双碳背景下零碳智慧园区系统数据可视化设计与实现

本研究聚焦"双碳"战略背景下零碳智慧园区的数字化转型,通过数据可视化技术赋能园区碳排放监测与管理。探索从理论框架到实践应用的完整路径,为智慧园区建设提供系统性解决方案。第/章第/章政策支持与发展机遇近年来政策支持与发展机遇近年来,我国陆续出台了/系列政策文件,积极推动园区向绿色低碳转型。这些政策涵盖了生态示范工业园区、循环化改造示范园区、低碳示范园区、绿色园区以及近零碳园区等多个领域,为零碳智慧园区的发展提供了重要的政策支持和实践经验。气候变化已成为全球性重大挑战,需要国际社会共同应对。2020年9月,中国明确提出"碳达峰"和"碳中和"目标,再次展现了负责任大国的担当。为响应国家"双碳"政策,促进经济社会全面绿色转型,各省市积极聚焦低碳发展实践区和社区,开展近零碳排放示范等创新实践。国家"双碳"政策体系2021年4月科技部发布《科技支撑碳达峰碳中和行动方案》,为技术创新指2021年9月国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳发改委、工信部联合发布《"十四五"工业绿色发展规划》,聚焦产业转型11223344552021年7月发改委印发《"十四五"循环经济发展规划》,推动资源循环利用国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》,明确行动路径零碳智慧园区的时代价值减排示范平台通过视频AI减排示范平台通过视频AI、数据可视化等先进技术,丰富零碳智慧园区应用场景,推进零碳实践,助力"双碳"战略目标的落地实施零碳智慧园区是数字中国建设的重要焦点和先驱,也是绿色建筑和智慧建筑的终端实现载体,承载着产业数字化和绿色化双重使命创新实践基地作为全新概念,零碳智慧园区仍处于探索实践阶段,需要在需求分析、系统架构、功能设计等方面不断完善建设路径研究现状研究现状0102032008年全球起源2012年中国启动2013年试点推进IBM公司率先提出"智慧城市"与"智慧地球"理论住房城乡建设部发布《关于实施国家智慧城市试住建部在北京召开创建国家智慧城市试点工作会框架,欧美日等国家和地区纷纷响应,将其纳入国点的通知》,并出台配套管理办法和指标体系议,包括苏州工业园区、上海漕河泾开发区等智家战略04052014年规划引领当今全面发展《国家新型城镇化规划》特别强调推进智慧城市建设、智慧化信息服务和"智慧园区"建设成为城市规划和社会发展的专注焦点,成为产业园区发展的新型信息支持必然趋势零碳智慧园区研究进展自2016年开始,北京亦庄、通州等地区的国际企业大道、工大软件园和亦庄创意生活广场等产业和科技氛围浓厚的建筑迅速兴起,标志着对"绿色中国"和生态文明的贡献。西门子等国际企业于2022年对全球及中国碳达峰与碳中和现状进行深入分析,为零碳智慧园区提出明确定义和架构设计,分享了专业咨询经验、综合解决方案和成功案例实践。国内学者从多角度开展研究:蔡耀君提出利用最新通信技术构建智能园区,通过"数据驱动、平台赋能"推动产业生态发展;陈甜甜详述低碳智能园区建设思路;钱晓栋研究园区绿色低碳发展趋势,提出六个网络构建低碳智慧园区,并根据不同类型园区碳排放特征建立实施路径。我国零碳智慧园区正处于发展过渡期,从传统工业园区向全新综合园区转变。1122理论意义现实意义深入探讨数据可视化设计理论,并应用于零碳智慧园区系统2采用高效为政府部门、工业园区和企业人员提供实用平台2政府可有效监管区的可视化设计手段,清晰展⽰多源复杂数据信息,使用户能够迅速获取关域碳排放,确保政策合规;园区实现信息畅通和管理无缝衔接,优化能耗数键内容,便于分析处理,确保决策精准无误,提升系统的监管、调度和预警据体系;企业员工便捷获取能耗数据,提高工作效率研究框架与创新点设计实践、前端开发、成果展⽰理论基础、关键技术、用户本研究以零碳智慧园区系统为设计对象,结合数据可视化技术进行深入研究,在智慧园区中系统性融入碳中和理念,以数字化技术赋能节能、减排、碳监测等措施,推动园区统一可视化管理和调度,成为"双碳"背景下数字中国实践的典范2第二章第二章零碳智慧园区理论概述核心概念零碳智慧园区是全面融入碳中和理念的园区规划、建设、管理和运营模式2该模式以零碳操作为基础,精确计算并规划碳中和目标及实施路径,实现碳元素生成与减少的广泛感知与全面监测2通过数字化技术整合节能、减排、固碳和碳汇等多元化措施,构建综合性环境管理策略2零碳智慧园区蓝图架构11愿景目标碳中和理念融入,高质量发展2建设理念创造增长、绿色高效、以人为本3核心能力产业低碳化、能源绿色化、资源循环化44零碳操作系统数据连接、碳排放监测、智慧应用5物理与数字空间融合生产、生态、生活三大领域深度融合园区类型与碳排放场景11工业园区特点:包含多个产业,主要业务~生产制造用能特征:工业能耗极高,建筑和交通能耗中等战略定位:以现代制造业与高端制造研发~主,严格践行能耗双控,提高清洁能源比例,打造循环经济产业聚集区22生产制造型园区特点:~特定产业企业、高校和研究机构搭建平台用能特征:建筑能耗高,工业和交通能耗较低战略定位:推动创新顶尖科技发展、⽰范应用零碳技术的自主创新平台33物流仓储型园区特点:位于交通枢纽,综合物流、仓储、运输、保税等服务用能特征:交通能耗极高,建筑能耗高战略定位:以低碳运输~目标、绿色能源~保障,打造共享高效的综合贸易服务枢纽更多园区类型商务办公型园区商务办公型园区由高层办公楼群组成,用能需求统/,容积率大,人口密度高。建筑能耗极高,交通能耗中等。战略定位为零碳交通建筑/体化设计,支持健康、提高生产力的现代化绿色办公园区。特色功能型园区特色功能型园区人口流动量大,碳汇储备充足,对生态景观和园区内交通有较大需求。建筑能耗高,交通能耗中等。定位为建设零碳文化旅游设施,融合可持续设计、环保教育的休闲示范区。产城融合型园区产城融合型园区将产业发展和城市功能规划相结合,配套基础设施和公共服务。建筑和工业能耗高,交通能耗中等。定位为经济增长由新兴低碳产业驱动,实现高质量发展和生态宜核心概念数据可视化是数据科学的理论基础之/,通过图形化为更易理解的形式,通过提取重要信息并展示相关特征和变量来提供总览2数据可视化利用图形、图像和动画等形式呈现数据中的信息,使复杂的数据更容易被理解和记忆2数据可视化应用领域商业金融应用最广泛的领域,帮助企业理解市场趋势、客户行为、销售数据,做出明智的教育研究帮助教育和研究机构了解学生学习情况、研究成果和科学趋势,为教育和研究提供有力支持智慧城市应用于城市规划、交通管理、社区建设等领域,优化城市规划和交通系统医疗保健整合零碎混乱数据,建立全新医疗管理系统,在医学图像处理、分子模拟、基因组学研究等方面广泛应用制造工业了解生产流程、设备状态、产品质量等信息,提高生产效率和质量其他领域ECharts百度研发的开源数据可视化工具,ECharts百度研发的开源数据可视化工具,拥有详尽的中文文档和API接口2支持多种图表类型和丰富的交互特效,提供丰富的主题样式和地图数据库,成~数据可视化领域的佼佼者2功能强大的数据可视化工具,提供直观易用的界面和丰富的功能,支持数据的交互操作,帮助用户深入挖掘数据中的规律和趋势2功能强大的JavaScript库,专门用于基于数据的图表展⽰2采用SVG绘制图表,能够高效处理包含大量对象的数据集2开发成本相对较高,但创建的可视化图表具有独特的创新性和高度的可扩展性2GoogleCharts纯JavaScript图表库,支持各种图表类型,具有灵活的API设计,使开发者能够轻松将复杂数据转化~直观、交互式的视觉表现2第三章第三章注意阶段大脑对感知信息进行筛选和过滤,将重要信息保留并加以处理,涉及注意力和记忆力感知阶段视觉系统接收可视化信息,转化为神经信号传递给大脑,形成对可视化对象的初步感知理解阶段对可视化信息进行深入分析和解释,通过整合、推理和抽象等思维活动理解数据背后的意义和规律直觉型认知模式通过直观的感知来理解和解释可视化信息2强调视觉óü力和美学感Ø直觉型认知模式通过直观的感知来理解和解释可视化信息2强调视觉óü力和美学感Ø,通过强烈的视觉效果引发感知和情感反应2适用于传达简单、直观的信息,如温度Ù化、销售量等2推理型认知模式推理型认知模式通过逻辑推理和问题解ô的方式来理解和解释可视化信息2强调对数据的深入分析和解释,通过数据之间的关联和规律推导û结论2适用于处理复杂的数据集和需要深入分析的问题,如市场趋势预测、疾病传播分析等2情境型认知模式通过将可视化信息与实际情境相结合来理解和解释信息2强调对实际问题情境型认知模式通过将可视化信息与实际情境相结合来理解和解释信息2强调对实际问题的理解和解ô,通过将数据与实际情境相联系来获×意义和价值2适用于处理与现实世界密切相关的问题,如城市规划、交通流量分析等2用户体验数据可视化模型战略层制定目标的过程,了解用户需求和数据获取。通过解读用户需求并通过数据可视化回答需求,明确满足用户的方式。范围层理解任务边界,进行数据处理。通过分析数据结构梳理逻辑架构,去噪处理提高获取效率,挖掘特征数据发现新模式。结构层在整体范围内进行改进。将数据映射到不同视觉通道,设计用户与终端之间的交互行为,展现交互方式和响应。表现层研究可视化元素的视觉感知方面,通过色彩、布局、动画等手段提升视觉效果,优化用户体验。调研方法主要发现本研究采用问卷调查和访谈调查相结合的方式,对某工业园区20-60岁工受访者更偏好实时监控数据(85.20%)和园区概况数据(60.90%),而碳排放作人员进行深入调研2问卷调查共收集30个样本,主要涉及园区概况、碳数据(37.15%)相对缺乏吸引力2超过60%的人认~,园区在碳排放数据、监测功能使用情况以及用户体验2访谈调查邀请了两位从事面的主要问题是缺乏有效的碳排放监测可视化平台,导致无法准确掌握碳园区管理工作的男性作~访谈对象,采用线上一对一访谈方式,收集详细数排放情况,从而无法制定有效的减排策略2用户需求总结11平台功能需求监控方面存在诸多不足,数据图表缺乏生动性,功能缺失严重,大屏监控发现的问题在后台操作页面需重新查找,效率低下222信息呈现需求异常数据提⽰不足、数据关联不明确、实时式有待优化233界面视觉需求中老年用户倾向于色彩深沉、设计稳重且信息呈现直接的界面风格2年轻用户偏好色彩明亮、自然清新且具有良好视觉导向的设44交互体验需求对数据图表的操作提出更高要求,期望能够通过更加人性化的方式进行查看、编辑和拖拽等操作2平台交互逻辑存在混乱,导航功能不足,紧急信息响应有待提升255碳管理需求需建立完善的碳排放监测体系,实时监测园区内的能源消耗、生产排放等碳源,确保数据准确完整2结合园区实际,制定碳排放优化策略2数据映射与可视化结合数据预处理数据预处理提取关注数据绘制图形在零碳智慧园区系统中,建立数据与可视化图元之间的映射关系至关重要。同类数据应进行同类映射,生成相似图形以便比较,帮助用户全面掌握设备状态和生产数据。对于地理数据,采用色彩区分度高的几何图元表示,以准确展示数据差异。空间地理数据可视化充分运用地理信息系统(GIS)技术,将空间地理数据与可视化图元相结合。通过地图可视化,根据用户需求生成不同比例尺和投影方式的地图,呈现园区的地理信息和环境数据。整理和合并园区内的地理信息,包括地形、土壤、气候、水文等基础数据,以及建筑物、道路、绿化等设施信息。创建简洁、易理解的符号系统和图例,借助不同的颜色、形状、大小等视觉元素显示数据的变化和差异。碳足迹追踪数据可视化识别分析公示教育通过实时监测碳排放数据并利用可视化技术数据可视化有助于识别主要排放源、计算整通过公示碳足迹数据和普及碳知识,园区能够展示,园区管理者能够全面了解碳排放状况,制定有效的减排措施体碳足迹以及评估减排项目成效,为园区的碳中和策略提供有力支持提高公信力、激发内部减排积极性,提升整个园区的环保意识第四章第四章该平台是面向零碳智慧园区开发设计的园区内碳排放监管平台,主要承担平台信息架构与界面UI优化设计。全流程可视化监控与展示设计旨在清晰展现各节点的数据采集、服务状况,以及平台对数据的加工处理情况。通过构建碳排放智慧监测与碳管理综合监控平台等公共平台,实现城市和产业功能区碳中和的精细化管理与智慧化服务,全面提升管理效能与服务水平。人口、设施与环境基础数据人口、设施与环境基础数据车辆人员出入与区域安全监控平台总览能耗监测配电、用电实时监测与分析设备管理能耗监测配电、用电实时监测与分析照明、供配电与消防设备维护平台包含七大核心模块:系统首页作为总览入口,园区概况展示人口、设施、环境等基础数据,安防态势监控车辆人员出入和区域安全,设备管理涵盖照明、供配电、消防等系统,能耗监测分析配电和用电情况,碳管理追踪排放指标和预警,信息共享实现数据对比和资源调用统计2设计流程五步法010203基础可视化确认指标创建可视化项目时,首先需要明确解决的问题,确认可视化目标后,根据要展⽰的数据选择适合选择最具信息量的指标2对数据库中每个变量的即"该项目将如何帮助用户"2清晰明确的问题有的图表类型,例如折线图、流程图、饼图、散点含义进行充分了解,选取能够提供关键信息的评助于避免将无关事物混合于数据可视化项目中2价指标204选择图表确定合适的衡量标准后,选择适合的图表形式2针对离散数据采用柱状图,对于连续数据采用曲线图205聚焦重点展现数据可视化结果时,让用户更容易注意到关键信息2通过放大关键指标或采用醒目的颜色来减轻用户的视觉负担2明确发展目标和功能定位,围绕碳排放减少、能源使用效率提升、资源循环利用等核心目标进行设计明确平台的功能范围和数据范围,包括数据采集、处理、分析和可视化展示,确保数据的准确性和可靠性结构层设计平台的信息架构和交互设计,清晰展示数据资源、功能模块和用户界面,考虑平台的可扩展性和可维护性表现层细化和优化平台的视觉设计,采用符合平台定位和用户喜好的色彩、字体、图标等元素,提升整体美感和易用性框架布局设计原则层级分明层级分明对于大量的数据和信息,需要进行层级划分,将最重要的信息突出显⽰,次要信息适当隐藏或者简化。这样可以帮助用户快速找到他们需要的信息,减少信息的混乱和冗余。交互友好交互友好页面的交互设计需要友好且直观,用户可以通过简单的操作就能获取他们需要的信息。同时,对于用户可能产生的疑问或者需要进一步了解的内容,需要提供清晰的引导和链整体布局清晰整体布局清晰整体的页面布局需要清晰明确,使用户一眼就能看出页面的主题和重点。主要的数据和信息应该放置在页面的中心或者显眼的位置,引导用户快速浏览和理解。左中右布局主要指标占据页面较大面积,次要指标位于左右两侧,面积较小且较为集中。适用于展示教育、房地产、政务等行业的数据分析结果,凸显特定指标的多项指标展示方式。优点在于清晰展示较多指标并明确主次关系。上下布局将页面分为上下两部分,上方区域较大,下方区域较小。这种布局在适应特殊屏幕场景方面表现出色,能够凸显重点内容并突出重要指标。柱状图主要用于呈现数据的分布或趋势变化,通过不同柱体的高度来凸显数值间的差异2适用于展⽰员工宿舍年龄分布、部门人数统计等场景2条形图据类型丰富且字段名称较长时,条形图尤~适用,采用横向布局能更有效地展⽰较长的维度项名称2能够突出显⽰数量随时间变化的范清晰反映不同时间段或类别下数据的波动情况2饼状图用于展⽰不同类别数据的比例,利用扇形的弧度大小进行比较2适用于表⽰能源类型占比、行业碳排放贡献率等场景2折线图主要用于分析事物随时间或有序类用于查看各类能源每天的能耗数据变化趋势2色彩搭配规范设计原则数据可视化大屏展示界面设计往往倾向于采用深色调背景搭配浅色调图表的配色方案,并力求增强色彩对比度。深色调背景对眼睛刺激较小,视觉效果更为柔和,有利于减轻观众的视觉负担。同时,深色背景通常与专业、高效和先进的技术形象相联系,饱和度较高的统计图表能够更好地吸引观众注意力。辅色#FF3E0B辅色#FF3E0B、#FF9B23、#14EE6B文字色#FFFFFF、#B8C3D1#27c1bb、#1DA1FC、#2b80b5思源黑体24思源黑体24px用于正文及辅助文字,保证良好的可读性和舒适的阅读体验用于数据数字,确保数据的清晰呈现和易读性思源黑体30px用于标题及重点文字,确保信息层次的清晰度和视觉冲击力思源黑体20px用于辅助文字,适用于次要信息的展示文本设计在数据可视化界面中占据着不可或缺的地位,其目的是确保信息的有效传达和用户的顺畅交互2设计师应细致考虑文本的布局、排版和呈现方式,合理调整行间距和字间距,以优化用户的阅读体验2交互设计策略11233ú态图表利用ú态图表展⽰数据的变化趋势,如折线图、柱状图等2用户可以通过鼠标悬停或点ü图表N的数据点,查看详细的数据信息筛选和过滤提供多种筛选和过滤功能,帮û用户快速定位到关心的数据2通过O拉框选择地区、时间等条件进行数据的筛选和过滤拖拽和缩放允许用户对图表进行拖拽和缩放操作,以便更好地查看和分析数据2通过拖拽调整显⽰范围,通过缩放查看数据细节交互设计在零碳智慧园区系统数据可视化大屏设计中具有举足轻重的地位2通过合理的交互设计,可以提高用户的使用体验和数据分析效率2在ú效设计方面,应有节奏感地使用合适的ú效突û关键数据,而不是滥用ú效导致用户注意力分散2设计特点登录页采用了淡雅的蓝色调背景,与零碳智慧园区的环保主题相呼应,给用户带来宁静、专业的视觉体验。字体选用清晰易读的思源黑体,确保在不同设备和环境下都能轻松阅读。交互设计登录框设计简洁明了,用户只需输入账号、密码和验证码即可完成登录。为登录按钮添加了鼠标悬停效果,当鼠标悬停时按钮颜色变化,提示用户可以点击,提高了操作体验。设计成果展示:系统首页系统首页展示了园区内各项关键数据指标。主界面采用大胆的色彩对比和丰富的图表元素来展示数据,以蓝绿色调为主,象征着环保和可持续发展。使用了多种图表类型(如柱状图、折线图、饼图等)来展示不同类型的数据,使得信息更加直观易懂。为方便用户查看和操作数据,在界面上设置了多个交互元素。用户可以通过点击图表上的数据点来查看详细数据;通过拖拽和缩放图表来调整显示范围;通过筛选和过滤功能来快速定位关心的数据等。这些交互设计不仅提高了用户的使用体验,也提升了数据分析的效率。设计成果展示:园区概况页总人口10,000人男性4,000人女性6,000人儿童1,000人在岗员工100+访客100+合计1,000+停车位1,700+供水2,000+供电1,000+垃圾处理2,835+PM2.5:20.0g/m3温度:32.2°C空气质量:优园区概况页以宏观视角展示园区的整体运营状态。采用大面积的地图元素,用颜色和数字标注了园区的各个重要区域和关键数据,使用户能够/目了然地了解园区的整体布局和运营情况。通过动态图表和交互元素,展示了园区的能源使用情况、碳排放量等关键指标。设计成果展示:安防态势页车辆出入监控实时展示园区车辆进出情况,包括月卡车和临时车的流量统计2通过24小时车流量曲线图,清晰展示不同时段的交通状况,为园区交通管理提供数据支持2人员出入管理监控园区人员进出数据,包括员工、访客等不同人群的统计2通过实时数据更新,帮助管理人员及时掌握园区人员动态,确保园区安全2安防态势页以安全为核心,通过数据可视化手段实时展示园区的安防态势2采用深色背景强调安全监控的严肃性和重要性,通过高对比度的色彩和动态图表展示园区的安防数据,如入侵监测、视频监控等关键指标,帮助用户及时发现并处理安全隐患2供配电系统实时监控园区供配电系统运行状态,包括变压器、配电柜等关键设备的运行参数和状态照明设备展示园区内照明设备的运行情况,包括设备编号、位置、状态等详细信息,支持远程控制和故障诊断消防设备监控消防设备的运行状态,包括消防栓、灭火器、烟感器等设施的位置和状态,确保园区中心机房展示中心机房的运行状态,包括服务器机柜的负载情况、温湿度等环境参数,保障IT系统设计成果展⽰:能耗监测页能耗监测页专注于园区能耗的实时监测和分析。采用环保主题的色彩搭配,以蓝绿色~主色调强调节能减排的重要性,运用橙红色作~超标预警来提醒用户。通过丰富的图表和动态数据展⽰,使用户能够直观地了解园区的能耗情况。68%配电系统效率园区配电系统整体运行效率达到68%,处于良好23%能耗同比下降相比去年同期,园区整体能耗下降23%,节能效果可再生能源占比设计成果展示:零碳管理页零碳管理页是整个系统实现零碳排放目标的核心展示区域。通过地图和图表,详细展示各个区域的碳排放情况、减排措施和能源使用情况。通过创新的交互设计和丰富的数据可视化元素,使用户能够深入了解园区的零碳管理成果和减排措施。碳排放强度下降减排目标完成度碳汇贡献率相比基准年,园区碳排放强度下降42%已完成年度减排目标的68%设计成果展示:信息共享页信息共享页致力于实现园区内部信息的高效共享与交流。通过数据可视化设计,将各类园区信息以直观、易懂的方式呈现给用户,促进信息的快速传播和有效利用。展示了园区内的新闻动态、政策文件、通知公告等各类信息,通过动态更新的滚动新闻栏,用户可以及时了解园区的最新动态和热点事件。46M7天累计访问量平台在过去7天内累计访问量达到4650万次,用户活跃7天累计浏览量页面浏览量达到97万次,信息传播效果良好数据调用次数实现高效的信息共享第五章第五章01数据获取数据来源于中国碳核算数据库、中国多尺度排放清单模型、湖北省自然资源和规划局官网等公开渠道,以及某工业园区的实地调研数据03技术实现结合html5、css3、Vue.js框架和ECharts可视化库进行前端开发2采用DIV+CSS布局,引入C3技术实现各种图表绘制和地图