基于GIS技术打造精准、动态、可视化的数字孪生电厂

发布时间:2022 年 07 月 13 日  文/安全应急与企业行业发展中心 马亚飞 南京国图信息产业有限公司 张永正
导读:在加快数字电厂地理空间框架转型升级的背景下,超图结合企业自身在地理信息、数字孪生等领域的技术优势和业务优势,以电厂时空数据为重点研究对象,基于SuperMap GIS基础软件开发建设,开展数字孪生智慧电厂关键技术与解决方案的研发工作。
近年来,南方电网下属各抽水蓄能电站的空间数据类型繁多、来源广,而随着数字电厂地理空间框架升级为智慧电厂时空基础设施,空间基准需提升为时空基准,基础地理信息数据库需提升为时空大数据,地理信息公共平台需提升为时空信息云平合,支撑环境也需由分散的服务器集群提升为集约的云环境。因此,亟需搭建统一的时空大数据共享平台,实现电厂时空资源的统一管理、调度和共享。
 
分析数字孪生智慧电厂的建设架构:打造精准、动态、可视化的数字孪生电厂
 
在加快数字电厂地理空间框架转型升级的背景下,超图集团结合自身在地理信息、数字孪生等领域的技术优势和业务优势,以电厂时空数据为重点研究对象,基于SuperMap GIS 基础软件开发建设,开展数字孪生智慧电厂关键技术与解决方案的研发工作。
 
超图集团数字孪生智慧电厂解决方案的核心建设内容为“1+3+1”,即 1 套标准、3 个数据库、1 个系统。
 
•1 套标准
1 套标准聚焦于数字孪生智慧电厂标准规范建设,包括了数据管理规范、数据更新规范以及图层使用规范,明确了数据从生产到应用的整个流程,指导数字孪生电厂产品建设工作有序开展。
 
规范标准的建设,为后续新电厂、新数据的加入提供了指引,让数字孪生智慧电厂不是停留在某个时间节点,可以随着电厂的发展,实现同步更新,保证了系统的活力,增强了智慧电厂的可用性,也更加符合数字孪生的发展要求。
 
 
•3 个数据库
3 个数据库聚焦于数字孪生智慧电厂数据的整合与汇聚,包括基础地理数据、业务专题数据、智能感知数据,构建了电厂资源的时空大数据仓库。
 
基于南方电网全空间信息模型,无缝衔接二三维基础地理数据,汇聚了电厂超过 20GB 建筑物白模、城市精细模型、BIM 等地理场景数据,结合业务专题数据、智能感知数据等,通过多源异构数据汇聚与处理,实现与现实世界的精准映射,通过建设数字孪生电厂,最终形成了智慧电厂的三维数字底盘。
 
•1 个系统
1 个系统聚焦于电厂数据的管理、展示与分析,对电厂空间进行精细、全面、动态的模拟。
 
系统重点将智能感知数据与基础地理数据进行融合,并基于 SuperMap 的三维场景渲染能力以及空间分析的能力,更好地模拟了感知数据的实时发生和空间表达,增强了物联感知数据的展示效果。
 
同时,系统建设了完善的工作流程,将二三维数据的建设成果,以服务的形式在系统中注册,附以相关的示例代码,为后续数据共享、数据整合提供了路径,体现了智慧电厂的价值以及长期、横向发展的基础能力。
 
思考数字孪生智慧电厂的空间表达:三大特色助力智慧电厂建设
 
• 多融合
 
“多融合”主要包括数据融合和技术融合。
 
1. 数据融合是通过空间数据融合(数字高程模型和正射影像、BIM 和三维场景、地上空间和地下空间数据等),构建静态的空间底座;通过空间对象和业务属性、感知监测的融合,给空间对象关联各类属性,形成动静一体的孪生底座。
 
2. 技术融合是指在地理信息技术的基础上,融合视频监控、物联网及电子围栏等技术,综合提升在可视化表达、电厂综合监管以及辅助决策等方面的能力,以更好地服务各类应用。

• 优表达
在多融合的基础上,通过电厂沙盘实现现实电厂的全方位、立体化、多角度、动态化呈现,除了对场景设计、可视化效果、渲染性能优化之外,通过接入各类感知信息,实现了与现实电厂实时联动。
 
平台可呈现多类实景三维(地形级、部件级)电厂场景:宏观上可通过大场景展示城市地形、地貌及现状;微观上可以进入到重点建筑物、设施设备、地下空间内部,呈现内部结构、部件设施组成等。
 
• 全兼容
平台的空间底座全空间资源池兼容所有主流的实景三维数据成果,并且形成了从资源接入、管理、可视化到共享应用全系解决方案,依托 SuperMap GIS 平台,对外共享的资源和能力支持各类主流技术框架,可构建包括桌面端、移动端等多端应用;另外,平台技术架构全面升级,能够完全适配全国产化环境(包括服务器、操作系统、数据库、中间件等),并已在多个项目中成功实践。
 
钻研数字孪生智慧电厂的优化建设:关键技术和创新方法
 
• 微服务架构
 
平台基于微服务架构构建,总体架构围绕设施层、GIS 引擎层、数据层、地理服务层和平台应用层 5 部分展开。1. 基础设施层处于整个平台的最底层,建立在基础软硬件资源之上,为数据层提供操作系统级别的支撑。
 
2.GIS 引擎层提供整个平台搭建所需的 GIS 引擎组件,可进行时空数据整合建库及数据服务发布,并提供多种开发SDK,快速构建基于云端一体化的空间大数据应用系统。
 
3. 数据层通过整合接入企业已有时空资源,构建时空数据库,包括基础地理信息数据、BIM 模型数据和定位数据,为服务层和应用层提供时空数据支撑。
 
4. 地理服务层基于 GIS 平台,以时空数据库为基础,为应用层提供各类时空资源服务,包括二三维地图服务、数据服务、空间分析服务等。
 
5. 平台应用层构建地图管理平台和定位综合平台。通过地图管理平台实现对企业时空资源的一体化管理,提供平台电厂服务总线、信息共享交换中心、地图服务资源管理、二维地图制图、三维场景、功能服务、开发中心、智能运营中心以及系统配置功能;定位综合平台可对电厂定位信息进行整合并提供统一的访问接口,实现与其他业务系统的数据交换和使用。
 
• 基于 iPortal 的数据共享和开放
 
iPortal 作为平台的控制中枢,是用户实现 WebGIS 内容管理和访问控制,以及多种 API 或接口的访问方式,是以 Web为中心的全新的应用模式能够落地的重要保障。它为数字孪生智慧电厂提供了:1.GIS 资源整合能力;2. 快速的 GIS 资源查找能力;3. 专业的在线制图与地图浏览能力;4. 灵活的 GIS 资源共享能力;5. 可视化的门户定制能力;6. 扩展开发能力。
 
• 空间大数据技术
 
空间大数据核心技术包括空间大数据存储技术、空间大数据计算技术、流计算技术及空间大数据可视化等技术。同时,基于 IT 大数据技术重构传统 GIS,支持海量空间数据的分布式存储、处理与分析,实现数量级的性能提升。
 
在智慧电厂的建设布局过程中,数据将成为建设单位的核心资产之一,面对体量大、来源广、增长快的海量空间数据,超图大数据 GIS 技术为数字孪生智慧电厂建设提供了:1. 海量多源数据基于统一标准接口的访问接入能力;2. 支撑空间数据库引擎、文件存储引擎、分布式存储引擎的数据引擎访问能力;3. 大数据分析计算能力、GP 服务能力和流数据服务能力;4. 空间大数据可视化能力。大数据 GIS 技术的运用,帮助用户在实际项目建设过程中,简化工作流程,提高处理效能,提升数字孪生电厂呈现体验,成为构建智慧电厂的强大引擎。
 
超图集团充分考虑当前国家智慧电厂建设任务及需求,利用自身发展优势,协同电厂主体机构,探索攻关数字孪生电厂关键核心技术,形成了一套面向多源数据汇聚、场景高保真渲染、服务运营智慧化的解决方案。接下来,超图将联合伙伴围绕“1+3+1”的数字孪生电厂方案布局,推动电厂智慧化建设,形成一批可复制、可推广的建设成果,通过示范带动、典型引路、以点带面,努力打造数字孪生电厂示范工程,助力新时期智慧电厂信息化高质量发展。

 

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