的采集输入、分析，再到最终的控制决策，实现了一个闭环的实验室安全管理反馈网络，再细化到具体专业实验室的针对性安全管理全覆盖，确保对实验室进行全方位、多角度的安全管理，基于数字孪生的实验室管理系统，把实验室物理实体数据和数字信息连接起来，使得信息能更加迅速，更加安全，更加有效地传输，从而更大程度地保障实验室的安全。在应对各种突发事件时，能够给出合理有效的解决方法，从而尽可能的降低发生安全事故的风险。当万一发生安全事故时，能够迅速给出应急措施，最大可能的降低人员和财产的损失。