一种基于三维可视化模式的智慧水务运营系统的制作方法

本发明涉及水务运营管理技术领域，特别是涉及一种基于三维可视化模式的智慧水务运营系统。

背景技术：

当前全球工业已迈入4.0时代，相对于现代工业自动化水平，污水处理厂自动化程度还处于较低水平，一般都采用数据采集与监控系统(即scada系统)，而这些系统的实时监控信息数量多、数据变化快，不能形成对数据统计及分析。而且只能在监控室的当班人员使用专业软件才能看到相关数据展示，当设备发生故障时也不能给出合理建议和维修方案。当远距离查看数据只能以电话或报表形式进行，不能共享实时的展示数据，既不方便也不及时。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于三维可视化模式的智慧水务运营系统，能够及时了解和掌握设备实时状况，分析、判断设备异常情况及原因。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于三维可视化模式的智慧水务运营系统，包括位于底层的数据通讯层、位于中间的业务处理层和位于顶层的用户使用层；所述数据通讯层包括数据监测及获取体系，所述数据监测及获取体系用于对各个设备进行监测，并将监测的数据传输至所述业务处理层；所述业务处理层包括自动控制体系，所述自动控制体系用于对监测到的数据进行分析处理，并根据分析处理的结果对设备进行管理；所述用户使用层用于使用三维可视化界面的方式展示各种智能应用。

所述用户使用层运用数字孪生技术将各个设备、数据通讯层中的监测体系和业务处理层的处理结果映射到三维可视化界面中。

所述数据通讯层包括污水水质监测模块和视频监控模块，所述污水水质监测模块用于检测水处理前后的水质数据，并发送至业务处理层，所述视频监控模块用于采集监控系统内各个设备的信息，并转化为数据传输到业务处理层。

所述业务处理层包括智能曝气模块、设备管理模块、能耗和药耗管理模块、管网管理模块、数据分析模块；所述智能曝气模块用于提取与曝气相关的运行数据，并根据数据生成曝气指标；所述设备管理模块用于记录设备信息、运行状态和设备参数，并报警设备的故障以及提示设备的保养情况；所述能耗和药耗管理模块用于提取与能耗和药耗相关的运行数据，并根据数据生成能耗和药耗指标；所述管网管理模块通过三维可视化的方式显示地下管线，用于判断并调整管网的损坏位置；所述数据分析模块用于对数据进行加工处理，对数据进行分类、汇总、计算，并生成相应的表格和图形。

所述用户使用层包括污水厂设计施工模块、污水厂工艺设备选择模块、厂区展示模块、智能巡检模块、移动端模块和员工培训模块；所述污水厂设计施工模块用于通过三维虚拟现实技术，把污水厂从最开始设计到施工、监控、管理、运营整合到系统里；所述污水厂工艺设备选择模块用于通过数字孪生技术先模拟出该厂设计的工艺，输入进水数值在本模块中模拟运行，通过大数据计算出该厂的能耗和出水水质；所述厂区展示模块用于动态展示整个厂区的三维模型，以及各个设备的运行状态和监测情况；所述智能巡检模块用于结合ar/mr设备实现厂区设备智能化巡检，通过对设备形态或标志进行识别，观察设备的运行状态、运行参数、历史故障；所述移动端模块用于通过移动终端查看系统的实时运行状况和运行信息；所述员工培训模块用于结合vr设备让员工对厂区的设备进行操作。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明运用三维虚拟现实技术,建立起智慧水务全面业务环节数字化，通过底层数据感知和中间层数据分析智能化的基础上，贯通数据传输，全面实现设计环节、运营环节、管理环节、决策环节的数字化管理和决策，以及水厂建设全生命周期(规划、设计、施工、运维)的数字化管理，达到对水厂的远程监测、提前预警、设备维护管理、智能巡检，提高应对变化的能力。

附图说明

图1是本发明的原理方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于三维可视化模式的智慧水务运营系统，如图1所示，包括位于底层的数据通讯层、位于中间的业务处理层和位于顶层的用户使用层；所述数据通讯层包括数据监测及获取体系，所述数据监测及获取体系用于对各个设备进行监测，并将监测的数据传输至所述业务处理层；所述业务处理层包括自动控制体系，所述自动控制体系用于对监测到的数据进行分析处理，并根据分析处理的结果对设备进行管理；所述用户使用层用于使用三维可视化界面的方式展示各种智能应用。

所述数据通讯层包括污水水质监测模块和视频监控模块，所述污水水质监测模块用于检测水处理前后的水质数据，并发送至业务处理层，所述视频监控模块用于采集监控系统内各个设备的信息，并转化为数据传输到业务处理层。

所述业务处理层包括智能曝气模块、设备管理模块、能耗和药耗管理模块、管网管理模块、数据分析模块；所述智能曝气模块用于提取与曝气相关的运行数据，并根据数据生成曝气指标；所述设备管理模块用于记录设备信息、运行状态和设备参数，并报警设备的故障以及提示设备的保养情况；所述能耗和药耗管理模块用于提取与能耗和药耗相关的运行数据，并根据数据生成能耗和药耗指标；所述管网管理模块通过三维可视化的方式显示地下管线，用于判断并调整管网的损坏位置；所述数据分析模块用于对数据进行加工处理，对数据进行分类、汇总、计算，并生成相应的表格和图形。

智慧水务需要更透彻地感应和度量世界的本质和变化。因此本实施方式中用户使用层运用数字孪生技术将各个设备、数据通讯层中的监测体系和业务处理层的处理结果映射到三维可视化界面中。即把传感器自动化设备通过4g\5g技术与智慧水务运营系统进行连接达到仿真模型与设备的实时互动，从而通过控制仿真模型来控制污水的设备运行状态。通过三维可视化智慧水务系统平台架起共享的通道，使各业务系统协同运行，保证基础数据畅通无阻、业务流程无障碍流转，有效提升业务系统的运行效率，打破企业信息孤岛。大大提升决策支持的能力。

所述用户使用层包括污水厂设计施工模块、污水厂工艺设备选择模块、厂区展示模块、智能巡检模块、移动端模块和员工培训模块；所述污水厂设计施工模块用于通过三维虚拟现实技术，把一个污水厂从最开始设计到施工、监控、管理、运营整合到一个系统里，降低信息不畅带来的额外支出和成本；所述污水厂工艺设备选择模块用于通过数字孪生技术先模拟出该厂设计的工艺，输入进水数值在本模块中模拟运行，通过大数据计算出该厂的能耗和出水水质。可以达到根据运营和达标水质选择合适的处理工艺；所述厂区展示模块用于动态展示整个厂区的三维模型，以及各个设备的运行状态和监测情况；所述智能巡检模块用于结合ar/mr设备实现厂区设备智能化巡检，通过对设备形态或标志进行识别，观察设备的运行状态、运行参数、历史故障；所述移动端模块用于通过移动终端查看系统的实时运行状况和运行信息；所述员工培训模块用于结合vr设备让员工对厂区的设备进行操作。

本实施方式将污水厂设计施工模块和污水厂工艺设备选择模块加入到用户使用层，使得污水厂施工阶段的状态也可以映射到虚拟空间中，从而把一个污水厂从最开始设计到施工、监控、管理、运营整合到一个系统里，降低信息不畅带来的额外支出和成本。

本实施方式通过用户使用层进行操作时，在操作过程中不仅能展示地面上设备的外形、材质、零部件和内部结构及设备的工作原理，还能展示出隐藏在地表下方的设备，可以让用户360度的观察设备的内部构造和使用方法，同时还能把设备的检修保养、故障判断、历史维护数据展示给用户，这样不仅能保证设备的正常运行还能更方便的维护设备。

城市污水处理厂在员工培训方面有很大的困难，主要因为一般污水处理厂规模较大，设备结构复杂且设备大多埋藏在地下，容易发生落水事故。为了解决上述问题本实施方式利用三维vr仿真模型将真实的污水厂1：1带入带虚拟环境中，让新员工在不熟悉操作流程的情况下，实际进入仿真水厂中进行操作，老员工进行指导，用沉浸式的三维显示系统和装有传感器的vr手套(或vr头盔手柄)，在伴有虚拟的声音和感触下，使受训人员沉浸在一种非常逼真的专为训练而设置的环境中，使受训人员具有“身临其境”之感，并能“引导”操作。“身临其境”和“引导”功能构成了虚拟现实的交互式培训，这样能够高效的提高学员的技术能力，加强专业水准，也能够给各个岗位上的员工提高有效培训的机会。同时vr培训系统能够让学员在没有指挥的情况下自由操作，提高学员的自身兴趣，让他们自主学习，反复训练，这样在真正进入工作中就会很好的掌握操作步骤，并且在遇到问题是能够很好地解决，极大的提升了工作效率，也给安全操作加强了有力的保障。

由此可见，本实施方式可以利用虚拟现实技术(vr)控制全厂设备调节，在水厂进水端提取当前污水各项参数指标，并在各个工艺段展示当前污水参数和排放标准值。如有该工艺段当前数值超排放标准，根据大数据启动应急方案进行处理并记录到历史记录分析其原因。利用增强现实技术(ar)和混合现实技术(mr)对水厂设备进行巡检和智能维护，用户可使用移动设备或者佩戴ar/mr设备，通过对设备形态或标志进行识别，不仅可以观察设备的运行状态、运行参数、历史故障、更能基于5g技术实现远程协作维修，根据以往大数据提供维修和维护方案。