智能化巡检及数字孪生系统建设方案

智能化巡检及数字李生系统建设

方案

2022年8月

目录

1项目背景........................................................................4

2项目建设方案....................................................................5

2.1数字李生平台搭建.........................................................5

2.2机器人巡检功能扩展集成.................................................17

2.3仪表设备数据对接与管理.................................................18

2.4人工巡检系统功能扩展集成...............................................18

2.5摄像头平台集成..........................................................18

2.6厂区设备智能巡检管理系统...............................................19

2.7机器人巡检管理系统.....................................................37

2.7.1项目概况..........................................................37

2.7.2存在问题.........................................................37

2.7.3机器人巡检管理系统方案设计......................................38

2.7.4建设原则.........................................................38

2.7.5系统架构组成.....................................................40

2.7.6智能巡检一体化监控平台...........................................41

2.7.7轮式巡检机器人功能特点...........................................49

2.7.8技术指标.........................................................54

2.7.9机器人巡检管理系统实施方案......................................57

2.7.10产品优势.........................................................61

2.8VR热力巡检............................................................65

2.9供热站点管理............................................................66

3建设步骤.......................................................................68

3.1数字李生平台搭建.......................................................68

3.2仪表设备数据接入.......................................................69

3.3机器人巡检集成..........................................................69

3.4仪表设备数据对接与管理.................................................70

3.5摄像头平台集成..........................................................71

4里程碑.........................................................................71

5沟通计划.......................................................................71

6项目干系人.....................................................................71

7项目风险识别...................................................................72

8项目人员安排...................................................................73

1项目背景

传统行业的供热产业仍然处于“春秋战国，群雄逐鹿”的格局，在国家政策

和用户、企业各方面的呼吁下，智慧供热已经成为一股潮流。为了开拓市场空

间，降低供热成本，提高企业利润水平，技术和先进管理的提高是必不可少的。

智慧供热主要指基于信息基础设施的发展，使用大数据、人工智能、云计

算、“互联网'、等技术，通过对供热相关数据采集及分析，对热源、热网、末端

的各个供热环节进行智能调控，作出科学判断后调节运行，从而实现能源充分

利用，年可节约能源16.9%,相当于年可节约标准煤2378吨左右，这无疑顺应

了节能环保的大趋势。

供暖的日常装备为，供暖设施包括锅炉、管道、加热器等，都是实心钢、

铸铁。我司自研Meta3D渲染引擎，使用丰富的3D组态与API,数字挛生一个

智慧供热全流程系统，帮助升级城市供暖价值。

随着画面的初始化，通过Meta3D可视化技术对整个城市进行了三维仿真模

拟。整个城市被水路一分为二，主干路的交通量聚集在迷幻的霓虹灯。之后，

火力发电厂大楼上自上而下亮起，标志着供暖系统开始工作，热量通往城市各

处的热交换所，开始了对这座城市的供暖服务。

本次项目为制慧供热数字挛生平台的建设，除日常运维基础功能外，还结

合机器人巡检系统、人工巡检系统、监控系统，全方位无死角观测各项运维数

据，实现了室内测温设备管理、室内温度处理分析、供热系统分析与预测、供

热质量评价等功能，在数据分析基础上总结各项目供热系统热力规律，实现精

准供热，提升供热质量。

2项目建设方案

2.1数字李生平台搭建

在智慧能源领域，统筹大数据、人工智能、物联网等新一代信息技术，构

建与物理城市能源相匹配的数字城市能源系统，挖掘真正的数据需求，建立科

学的决策程序，用数据分析结果指导实践，实现城市能源系统全要素的数字化、

虚拟化，全状态实时化和可视化、运行管理协同化和智能化，实现物理城市和

数字城市虚实交互。通过“智慧化''使能源转化效率、能源传输效率、能源基础

设施利用效率、能源与经济社会的结合效率显著提升，最终实现能源系统更加

高效、清洁、低碳。

天津在2021年九月发布《天津市人民政府关于印发天津市加快数字化发展

三年行动方案（202L2023年）的通知》，如下图。

地区政策名称发布时间城市数字挛生主要表述

《中国（上海）自由贸易试

试点数字李生城市建设，打造上海数字化转型示

验区临港新片区发展“十四五”2021.8

范区。

规划》

加强技术研发和协同攻关。发挥本市各有关专项资

《上海市促进城市数字化转金作用，加强核心软件、基础软件、工业软件、大型行

2021.7

型的若干政策措施》业应用软件等关键产品，以及数字挛生、智能物联、车

路协同、区块捱等应用技术研发。

上海

塑造数字时代的城市全新功能。融合应用数字李生

《关于全面推进上海城市数城市、大数据与人工智能等技术，推动城市"规建管用"

2021.1

字化转型的意见》一体化闭环运转，实现城市决策"一张图"、城市治理“一

盘棋”，为城市精细管理和科学决策提供"说明书"。

《上海市推进新型基础设施

探索建设数字挛生城市，数字化模拟城市全要素生

建设行动方案（2020年-20222020.5

态资源。

年）》

《天津市人民政府关于印发

建设城市信息模型（CIM）基础平台，推进虚实交互、

天津市加快数字化发展三年

天津2021.9数据驱动的数字孳生城市建设，提升城市实时感知、预

行动方案（2021-2023年）

警预判、快速反应能力。

的通知》

创新社区治理线上线下模式，建设数字化社区便民

服务中心，推进社区治理共建共治共享。完善、升级各

类智慧城市应用，探索建设一批数字挛生城市，实现城

江西《“智联江西”建设三年行动》2021.5

市全要素数字化和虚拟化、城市全状态实时化和可视化、

城市管理决策协同化和智能化，打造数字挛生城市江西

样板。

积极推遂城市级BIM管理平台建设，统筹构建

《湖北省新型基础设施建设QM基础平台，积极推进城市级QM平台建设，以武

湖北2021.9

"十四五"规划》汉市东湖新技术开发区部分区域为试点探索建设数字

挛生城市C

图1地方城市数字挛生相关政策（部分）

数字挛生相关方及职责

城市数字挛生城市数字挛生城市数字挛生

咨询服务提供方建设技术提供方运营服务方

规划咨询服务

提供方

图2城市数字李生相关方

数据资源提供方负责提供仪表设备系统的数据接口与对接联调。一般为业

主或供应商。

方案设计提供方负责平台总体架构设计，一般为集成商。

网络服务提供方负责网络布线,一般为电信运营商、集成商C

支撑技术提供方负责提供平台业务管理系统搭建，包含设备管理、数据导

出等。一般为集成商或技术为主的厂商。

李生技术提供方负责数字李生系统的仿真搭建。一般为集成商或技术为主

的厂商。

系统集成方负责统筹协调各系统有机结合，数据互联互通。一般为集

成商0

平台能力提供方提供对外的数据接口，具有数据同步融合的能力。一般为

集成商或技术为主的厂商。

数字享生概述

数字挛生技术与各产业的深入融合能够有力推动各产业智能化发展进程，

成为信息化时代产业变革的强大助力。近年来，数字挛生技术在城市领域的应

用进入了探索实践阶段。随着智慧城市发展理念不断变革和数字李生相关技术

不断发展，城市数字季生的理念孕育而生。城市数字季生契合了当前为产业转

型升级赋能的战略需求，是城市在物理空间、社会空间、数字空间融合发展的

基础技术手段。城市数字挛生是智慧城内建设新的创新源和发力点，将成为智

慧城市发展新阶段的核心底座。

城市数字李生标准体系总体框架

城市数字季生标准体系总体框架如下图所示，城市数字挛生标准体系由“01

总体”、“02数据”、“03技术与平台”、“04安全”、“05运维/运营”、“06应用”

六部分的标准分体系组成°

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数字享生概念模型

城市数字挛生是利用数字挛生技术，以数字化方式创建城市物理实体的虚

拟映射，借助历史数据、实时数据、空间数据以及算法模型等，仿真、预测、

交互、控制城市物理实体全生命周期过程的技术手段，可以实现城市物理空间

和社会空间中物理实体对象以及关系、活动等在数字空间的多维映射和连接。

全周期可溯

动态迭代

实时反馈

城市数字挛生的概念模型如图1所示。城市数字挛生概念模型包括物理空

间、社会空间、数字空间三个部分。分别描述如下：

物理空间：物理空间包含城市时空位置、城市要素和城市生态环境。其中,

时空位置是城市地理时间空间信息，包含城市各实体和实体间的时间、坐标信

息和高程信息等；城市要素是构成城市的各类物理实体的总称，包含城市道路

交通设施、能源设施、信息设施等；城市生态环境是构成城市自然环境的要素,

包含土壤、植被、大气、水资源、物候、天气等。城市数字挛生物理空间是保

障城市经济社会发展的重要支撑。

社会空间：社会空间包含城市中的组织、活动、关系以及逻辑，用于描述

城市社会中个体与个体、个体与群体、群体与群体等关系和活动的总和。其中,

城市发展和社会治理中多元参与主体构成组织要素；多元参与主体围绕城市生

活、生产和生态所开展的各类政治、经济、文化等活动构成活动要素；多元参

与主体间相互作用并产生多维层次关系构成关系要素；社会关系变化和迁移过

程所遵循的规律构成逻辑要素。

数字空间：数字空间是与物理空间和社会空间映射连接形成的第三个关键

空间。数字空间是城市数字挛生的载体。通过对城市物理空间和社会空间所包

含城市要素实体的全域历史及实时数据的采集、汇聚、建模、分析以及反馈，

数字空间完成对城市要素及活动的全周期可溯、动态迭代以及实时反馈，实现

城市多维仿真、智能预测、虚实交互、精准控制。

城市数字李生为智慧城市深入建设、迭代升级提供支撑能力。城市数字李

生通过应用数字孳生技术实现城市物理空间、社会空间以及数字空间在时间维

度和空间维度更加精准的映射、更加紧密的联接和更加多维的联动，通过物联

网、人工智能、区块链等新一代信息技术实现三元空间的协同演进和共生共智,

进一步满足“人在城市生活、生产、生态的各类需求，服务“以人为本”的智慧

城市建设初心。

城市数字挛生典型特征

（1）全面感知

城市数字李生以全面感知为前提。城市是一个复杂巨系统，时刻处于发展

变化中，必须时刻掌握物理城市的全局发展与精细变化，实现挛生环境下的数

字城市与物理城市同步运行。城市数字挛生通过布设覆盖城市范围的多种类型

传感器，建立全域全时段的物联感知体系，对城市运行状态进行多维度、多层

次精准监测，全面获取影像、视频、各类运行监测指标等海量城市数据，实现

对城市环境、设备/设施运行、人员流动、交通运输、事件进展等的全方位感

知，实时获取城市全域全量运行数据，为城市数字挛生提供数据基础。

（2）精准映射

映射是构建数字世界并建立数字世界与物理世界紧密关系的过程。各类信

息要素的精准匹配与精准表达是实现物理城市向数字城市映射的关键。城市数

字季生的实现场景下，物理城市与数字城市是一一对应、紧密融合、双向互动

的关系。通过物联感知、数字化标识、多维建模等技术，数字空间实现全域模

型精准建立、全量数据精准标识、全盘挛生精准运行，保障挛生环境下的仿真

推演具有可信性和参考性，从而指导物理世界运行管理决策。

（3）智能推演

智能推演是城市数字挛生具备智慧能力的体现，是实现对物理城市进行科

学预测、指导与优化的关键。可以依据物理城市的真实运行数据，构建不同场

景下的推演模型，进而模拟和分析物理城市的运行状态和发展趋势，推演预测

物理城市的发展态势与运行结果，并提出优化建议，辅助城市日常管理、应急

指挥和科学决策。随着城市数字挛生数据的日渐积累，使其可以通过数据去发

现城市更多场景下的运行规律，从而能够更多样、更精准的建立推演模型，使

城市管理者可以更好的掌握城市运行趋势和可能发生的事件，真正实现数据驱

动的城市智能化分析和运行。

(4)动态可视

动态可视是指通过将感知的多源数据进行数字化建模和可视化渲染，城市

数字挛生提供了全要素、全范围、全精度真实的渲染效果，实现全空间信息和

城市实时运行态势的动态展示。一方面，城市数字季生既可以展现宏大开阔的

城市全貌场景，也可以展现诸如地下管线、室内设施等城市微场景，提供全粒

度、多尺度的多维展现能力。

另一方面，城市数字李生可视化具有突出的动态性特点，可将城市实时运

行体征，如交通运行、城市环境、监控视频等城市实时信息与空间模型紧密融

合，实时动态展示可视化对象的状态变化，精准反映物理城市的真实状态和运

行情况，使数字城市更加鲜活。

(5)虚实互动

虚实互动是指物理空间与数字空间的互操作和双向互动，借助物联网、图

形/图像、AR/VR、人机交互等领域技术的协同和融合，实现城市级虚实空间

融合、控制与反馈等能力。虚实互动的过程是指通过对物理世界的数据实时采

集、接入并映射到数字世界，实现对物理世界的仿真和模拟，在数字空间中进

行大数据量的计算、预测和演练，

提出城市规划、城市建设、城市治理等的科学决策建议，相关决策建议可

以指导或直接反作用于物理世界，在物理世界执行完成后，相应的执行结果再

映射到数字世界，并进行信息及时更新，实现物理空间与数字空间的双向闭环

互动。

(6)协同演进

协同演进是城市数字挛生具有高阶智慧能力的体现。城市数字挛生过程中,

物理城市与数字城市在城市运行、数据、技术、机制等方面存在长期协同关系,

长期相互反馈、相互影响。协同演进是以物理空间和社会空间为主体，数字空

间进行推演，并反馈进化结果，使物理空间和社会空间协同推进的过程。协同

演进不仅是“协同”的，更是“演进”的，是“物理城市与数字城市在各种因素的相

互作用下的演进关系”，这种演进关系最终推动物理城市与数字城市共同发展进

步。

数字李生平台架构图

用户政府机构企业组织社会公众

城市规划城市建设城市治理城市服务产业经济

交互服务门户第三方服务接口开发工具应用组件

感知互联实体映射多维建模时空计算仿真推演可视化

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数据资源时空基础数据物联感知数据业务应用数据运行评估数据

信息基础设施感知连接存储计算

技术架构关键组件

Meta3D引擎，是由我司自研的面向互联网的数字季生应用引擎。它高度封

装了多种数字李生的应用场景，包括场景、光源、摄像机、主模型、渲染器等。

此外它的API设计简单、高效，仅用一行代码就可完成Three.js几十行代码的实

现结果，开发效率和稳定性极大提高。已经被多家传统软件机构商用，作为主

要开发数字挛生引擎。

LetappnetPangu();

图Meta3D引擎初始化代码节选。

ThunderFlow基石平台，是我司针对复杂业务系统而设计的快速高效的开

发平台，基于MVC架构，具有灵活的RBAC子系统，快速分配权限，满足多

用户业务场景。基于模板的低代码自动化业务生成器子系统，可标准化开发更

适用于实际业务场景的信息化系统，基础模块包括基础信息管理、数据导入导

出、工单流转、智能报表等。本平台已经历数十个项目的迭代优化，具有高稳

定性、高可用性。此外，该平台提供快捷的API服务搭建能力，支持为第三方

系统快速定制数据接口，完成对接。

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图ThunderFlow系统架构图

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图ThunderFlow基石平台DEMO页面

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图基「ThunderFlow建设的中国移动某省公司IT资产管理平台

本期具体建设内容

针对锅炉房场景2个：一号站，二号站（双层），以及内部的仪表、设备、

管道等物件进行1:1高保真数字挛生系统搭建。下图为一号站和二号站主要的平

而设计图纸。

号站平面图纸

锅炉房设备平面布置图

锅炉房循环水管道平面设计图

锅炉房排污排气管道布置图

风烟道平面布置图

二号站平面图纸:

二层设备平面布置图

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一层设备布置图

数字李生系统标准功能

1.支持视角放大/缩小/旋转;

可任意调整观察视角，360度查看数字挛生体各个角落，让运维无死角。

2.支持视角聚焦数据源模型，并实时数据标签展示功能；

点击数据源模型，快速获取该设备/仪表数据，让运维工作更精准、快捷。

3.支持漫游（第一人称飞行）；

模拟第一人称巡游厂区，在数字季生体中完成各类需要下现场才能完成的

操作，即安全又高效。

4.支持6个数据统计分析展示区域；

基于所有数据源，可定制最关心的6个数据统计分析区域的开发，直观运

维，便捷高效。

2.2机器人巡检功能犷展集成

1.支持机器人实时定位数据、巡检数据同步到我平台；

2.支持取某时间段（最大8小时）的定位数据，在数字季生平台中显示轨迹

线；

3.支持机器人实时显示在数字挛生平台上；

4.支持点击机器人查看机器人实时数据；

5.支持建立报警模型，巡检报警信息查询与导出；

2.3仪表设备数据对接与管理

1.一种仪表设备的数据接口定制开发与联调（WEB-API）；

2.一种仪表设备的数据管理子系统（支持按设备ID查询、按时间段查询）

3.支持导出查询结果到Excel；

4.支持一种设备的报警模型建立，以及报警信息查询与导出。

2.4人工巡检系统功能扩展集成

1.支持人员实时定位数据、巡检数据、报警数据同步到我平台；

2.支持取某时间段（最大8小时）的定位数据，在数字挛生平台中显示轨迹

线：

3.支持机器人实时显示在数字字生平台上；

4.支持点击机器人查看机器人实时数据；

5.支持建立报警模型，巡检报警信息查询与导出；

2.5摄像头平台集成

1.摄像头管理子系统，支持摄像头的新增、删除、修改、查询；

2.支持摄像头绑定三维空间系中任意坐标；

3.支持10路摄像头的接入；

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加陆解肺

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2.6厂区设备智能巡检管理系统

智慧大屏，大数据时代，我们最常听到的一句话就是“用数据说话”，但

数据本身是冰冷的数字，它很难直接告诉我们哪些数据是有价值的信息。只有

通过合适的可视化工具来进行数据的展示表达，才可以使传递给使用者的感受

更加直观，也更容易获得其中价值。

数据大屏就是一种非常有效的数据可视化工具，它可以将业务的关键指标

以可视化的方式展示到一块或多块LED大屏上，不仅可以让业务人员快速、直

接地从繁杂的业务数据中找到重要数据，还可以对.决策人员起到辅助作用。

巡检管理系统

地理信息

将单位的资产（一次管网、二次管网、换热站等）展示在地图上，这样领

导可清楚的了解到单位的资产分布情况，点击可查看此管道的基本信息（埋深、

管径、材质等信息）和相关业务数据，从而加强管理层及基层人员对设备、设

施的管理。

支持导入业主现有GIS资产数据（WGS84、大地2000坐标系KML文件、

shp文件）

宜春

名称：爱

备注：

分类：GA1⑴

材质：丝祟5坍

压力：48

埋深：5

集团化管理

分级别权限管理方案可以有效的将各部门统调度起来。利用数据统计功

能分析分支机构的综合管理能力和执行能力，结合企业评优机制，进一步加强

企业的管理能力。

序功能名

功能概述

号称

部门管

1建立企业组织架构，设定部门及班组层级。

理

用户管

2建立企业用户信息，用户权限

角色管

3建立企业各层级角色及权限

理

集群对讲调度

系统支持企业内部集群对讲调度管理，平台内支持即时通信功能，支持一

对一，一对组等多种方式进行对讲调度沟通，支持发送语音、文字、图像以及

位置共享等功能，并且支持平台端的文件互传、协同办公等功能，方便企业内

部沟通交流，也方便巡检部门集中调度使用。

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设备台帐信息管理

建立设备管理档窠，对设备进行分类登记、分层展示各项设备的关联关系,

并绑定现场电子标签做台帐记录，录入设备各项属性信息以及巡检指标，便于

后期对设备巡检的任务计划的制定和设备基础资料的补充和完善。

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