一种基于数字孪生的智慧城市生态环境监测系统的制作方法

1.本发明涉及智慧城市生态环境监测技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的智慧城市生态环境监测系统。


背景技术：

2.信息化技术飞速发展的今天，城市的建设与发展越来越离不开数字化的赋能，构件新型智慧城市是当前国内各大城市发展的重要举措，也是新时代提升城市治理效能的必然要求，智慧城市起源于传媒领域，是指利用各种信息技术或创新概念，将城市的系统和服务打通、集成，以提升资源运用的效率，优化城市管理和服务，以及改善市民生活质量，智慧城市是把新一代信息技术充分运用在城市中各行各业基于知识社会下一代创新的城市信息化高级形态，实现信息化、工业化与城镇化深度融合，有助于缓解“大城市病”，提高城镇化质量，实现精细化和动态管理，并提升城市管理成效和改善市民生活质量。
3.目前，随着智慧城市建设的不断发展，对智慧城市生态环境的要求也越来越高，为了在智慧城市建设中保证良好的生态环境，需要对生态环境进行检测，以及时发现生态污染并处理，但目前对智慧城市生态环境监测的研究还不够成熟，而现有的一些生态环境监测手段大都较为单一，存在费时费力、局限性强、时效性差的问题，因此，本发明提出一种基于数字孪生的智慧城市生态环境监测系统以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于数字孪生的智慧城市生态环境监测系统，解决现有生态环境检测手段费时费力、局限性强、时效性差的问题。
5.为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于数字孪生的智慧城市生态环境监测系统，包括环境数据采集终端、数据传输交互平台、数字孪生仿真终端和控制终端，所述环境数据采集终端对智慧城市的生态环境数据进行采集并通过数据传输交互平台与数字孪生仿真终端通信连接，所述数字孪生仿真终端与控制终端远程数据连接，所述数字孪生仿真终端根据环境数据采集终端采集的生态环境数据建立虚拟仿真模型，所述环境数据采集终端包括用于检测空气质量的空气检测模块、用于检测水质的水质检测模块、用于检测温湿度和土壤酸碱度的智能传感器模块、用于为模块供电的供电模块和用于传输生态环境数据的数据传输模块，所述数字孪生仿真终端包括用于数字化生态环境数据的数字化模块、用于整理分类数字化生态环境数据的数据分类模块、用于建立虚拟仿真模型的虚拟仿真模块和传输虚拟仿真模型数据的数据传输电路，所述控制终端包括用于为用户展示虚拟仿真模型的人机交互单元、用于判定生态环境数据是否合格的数据阈值模块、用于在生态环境数据不合格时对用户报警提示的报警模块、用于对生态环境进行规划管理的应急响应模块和用于提供定位功能的gps定位模块，所述gps定位模块基于移动定位算法，利用节点之间的相邻关系和连通性对采集得到的生态环境数据进行位置定位。
6.进一步改进在于：所述空气检测模块包括颗粒物监测单元、大气环境监测单元和
常规六参数监测单元，所述颗粒物监测单元用于检测空气中的颗粒物含量，所述大气环境检测单元用于检测大气环境质量，所述常规六参数检测单元用于检测空气中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、pm10和pm2.5含量。
7.进一步改进在于：所述水质检测模块包括水质常规五项监测单元、氨氮监测单元和cod监测设备，所述水质常规五项监测单元用于检测水体中的溶解氧、浊度、电导率、ph值和温度，所述氨氮监测单元用于检测水体中的氨氮含量，所述cod监测设备用于检测水体中的化学需氧量，所述水质检测模块通过岸基固定支架悬吊安装或通过浮台固定安装。
8.进一步改进在于：所述智能传感器模块包括用于检测空气温湿度的温湿度传感器和用于检测土壤酸碱值的土壤传感器，所述供电模块包括太阳能光伏板和太阳能蓄电池，所述数据传输模块包括有线数据传输单元和无线数据传输单元。
9.进一步改进在于：所述数据传输交互平台为环境数据采集终端和数字孪生仿真终端提供5g通信、蓝牙通信和wifi通信，所述数据传输交互平台还包括数据传输接口和云端存储空间，所述云端存储空间对环境数据采集终端采集的生态环境数据进行云端存储备份。
10.进一步改进在于：所述数字化模块根据接收到的生态环境数据来开发软件系统的静态结构，并通过标识生态环境数据实现生态环境的数字化，所述数据分类模块对数字化的生态环境数据进行信息整理、数据分析、数据存储和数据分类，所述拟仿真模块利用数字孪生技术，通过仿真工具和设计工具对分类后的生态环境数据进行仿真，并建立智慧城市生态环境的仿真模型，所述数据传输电路选自gsm传输电路或rs485传输电路中的一种。
11.进一步改进在于：所述人机交互单元包括高清液晶显示屏、触摸控制面板、虚拟头盔和控制手柄，所述高清液晶显示屏用于显示生态环境的虚拟仿真模型，所述触摸控制面板用于对系统输入控制命令。
12.进一步改进在于：所述数据阈值模块包括阈值设定单元和阈值判定单元，所述阈值设定单元用于预设环境数据阈值，所述阈值判定单元根据预设环境数据阈值判定虚拟仿真模型的生态环境数据是否在阈值范围内，并在生态环境数据超出预设阈值范围时判定生态环境数据不合格，同时驱动报警模块工作，所述报警模块为声光报警器。
13.进一步改进在于：所述应急响应模块根据智慧城市生态环境的监测结果提供面向生态环境的规划管理功能，所述gps定位模块将采集得到的生态环境数据的相对位置以经纬度的形式精确定位。
14.本发明的有益效果为：本发明环境数据采集终端对生态环境数据进行采集，再通过数据传输交互平台将生态环境数据传输至数字孪生仿真终端，然后利用数字孪生仿真终端建立智慧城市生态环境的虚拟仿真模型，最后用户利用控终端并结合虚拟仿真模型对智慧城市的生态环境进行监测管理，借助智能传感设备以及数据传输交互平台网络，能够对智慧城市生态环境进行实时监控管理，通过多方位数据的采集，实现智慧城市生态环境动态变化的全面监测，并便于精准定位区域内生态污染位置并快速捕捉生态污染现象，达到实时预警的目的，从而形成一套完善的智慧城市生态环境监测系统，可以有效处理环境污染，保护智慧城市的生态环境，解决传统生态环境监测手段费时费力、局限性强、时效性差的问题，另外还使生态环境可视化，实现多区域生态环境的智慧监测，对智慧城市的发展建设和生态环境的高效管理起到促进作用。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本发明实施例一的系统结构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.实施例一
19.参见图1，本实施例提供了一种基于数字孪生的智慧城市生态环境监测系统，包括环境数据采集终端、数据传输交互平台、数字孪生仿真终端和控制终端，环境数据采集终端对智慧城市的生态环境数据进行采集并通过数据传输交互平台与数字孪生仿真终端通信连接，数字孪生仿真终端与控制终端远程数据连接，数字孪生仿真终端根据环境数据采集终端采集的生态环境数据建立虚拟仿真模型，环境数据采集终端包括用于检测空气质量的空气检测模块、用于检测水质的水质检测模块、用于检测温湿度和土壤酸碱度的智能传感器模块、用于为模块供电的供电模块和用于传输生态环境数据的数据传输模块，数字孪生仿真终端包括用于数字化生态环境数据的数字化模块、用于整理分类数字化生态环境数据的数据分类模块、用于建立虚拟仿真模型的虚拟仿真模块和传输虚拟仿真模型数据的数据传输电路，控制终端包括用于为用户展示虚拟仿真模型的人机交互单元、用于判定生态环境数据是否合格的数据阈值模块、用于在生态环境数据不合格时对用户报警提示的报警模块、用于对生态环境进行规划管理的应急响应模块和用于提供定位功能的gps定位模块，通过环境数据采集终端对生态环境数据进行采集，再通过数据传输交互平台将生态环境数据传输至数字孪生仿真终端，然后利用数字孪生仿真终端建立智慧城市生态环境的虚拟仿真模型，最后用户利用控终端并结合虚拟仿真模型对智慧城市的生态环境进行监测管理，借助智能传感设备以及数据传输交互平台网络，能够对智慧城市生态环境进行实时监控管理，通过多方位数据的采集，实现智慧城市生态环境动态变化的全面监测，并便于精准定位区域内生态污染位置并快速捕捉生态污染现象，达到实时预警的目的，从而形成一套完善的智慧城市生态环境监测系统，可以有效处理环境污染，保护智慧城市的生态环境，所述gps定位模块基于移动定位算法，利用节点之间的相邻关系和连通性对采集得到的生态环境数据进行位置定位。
20.空气检测模块包括颗粒物监测单元、大气环境监测单元和常规六参数监测单元，颗粒物监测单元用于检测空气中的颗粒物含量，大气环境检测单元用于检测大气环境质量，常规六参数检测单元用于检测空气中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、pm10和pm2.5含量，水质检测模块包括水质常规五项监测单元、氨氮监测单元和cod监测设备，水质常规五项监测单元用于检测水体中的溶解氧、浊度、电导率、ph值和温度，氨氮监测单元用
于检测水体中的氨氮含量，cod监测设备用于检测水体中的化学需氧量，水质检测模块通过岸基固定支架悬吊安装或通过浮台固定安装，智能传感器模块包括用于检测空气温湿度的温湿度传感器和用于检测土壤酸碱值的土壤传感器，供电模块包括太阳能光伏板和太阳能蓄电池，数据传输模块包括有线数据传输单元和无线数据传输单元，通过对空气、水质和土壤进行生态环境数据采集，多方位数据的采集使数据采集范围更广，实现智慧城市生态环境动态变化的全面监测。
21.数据传输交互平台为环境数据采集终端和数字孪生仿真终端提供5g通信、蓝牙通信和wifi通信，数据传输交互平台还包括数据传输接口和云端存储空间，云端存储空间对环境数据采集终端采集的生态环境数据进行云端存储备份，通过数据传输交互平台提供多种数据通信方式，降低了数据传输的局限性。
22.数字化模块根据接收到的生态环境数据来开发软件系统的静态结构，并通过标识生态环境数据实现生态环境的数字化，数据分类模块对数字化的生态环境数据进行信息整理、数据分析、数据存储和数据分类，拟仿真模块利用数字孪生技术，通过仿真工具和设计工具对分类后的生态环境数据进行仿真，并建立智慧城市生态环境的仿真模型，数据传输电路选自gsm传输电路或rs485传输电路中的一种，通过数字孪生技术对智慧城市的生态环境进行虚拟映射，从而形成仿真模型，以便于对生态环境进行全面监测和管理。
23.人机交互单元包括高清液晶显示屏、触摸控制面板、虚拟头盔和控制手柄，高清液晶显示屏用于显示生态环境的虚拟仿真模型，触摸控制面板用于对系统输入控制命令，通过高清液晶显示屏为用户展示智慧城市生态环境的虚拟仿真模型，使用户可以更直观的了解到生态环境状况。
24.数据阈值模块包括阈值设定单元和阈值判定单元，阈值设定单元用于预设环境数据阈值，阈值判定单元根据预设环境数据阈值判定虚拟仿真模型的生态环境数据是否在阈值范围内，并在生态环境数据超出预设阈值范围时判定生态环境数据不合格，同时驱动报警模块工作，报警模块为声光报警器，通过阈值判定单元对生态环境数据进行判定，并在生态环境数据不合格时驱动报警模块，从而便于快速发现生态环境异常，达到实时预警的目的。
25.应急响应模块根据智慧城市生态环境的监测结果提供面向生态环境的规划管理功能，gps定位模块将采集得到的生态环境数据的相对位置以经纬度的形式精确定位，通过gps定位模块进行位置定位，使该系统可以精准定位区域内生态污染位置并快速捕捉生态污染现象。
26.实施例二
27.控制终端还包括矢量化处理模块，矢量化处理模块将虚拟仿真模型的生态环境数据转换为图表的数据格式并在人机交互单元上显示，控制终端还无线连接有移动智能终端，移动智能终端包括智能手机和移动电脑，移动智能终端同步显示人机交互单元上的显示内容，通过矢量化处理模块将虚拟仿真模型的生态环境数据转换为图表的数据格式，从而便于用户更为直观的了解到生态环境的变化数值，通过设置移动智能终端使用户实现远程监测，提高了监测工作的便捷性。
28.该基于数字孪生的智慧城市生态环境监测系统工作时，先利用环境数据采集终端对智慧城市的生态环境数据进行采集，再通过数据传输交互平台将采集的生态环境数据传
输至数字孪生仿真终端，然后利用数字孪生仿真终端建立智慧城市生态环境的虚拟仿真模型并传输至控制终端，最后用户利用控终端并结合虚拟仿真模型对智慧城市的生态环境进行监测管理。
29.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。