如何用数字孪生理念打造智慧水文?

大多数优质的软件产品,其实是在用一种创新的方式改变用户固有的思维模式。优锘科技的物联网可视化平台ThingJS,正是基于数字孪生这种创新型的思维方式,最终达到提高用户工作效率,提升业务价值的目的。


何为数字孪生理念?

数字孪生的理念想必已经被许多文章解释过了,但这个理念到底包含着哪些思维方式,其创新特点又体现在哪些方面呢?

老子在道德经中有一句话‘道生一,一生二,二生三,三生万物’,这句话既是老子对类似于宇宙这样的复杂对象产生过程的理解,同时也是对产生这样的对象后,人们该如何去理解的一种诠释。在我看来,这句话和数字孪生概念其实是有异曲同工之处的。

数字孪生的理念,其思维方式归根结底是在用一种全新的方式诠释业务管理对象,这个诠释包括两个过程,一是数字孪生系统的建设过程,这个过程的目标就是创造了一个业务对象的宇宙;二是数字孪生系统的运营过程,这个过程的目标就是让用户方便地理解和管理业务对象。

如果对道生万物这句话进行概括,我们可以总结出三个特性,渐进性、关联性和多样性。

渐进性,就是从无到有,由简入繁。数字孪生系统就是都采用可视化的方式,直观地建立了用户易于理解的管理对象主体的物理模型,然后围绕着这个主体模型进行周边附属物和相关数据呈现,并将系统和物理世界保持一致。

关联性,是指世界中所有的事物都与本源存在关系,因为在某些方面具有相同或者相似的特点而互相连接。数字孪生系统中,所有管理对象和数据都围绕着管理主体展开,其间存在着物理上或者逻辑上的线索,让用户非常方便的理解整个系统。

全面性,也正如三生万物这句话所说,循序渐进成长起来的具有关联性的世界,其信息应该是丰富多维的。在数字孪生系统中,管理对象的所有信息都是通过多个维度进行呈现,有的是自身具备的直接特性,有的是从和它关联的其它对象身上反映出的间接特性。

 

优锘如何践行数字孪生理念?

我们可从某市智慧水文平台建设项目入手,浅析优锘科技是如何利用数字孪生理念的思维方式和创新特性来进行可视化系统的建设。


01 项目背景

中国北部某市,水资源丰富,其行政区域内有众多的河流、湖泊和水库,管理范围广且难度大。虽然已经建设了水文信息监测系统,在获取到某处水文监控点的监控数据后,还要花费大量的时间,利用人工方式去查看、识别、确认和决策,耗费时间长,出错几率高,严重影响水文管理工作的效率。无论是部门领导还是具体工作人员,都迫切期望找到适合的解决方案,帮助该市水文局破解水文管理方面的难题。

02 建设难点

每个项目都有其特殊之处,并不存在能够放之四海而皆准的产品或者解决方案,本项目也不例外,在建设之初就面临很多问题:

资金预算方面:由于水文局是政府部门,所有系统建设都要依靠财政拨款,而近几年来压缩政府部门开支,导致了项目建设在资金方面存在很大的缺口。

基础数据方面:智慧水文系统的建设需要依赖大量的基础数据,比如地理信息数据、水文管理数据、视频监控数据、天气云图数据等等,这些数据由于客户无法提供或来自多个数据源导致采集困难。

建设效果方面:对于智慧水文系统,国内外可以借鉴的经验成果不多,用户抱很高期望值的同时,也担心项目失败的风险,所以希望尽快看到建设成果,这就给项目的建设周期提出了很高的要求。


03 解决方案

利用数字孪生的理念,结合项目中的建设难点,我们提出了以优锘物联网可视化平台ThingJS为基础的智慧水文解决方案,其核心包括十六个字:整体规划、分步实施、重点突出、快速见效。

从整理规划角度说,我们遵循数字孪生理念的思维方式和特性,在系统建设和运营层面,都要保证我们建设的智慧水文系统兼具渐进性、关联性和多样性。

整体规划:我们首先收集地理信息数据和水文监测点的地理位置数据,再通过三维地图与自动摆点,让用户在短时间内就看到和理解其管理对象的外在呈现方式。接下来,我们对这些管理点进行监测数据和视频数据的叠加,进一步地让用户了解到更深层次的详细信息。这样,各种各样具有关联关系的丰富数据通过简单直观的三维地图和其上的水文监测点一点点地整合在一起,完美地符合了渐进性、关联性和全面性,其建设过程自然流畅,用户很容易地理解并认可了数字孪生的思维方式,配合起来也毫无阻碍。

分步实施:一方面因为资金投入上的限制,另一方面也是为了满足快速见效的要求。所以在整体规划的前提下,把项目分成了三期进行建设,每期建设都有明确的目标、需要解决的问题和截止时间点,项目投入少,成果见效快。

重点突出:则是指每期项目建设过程中都要有该阶段的亮点。比如项目一期,将地理信息可视化和水文管理可视化作为建设重点,让用户对系统全貌有了解,在最重要的数据识别和确认方面,帮助用户提高了工作效率;二期则追加了更丰富的监测数据、视频数据和天气数据,在一期基础上,又帮助用户提升了确认和决策能力。

快速见效:利用优锘科技多年的实施经验和自有的快速开发平台,在短短的一个月时间内就帮助用户完成了从数据的收集整理、勘误修正、关系整理和分层展现,又在一周之内完成了系统的测试调优和上线部署,获得了用户的极大认可。


04 功能介绍

图片地理信息可视化

地理信息可视化功能自动加载地理信息数据,并以三维地图加高亮边界方式呈现该市及下属区县的行政区划。三维地图支持平滑缩放、平移和一定角度的倾斜操作。

在三维地图上,系统从后台获取不同类型水文监测点的基本信息和坐标位置,然后利用不同图标进行叠加显示,让用户对辖区范围内的水文监测点一目了然。

为了避免管理点过多造成的视觉扰乱,用户还可进行过滤,关注不同等级或者类型的水文监测点。

图片监测信息可视化

监测信息可视化功能与用户已有的水文监测系统集成,定时获取水文监测点监测数据,然后将这些监测数据与地图上叠加的水文监测点进行匹配和绑定,便于用户随时查看监测数据,其中最关键的指标和告警信息能够进行突出显示。

不同水文管理对象可以设置不同的关键指标,如水库最关键指标的库容量、雨情点最关键指标为降雨量,而河流最关键指标为流量等等。

系统还支持管理对象告警阈值的灵活调整,用户可根据季节和业务管理的要求修改阈值。

图片视频监控可视化

视频监控是水文监测的重要辅助和确认手段,当水文监测系统发回水文监测数据后,为避免误报,管理人员会通过视频摄像头,确认监测数据的准确性以及监测点周边环境的查看。

视频监控可视化功能是将摄像头视频流信息,位置信息、水文监测点信息和地理信息进行绑定,既满足了原有的视频监控需求,还能够快速定位和查看某个监测点的视频流,极大提高了工作效率。

另外,视频监控可视化功能具备视频墙能力,可由用户自行创建和调整视频墙,将其关注的多个重要监测点的摄像头视频进行实时播放,第一时间了解现场情况。


05 业务价值

如背景中所说,在智慧水文系统建设之前,用户在水文管理方面工作效率不高,下面是我们观察到的用户日常工作场景:

➭查看以表格方式呈现监测数据的水文监测系统,发现某个水文监测点存在异常数据;
➭如果不是资深管理人员,则需要通过纸质地图或者电子地图查看该监测点所在的地理位置;
➭走到视频监控室,寻找该监测点对应的监控画面,再查看监控画面的视频,进行二次信息确认;
➭再打开卫星云图系统,获取该市当前和未来时段内的天气变化情况;
➭根据管理上的要求,人为根据上述信息判断是否存在告警。

这个日常的工作场景要打开四套系统,加上一次人为判断,在工作人员不受干扰的情况下,平均耗时10分钟。


我们再来看看智慧水文系统上线后的情况:

➭查看以地图方式呈现监测数据,发现某个水文监测点存在异常数据;
➭因为监测点与地图信息叠加,故不需要进行监测点的地理位置的确认;
➭通过视频监控可视化功能,打开监测点附近摄像头,进行二次信息确认。此过程不需要走到监控室,也不需要寻找监测点对应的监控画面;
➭点击系统中的按钮,直接打开卫星云图系统,不需要再切换到另外的卫星云图系统;
➭系统以根据事先设定的阈值,自动发出告警,不需要人为判断是否存在告警。

整个过程只需要打开一套智慧水文系统,不需要人为判断,在工作人员不受干扰的情况下,平均耗时0.5分钟(在如此短的时间内,受到干扰的可能性很低)。平均工作效率提高20倍,同时基本上杜绝了人为因素导致错误的可能性。

总结:本项目的成功之处在于,整个团队不仅仅熟练地掌握和应用数字孪生理念进行项目建设,更重要的是,秉承了客户至上的服务思想,设身处地为客户考虑,量身定制出智慧水文解决方案,在极短时间内提升了工作效率,降低运维成本。