论时空大数据与新能源

论时空大数据与智慧能源©2018

Wuhan

University,

LIESMARS报告内容1新基建23时空大数据时空大数据与智慧能源一、新基建时代1.

什么是新基建？“新基建”，也叫新型基础设施建设（或新一代基础设施建设），是以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础，面向高质量发展需要，提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系新基建=信息基础设施+融合基础设施+创新基础设施一、新基建时代2.“新基建”的主要内容•

信息基础设施：包括以5G、物联网、工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基础设施，以北斗和高分对地观测为代表的空天信息基础设施，以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施，以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施等•

融合基础设施：主要指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传统基础设施转型升级，进而形成的融合基础设施，比如，智能交通基础设施、智慧能源基础设施等，实现产业数字化和数字产业化•

创新基础设施：主要是指支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性的基础设施，比如，重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施等报告内容1新基建23时空大数据时空大数据与智慧能源4

天基信息的实时智能服务（PNTRC）大数据的兴起•

NatureScience出版社分别于2008年、2011年出版了《BigData》、《Dealingwithdata》专刊，指出大数据时代已到来•

2012年3月，美国奥巴宣

布正式发布了“大数据研究和发展倡议”，意义堪比20世纪的信息高速公路计划•

无所不在的亿万个各类传感器将产生越来越多的数据，数据量级将从现在的GB、TB（TeraByte）级逐步增长到PB、EB和ZB（ZettaByte）级。•

迫切需要通过分析这些结构复杂、数量庞大的数据，以云端运算整合分析，便能快速地将之转化成有价值的信息，从中探索和挖掘自然和社会的变化规律•

利用大规模有效数据分析预测建模、可视化和发现新规律的时代即将到来GNSS系统—BDS完成全球无源覆盖完成亚太区域无源覆盖试验系统2000200420122020u

2000~2003年完成第一代实验系统（北斗一代）。u

2007~2012年，建设北斗导航定位系统（北斗二代，BDS

），共发射16颗卫星，14颗组网，其中5颗GEO卫星、4颗MEO卫星、5颗IGSO卫星。覆盖亚太地区，2013年正式提供区域导航定位服务。u

～2020年，30颗卫星覆盖全球。其中3颗GEO卫星、24颗MEO卫星、3颗IGSO卫星。7GNSS系统—BDS特点u保留了北斗一代的通信功能，提供短报文服务，一次可传送多达240个字节（120个汉字）的信息，北斗-3将达到1000个汉字。u采用B1/B2/B3三个频率调制信号和星基PPP技术，对于厘米级以上的高精度导航定位（载波相位整度解算）具有重要意义。u采用了高轨同步卫星、中轨卫星和倾斜轨道卫星相结合的轨道方案，对于亚太低纬地区和高纬地区的定位均比GPS有优势。8室内外一体化高精度位置服务手机多源融合室内定位卫星定位技术突破技术路线声、光、电、场高精度室内定位高精基准控制，紧耦多源融合光源相机传感器射频信号音频蓝牙BT/BLERFID/NFCWLANCellularnetwork&DigitalTV多源融合定位9手机多源融合室内定位技术路线高精基准控制，紧耦多源融合：以分米级的高精度定位技术为控制，以无时不在的手机内置传感器和无处不有的磁场为纽带，全源紧耦融合12种声、光、电、场等定位源的不同组合，实现高可用优于1米的定位精度。相机交会光源定位音频定位BLE定位…高精度控制<1米误差修正紧耦融合声、光、电、场12种定位源磁场手机内置传感器广域覆盖（高可用）无处不在无时不有全源覆盖10基于音频的高精度智能手机测距技术针对北斗信号无法穿透室内空间，室内定位精度低的难题，突破基于音频的智能手机室内定位技术，与目前广泛采用的蓝牙定位技术相比，其信号作用距离从5-10米扩大到50米，测距精度从2-5米提升到0.12米，是目前世界上可支持所有大众手机精度最高的定位技术，解决了室内定位精度低的难题。n

利用大众手机麦克风接收测量音频信号从发射器到手机的传播时间，乘以音束计算传播距离n

Chirp信号，工作频率在16-21KHz，带通滤波后普通人听不见,也不受环境声音影响。n

信号发射设备的时钟蓝牙同步（1ms）n

测量距离差TDOA，亚米级的定位精度n

信号覆盖能力：40-50m基于音频的高精度智能手机定位演示空天地传感器资源•

天上的遥感卫星超过1000个（美国500多，俄罗斯120多，中国300多）；•

空中的有人飞机和无人机超过10000架；•

地面某著名企业测量系统和智能驾驶车上百万辆（光学和激光雷达）；•

海上某著名企业测量系统（光学、激光雷达和声纳）；某省市的各种智能传感器（中国视频头2000多万）；•

人人手中的智能手机与智能手表（10亿多个）。星载机载车载探地无所不在的物联网BuildingsConsumerPowerHealthIndustrialRetail

TransportationGovernment

/

SecurityInfrastructuremercial

/InstitutionalDoc.

Office/Care

facilityVehiclesHospitalHome

/

In

VivoLabIndustrial•

ProcessResidential•

Point-of-Care•

ER•

Implants•

POC•

POC•

Labdiagnostics•

Cars/trucks•

Aircraft•

Watercraft•

Construction•

Fueling

stations•

N.

systems•

Traffic

control

&

Hwaysys.•

Office•

POC•

Labfacilities•

Education•

Retail•

Hospitality•

Healthcare•

Grocery•

Airports•

Stadiums•

Data

Centers-

SemiFabs•

Singlefamily•

Mobile

POC-

Chemical-

Pharma-

Refining•

Pulp/Paper•

Discrete•

BatchDevices:

MRIs,

PDAs,

Implants,

Surgical

equip.,

Pumps,Monitors,

Telemedicine,

etc.Devices:

Vehicles,

Roads,

Gas

stations,Signage,

etc.•

Multi-familyMachineControlIndustrialProcess

ControlLabElectronics/SemiconMisc.

InfrastructureDevices:

HVAC,

Vertical

Transport,

Fire

&Safety,

Lighting,

Security

&

Access,

etc.•

Semicon•

Facility

mgmt.•

Infrastructure•

Process

equip.•

Productdiagnosis•plexmachines•

Simple

/standardmachines•

SCADA•

Instrument/sensor-

Semi

tools-

Wafer

hand-

Test

systems•

Electronics-

T&MApplianceEntertainmentMobileSignage

/Display•

CDSPOSInfrastructure•

Laundry•

Kitchen•

Audio•

Video•

Audio•

Video-p•

Placement

&

boardplexmachines•

Simple

/standardmachines•

Dist.

centers•

Shoppingcenters•

In-store•

Remote•

Displayequipment•Environmental•

Information•

Lighting•

Gamingmuni-cation•

Multi-purposeDevices:

Pumps,

Valves,

Vats,

Conveyors,

Pipelines,Motors,

Drives,

Switches,

Machines,

etc.•

Security•

ClimateDevices:

POS

terminals,

Tags,

Cashregisters,

Payment

terminals,

Signs,

etc.Legislature•

DocsPublicSafetyPublicInfra-structureLabVehiclesDevices:

TVs,

VCRs,

DVRs,

Dishwashers,

Washer/Dryers,Refrigerators,

Lights,puters,

etc.•

Water•

Land•

Air•

Sea•Records•

Voting•

Polling•

Other•

Equip.

&treatment•

Buildingenviron.•

Generalenviron.MaterialPersonnelSecurity

/SupplyDemandpersonnel-

Police,-

Fire•

Equip.

&personnel-

Water-Wastewater-

OtherSurveillance•

Weapons•

Supplies•

Other•

People•

Machines•

Generation•Transmission•

Distribution(Utility)•

Residential•

Industrial•merc

al•

Radar/Satellite•

Environment-RegulatoryDevices:

Weapons,

Vehicles,

Soldiers,Unmanned

drones,

etc.Devices:

Voting

booths

information

cards,

Scanners,

Publicinfrastructure,

etc.Devices:

Central

plants,

Distributedresources10

trillion

wireless

devices

serving

7

billion

people

by

2020（国际权威机构预测）无所不在的时空大数据时空数据获取将从空天地专用传感器扩展到物联网中上亿个无所不在的非专用传感器，从而产生前所未有的时空大数据：l卫星遥感大数据：1600PB；某省市实景地图：60某省市600TB；某省市视频大数据：我国每某省市为3000-4000PB；某省市出行轨迹大数据；室内定位轨迹l……手机轨迹数据视频轨迹数据出租车轨迹数据数字孪生数字孪生某省市可为人类生存繁衍、经济发展、新能源建设、社会交往和文化享受等诸多方面提供各种智能化的服务：实现低碳、绿色、可持续发展报告内容1新基建23时空大数据时空大数据与智慧能源3.1

智慧某著名企业智慧某著名企业数字孪生：充分利用电力系统物理模型、先进计量基础设施的在线量测数据、无人机巡线和机器人巡查加上电力系统历史运行数据，并集成电气、计算机、通信、气候、经济等多学科知识，进行的多物理量、多时空尺度、多概率的仿真过程，通过在虚拟空间中完成对智能某著名企业的映射，反映智能某著名企业的全生命程。电力巡检机器人电力巡检机器人能够实现对变电、输电、配电设备进行全天时、全方位、全自主智能巡检和安全防护，包括自动巡逻、智能读表、图像识别、红外测温、实时视频回传等功能，以人工智能先进化手段代替传统人工完成电站巡检及设备查明工作，降低人员安全风险，保障某著名企业本质安全，提升某著名企业智能化巡检技术水平。电力巡检机器人类别参数722×458×960(mm）（长×宽×高）78KGꢀ外观尺寸重量驱动方式续航时间四轮四转向8h3D-SLAM激光定位导航100mm导航方式涉水深度爬坡能力≤15°最大行驶速度1.2m/s可见光摄像机（分辨率1920×1080，30倍光学变焦）、红外热成像仪、噪声采集装置等5.8GHz，802.11

b/g/n/a。可根据用户需要换用2.4GHz，802.11

b/g/n协议的通讯模块巡检传感器网络通讯协议防水防尘等级作业环境IP55：-10℃~+50℃-20℃~+300℃.60mK量范围测度无人机电力巡检系统成功研制系列化无人机电力巡检成套软硬件装备，搭载于多型国产大、中、小型无人机平台。率先在大某著名企业开展常态化、规模化巡检应用。适配于大、中、小各型无人机线路巡检/有人机巡检6个型号

智能巡检吊舱线路故障“测-算-判”一体化AI诊断系统技术指标指标现有巡检手段本项目首次实现机巡线路在线诊断，判别精确度达92%，效率提升6倍以上单源数据人工判

多源数据融合自动判别13大类，智能诊断技术别为主40小类故障，准确率达92%巡检数据融合技术智能诊断处理效率像素级别亚像素级别离线处理在线处理技术成果专利9项软著18项论文16篇专著1部输电领域高被引论文线路故障“测-算-判”一体化AI诊断系统建立了电力走廊多要素的精准定位、识别与建模以及3D空间关系计算模型一体化的软硬件系统，解决了电力走廊安全风险的定位和预警线路故障“测-算-判”一体化AI诊断系统电力走廊无人机巡检与智能监测系统灾

山害

东巡

冰检

冻省市及地区n经济效益超云南高海拔雨雾巡检n巡检线路约供

澳电

门保

回障

归n巡检里程超风

海应

鸥急

台巡检智慧某著名企业数字孪生系统智慧某著名企业数字孪生系统三个关键技术环节对实物系统的量测感知数字空间建模仿真分析决策智慧某著名企业数字孪生系统三个关键技术环节对实物系统的量测感知数字空间建模仿真分析决策智慧某著名企业数字孪生系统三维实时监控画面实际飞行情况复杂大某著名企业时空信息服务平台某著名企业是关系国计民生和国家安全的战略性基础设施，安全、经济、高效的数字某著名企业是“数字中国”建设的重要内容，需要准确、即时的时空信息服务中国某著名企业管理了从1100kV特高压到220V低压交直流混合、广泛连接的复杂大某著名企业，是全球规模最大、结构最复杂、用户最多的公用事业网络结构复杂规模庞大变化频繁2000余种拓扑类型设备全互联、全在线供电面积848万km2

日设备异动400万次设备数量15.2亿日开关动作5万次欧美国家最大某著名企业设备数量不超过1.5亿复杂大某著名企业时空信息服务平台关键问题与难点问题某著名企业如何在电气与地

电气状态的瞬变如何

某著名企业资源信息如何进理双空间统一表达

实时反映到数字某著名企业行高效可信更新难GIS对象模型与标准

大规模某著名企业拓扑实时

内外网安全分区环境点电气信息模型存在巨

计算存在性能瓶颈

下内外业作业难以一大差异

体化严重阻碍物理某著名企业向全数字化智能某著名企业转型升级为复杂大某著名企业提供全面、即时和准确的时空信息服务是世界性难题复杂大某著名企业时空信息服务平台总体思路问题与难点创新与突破

平台与服务

应用推广某著名企业如何在电气与地理双空间统一表达一体化某著名企业时空信息模型电

电网

网时

时空

空信

信息

息服

服务

务平

网台

络运维检修故障抢修防灾减灾客户服务电气状态的瞬变如何实时反映到数字某著名企业时空拓扑秒级实时重构技术某著名企业资源信息如何进行高效可信更新可信高效更新技术体系复杂大某著名企业时空信息服务平台该平台基于云架构实现了某著名企业时空信息的统一建模、秒级重构、高效更新等关键技术，从资源、服务与接口全面支撑某著名企业核心业务与应用【专利2-9、2-12、2-14；论文B12、B19、B21；标准C12-14；软著D7、D10】接口层3440个某著名企业应用桌面应用Web应用服务层448个基础服务基础地图服务某著名企业资源服务空间分析服务图形渲染服务

网络拓扑服务资源层分布式存储容器虚拟化微应用运行框架

内存计算框架一体化数据模型拓扑重建技术可信高效更新体系复杂大某著名企业时空信息服务平台建立了由27个主干节点、1000多台服务器、10万多个操作节点构成的某著名企业时空信息服务网络10万多个操作节点27个主干节点1000多台服务器为70多万用户提供日均1000多万次时空信息服务，全球规模最大、服务频次最高、性能最好复杂大某著名企业时空信息服务平台全面支撑某著名企业规划、基建、生产、运维、调度、抢修、客服、防灾减灾、应急指挥、保供电等36个某著名企业核心业务应用调度运行生产管理客户服务复杂大某著名企业时空信息服务平台智慧某著名企业运营脑Smart

Grid智慧某著名企业3.2

智慧石油天然气解决方案1、数字化（第一阶段）通过空天地一体化某著名企业测量手段（无人机、某著名企业测量车、背负式单兵等），可快速完成厂区数字孪生三维地图构建，实现三维可视化的运维管理模式。2、智能化（第二阶段）在实现场景高精度数字化基础上，通过物联网技术使石油天然气厂区内所有的设备设施可感知、可连接、可控制，实时获取动态数据信息，实现设备资产精细化管理、人员/设备精确定位、远程运维管理等应用。3、智慧化（第三阶段）通过无人驾驶、机器人、图像识别等技术，对石油天然气厂区完成厘米级高精地图采集，实现无人巡检机器人、无人矿卡等自动驾驶应用，逐步实现无人巡检、无人操作和智慧运行的建设目标。空天地一体化某著名企业测量系统数字孪生数据采集设备无人机倾斜摄影系统某著名企业测量车室内小推车背负式单兵道路勘查箱自主测图机器人我秀中国实景平台二维地图+厂区实景影像,通过我秀中国实景平台进行可视化管理，影像支持定位、搜索、标注、链接打造石油天然气工厂数字孪生通过精细化三维模型对石油天然气工厂的进行描述通过精细化三维模型描述石油天然气工厂物理资产的功能位置、机械特性、工艺特性、物理组成等本体属性。对工厂主要资产、设施进行工程级和仿真级三维建模，对重点设备建立可拆解的工程级模型。打造石油天然气工厂数字孪生对石油天然气厂区生产活动涉及的要素进行模型抽象，解决生产、能源、工艺、安全、环保等各专业在指标粒度、空间属性、时间属性、数据层次不一致的问题。模型信息数据库•

空间位置•

外观形象•

BIM属性•

扩展信息•

关联文档•

维保信息BIMID1对1关联打造石油天然气工厂数字孪生1、厂区内环境监测平台和每一个测点都与传感器连接，实时获取各类型传感器的数据，显示站内环境的、湿度、气体浓度等信息。打造石油天然气工厂数字孪生2、安防监控系统可接入第三方视频监控系统，监控视频可以在BIM模型上进行显示，集成摄像头的三维空间属性，用户可以方便地找到需要查询的摄像头位置、摄像头实时监控画面和摄像头的属性。打造石油天然气工厂数字孪生3、火灾应急预案制定利用三维可视化操作面板的方法来编辑生成火灾应急预案,平台可模拟出火灾发生时情景，并提供最佳逃生路线与应急措施打造石油天然气工厂数字孪生打造石油天然气工厂数字孪生建设全面智能化厂区，使厂区的资产管理、生产管理、运维管理提质增效！优势特点1、稳定可靠，免维护设计。2、智能大数据分析，在线故障预警、诊断及修复建议。3、融合一体的远程、某著名企业运维平台，实现专家/运维人员调动平台、专网终端/APP、数据分析平台联动。4、建成后有望每年减少石油天然气厂区运维成本约2亿元。石油危化品厂区防爆巡检机器人立得空间石油厂区巡检机器人能够实现对天然气集站、成品油库、石油炼化厂等场景进行全天时、全方位、全自主智能巡检和安全防护，包括自动巡逻、气体泄漏识别、图像识别、红外测温、实时视频回传等功能，以人工智能先进化手段代替传统人工完成巡检及设备查明工作，降低人员安全风险，保障厂区本质安全，提升能源厂区智能化巡检技术水平。石油危化品厂区防爆巡检机器人全天候自主巡检及路径规划，智能避障产品功能1、机器人可以按照设定的路线，实现自主导航行走功能2、支持建图范围内任意点之间路径导航3、遇障碍后可更新路径规划并智能避障4、可以便捷的增删改巡检点和巡检路线石油危化品厂区防爆巡检机器人智能实时测温、及时发现设施缺陷产品功能配备高清红外相机、热成像系统，能够对相机实时画面中任意点、任意区域进行实时测据分析，实现设备安全阀值对比判断及时发现设备缺陷并报警石油危化品厂区防爆巡检机器人配套专业智能管控平台产品功能能够将厂区设备的状态数据、趋势状态、现场实景情况、全息地理信息、设备责任人等信巡检数据实时传输至本地监控后台，并完成数据的分析处理及预警、告警等功能，实现电站设备状况一目了然。还可对历史数据进行汇总对比分析，综合环境数据，历史数据、形成曲线和可视化报表，还可以自动生成故障报表。便携式背包侠便携式背包数据采集设备立得空间便携式背包数据采集设备是集多线激光Lidar，全景相机、惯性导航设备、同步控制器等多传感器于一体，以某著名企业测量系统技术为基础，专门针对天然气集站、成品油库、石油炼化厂等场景完成高精度三维激光全景数据采集。便携式背包侠三维高精度点云模型采集、处理、出图，软件自动化一键式处理便携式背包侠自主定位导航泄漏气体监测智能实时测温务}三维点云地图智能巡检机器人设备管理运行监测巡检维护背包侠提供定位航服务精细化三维模型三维运维监控管理平台便携式背包侠通过背包侠采集的带高精度坐标信息的全景影像及三维点云能够让巡检机器人对石油天然气厂的设备的状态、各类型仪表盘读数，异常情况判别等识别工作提供准确的数据来源。通过背包侠采集三维激光点云，自动提取出巡传统人工布点方式、效率低、人力成本高检点信息供给机器人巡检，布点工作效率较传统方式可提升10倍以上。无人机自动盘煤、盘土石方在煤场条形煤剁上方规划无人机飞行路径，通过SLAM算法使无人机具备室内自主导航飞行能力，其搭载三维激光雷达设备执行飞行任务。通过飞行作业，结合激光雷达载荷对煤场进行实时扫描测量，计算出煤堆体积，盘点作业全程无需人工干预，不受限于工作面和工作地点，工作区域可以任意划定。无人机自动盘煤、盘土石方u无人机盘煤/砂石料特点背包侠自动盘煤、盘土石方u背包盘煤/砂石料特点l

：自动化程度高，开机即用l

低成本：无需GPS，成本大幅度降低；l

高精度：室内外一体化测量；l

：自动化程度高，开机即用；l

低成本：无需GPS，成本大幅度降低；l

高精度：室内外一体化测量；l

查看简洁方便：数据平板实时显示；l

高效率：实时显示采集点云数据无人矿卡车针