一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法与流程

本发明涉及地热能综合利用，具体涉及一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法。

背景技术：

1、地热能是一种存在于地球内部岩土体、流体和岩浆体中，并且可以被人类开发利用的热能，其根本来源是地球的熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热量，地热能储量巨大、分配广泛，相对于传统化石能源，地热能的应用可极大降低温室气体排放；地热能具备可循环重复使用，稳定可靠的特点。

2、根据储存位置的不同，可以分为浅层地热能、中深层地热能和超深层地热能等，不同深度和不同温度的地热能具有对应的开发利用方式，200～400℃的地热能可以直接用于发电，200℃以下的地热能可直接利用于加热、制冷和干燥等。

3、然而，由于地源热井的地理位置分散，难以对设备运行参数和能源消耗输出数据进行采集和传输，以及存在设施巡检成本较高和运维效率低等问题；地热利用缺乏行之可行的评价指标和实时数据，难以科学准确地对系统运行状况进行综合评价，难以对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测；传统dcs/plc控制系统面对复杂系统计算能力有限，目前的控制策略主要基于简单的策略辅以人工方式进行调整，节能效果较差；上述问题很大程度地影响了地热的快速推广和应用。因此发明一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法，以改善上述问题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的地热利用缺乏行之可行的评价指标和实时数据，难以对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测的缺陷，从而提供一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其包括：

3、地热能交换单元、综合能源站单元以及城市供暖输送单元，所述地热能交换单元抽取地热水与一次循环水进行热交换，换热后的一次循环水输送至所述综合能源站单元，所述综合能源站将一次循环水传热给二次循环水以输送至所述城市供暖输送单元，所述城市供暖输送单元包括供暖输送管路子单元和供暖区换热子单元，所述供暖输送管路子单元将所述综合能源站单元的二次循环水分配至多个所述供暖区换热子单元，所述供暖区换热子单元将二次循环水与三次循环水进行换热，所述供暖区换热子单元还分别通过管路连接多个用户端，以将三次循环水进行再分配；

4、还包括信息采集单元，所述信息采集单元分别获取所述地热能交换单元、所述综合能源站单元以及所述城市供暖输送单元的运行参数和设备状态；

5、所述信息采集单元还连接边缘处理单元，所述边缘处理单元将所述信息采集单元获取的数据以分别进行收集、处理、暂存以及上传，并对所述地热能交换单元、所述综合能源站单元、所述城市供暖输送单元以及所述信息采集单元中的设备进行控制和调节；

6、所述边缘处理单元连接信息处理单元，所述信息处理单元依据所述边缘处理单元上传的数据，经过整理、转换以及分析以对数据进行传输展示；

7、所述信息处理单元还连接3d监控单元，所述3d监控单元包括3d监测模块、交互控制模块，所述3d监测模块将所述信息处理单元的数据进行实时展示和监测，所述交互控制模块进行交互控制，并对各单元进行远程控制。

8、在一些实施方式中，所述地热能交换单元包括地热水抽取子单元、地热水输送子单元、地热水换热子单元，所述地热水抽取子单元经由潜水泵从地热垂直井中抽取地热水，将经过与地能经过冷热交换后的地热水进行输送，经所述地热水换热子单元中的换热装置与一次循环水进行热交换，换热后的一次循环水经所述地热水输送子单元中的地热水输送管道以及地热水输送泵输送至所述综合能源站单元，换热后的地热水经所述地热水换热子单元中的地热水回水管道回流至地热水回灌井。

9、在一些实施方式中，所述综合能源站包括地热能提升子单元和分布式补充能源子单元，所述提升子单元内设置热泵机组，经所述地热水换热子单元换热后的一次循环水通过热泵机组做功转移给二次循环水，以实现二次循环水温度的提升，二次循环水经所述地热能提升子单元提升后通入至所述城市供暖输送单元中的管路上，所述分布式补充能源子单元对所述供暖输送管路子单元进行补充式供暖。

10、在一些实施方式中，所述供暖输送管路子单元包括供热输送管道、供暖输送循环泵，经所述地热能提升子单元提升后的二次循环水由多条管路分别输送

11、至多个所述供暖区换热子单元进行分配换热，多个所述供暖区换热子单元分别5将换热后的三次循环水输送至所述用户端再分配。

12、在一些实施方式中，所述信息采集单元包括地热能交换单元采集模块、综合能源站采集模块、供暖输送单元采集模块，以分别获取所述地热能交换单元、所述综合能源站单元、所述城市供暖输送单元的温度、流量、压力、电气等运行参数及设备状态。

13、0在一些实施方式中，所述信息采集单元还包括视频信息采集模块和户外气

14、象数据采集模块，所述视频信息采集模块分别获取所述地热能交换单元、所述综合能源站单元以及所述城市供暖输送单元的现场视频信息，所述户外气象数据采集模块用于采集系统外的气象数据。

15、在一些实施方式中，所述边缘处理单元包括数据汇集处理模块、边缘控制5模块以及数据上传模块，所述数据汇集处理模块将所述信息采集单元获取的数据经过汇集、处理后暂存，所述边缘控制模块经过所述3d监控单元的指示生成控制指令进行下发，对所述地热能交换单元、所述综合能源站单元、所述供暖输送单元以及所述信息采集单元中的设备进行控制或调节，所述数据上传模块将所述数据汇集处理模块处理后的数据上传，由所述信息处理单元接收。

16、0在一些实施方式中，所述信息处理单元包括数据接收模块、api接口模块、数据分析处理模块以及显示驱动模块，所述数据接收模块接收所述数据上传模块上传的数据，所述api接口模块为系统的调用接口以连接gis管网系统，所述数据分析处理模块用于将所述数据接收模块接收的数据进行整理、抽取、转

17、换后进行分析，所述数据接收模块接收到的数据映射到所述api接口模块连接5的gis管网系统，以调取的对应gis管网，所述显示驱动模块用于驱动外接的显示面板以进行数据的显示。

18、在一些实施方式中，所述3d监控单元包括3d监测模块、交互控制模块、告警提示模块、运行评价模块以及调度决策支持模块，所述3d监测模块对所

19、述信息采集单元获取的数据及信息生成3d可视化模型以实时监测，并与所述0告警提示模块、所述运行评价模块以及所述调度决策支持模块响应，所述交互控制模块用于对3d可视化模型内进行数据的更改以及对所述边缘控制模块进行指令的下达，所述告警提示模块经过所述3d监测模块监测，对超出标准值或阈值的异常状况进行警示，所述运行评价模块用于对系统的运行效益进行评价，所述调度决策支持模块用于各单元间的联络，以根据各单元的运行数据进行决策的调整。

20、本发明还提供一种基于地热的城市供热三维可视化监控方法，其包括前任一项所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，包括以下步骤：

21、s1：将信息采集单元获取的数据及信息同步至从gis管网系统调取并生成的3d可视化模型，3d监测模块对信息采集单元获取的数据实时监测并与设定的阈值进行比较，若监测的数据超出设定的阈值，告警提示模块启动；

22、s2：告警提示模块将异常坐标点显示在3d可视化模型，并对调度决策支持模块发送警示信息，同时在3d可视化模型上将与异常坐标点相关的管道、阀门信息同步显示；

23、s3：调度决策支持模块通过交互控制模块制定检修计划，根据与异常坐标点相关的管道、阀门的拓扑关系，并将检修计划下发至与相关的管道、阀门最近的检修组以实现快速响应，并对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测。

24、本发明提供的一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法具有如下有益效果：

25、1.本发明通过信息采集单元分别获取地热能交换单元、综合能源站单元以及城市供暖输送单元的运行参数和设备状态，边缘处理单元将信息采集单元获取的数据以分别进行收集、处理、存储以及上传，并对地热能交换单元、综合能源站单元、城市供暖输送单元以及信息采集单元中的设备进行控制和调节，达到反馈并调节的作用，信息处理单元依据边缘处理单元上传的数据，经过整理、转换以及分析后对数据进行实时展示，3d监控单元包括3d监测模块、交互控制模块，3d监测模块将信息处理单元的数据进行实时监测，比如达到阈值或标准值时进行一个警示，超出后进行警示，交互控制模块进行交互控制，并对各单元进行远程控制；

26、2.本发明还通过分布式补充能源子单元对供暖输送管路子单元进行补充式供暖，当热泵机组提升水温及热量不能满足供热要求时，由一台或多台燃气锅炉燃烧天然气将锅炉水加热至高温，或增加其它分布式能源系统提供高温热水，然后将高温热水补入供暖输送管路子单元；

27、3.本发明还通过3d监测模块对信息采集单元获取的数据及信息生成3d可视化模型以实时监测，并与告警提示模块、运行评价模块以及调度决策支持模块响应，交互控制模块用于对3d可视化模型内进行数据的更改以及对边缘控制模块进行指令的下达，告警提示模块经过3d监测模块监测，对超出标准值或阈值的异常进行警示，并将异常坐标点同步至3d可视化模型，以便于实现快速响应，并对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测。