智慧园区数字孪生监控运维系统

目前，我国大部分园区的管理方式都比较粗放，并存在一定的局限性，大多数园区缺乏规划和布局，同时存在安全、应急、能耗、节能环保的实时监控和及时反馈。随着工业互联网技术的快速推进，新一轮数据驱动园区的创新发展是提升园区的管理效率新方向。因此，构建一个接近于真实场景的数字园区十分必要，另外在数字园区实时监测各状态和数据也是迫在眉睫。智慧园区平台的建设，通过技术手段，带动产业、人才的聚集，从而实现园区数字化转型升级，促进园区和园内企业智能化、绿色化、高效化发展。

在数字空间，再造一个与现实物理园区匹配对应的数字园区，通过构建物理园区与数字园区一一对应、协同交互、智能操控的复杂系统，使其与物理园区平行运转，实现园区全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化、园区运行管理协同化智能化，通过模拟、监控、诊断、预测和控制，解决园区规划、设计、建设、管理、服务的复杂性和不确定性。

数字孪生智慧园区管理平台，通过数字孪生技术构建了一个万物感知、万物互联和万物智联的智慧园区平台，同时通过数字孪生技术实现了园区总貌、设备、环境、安全、环保的模拟场景，实现了对智慧园区的多层级、智能化管控。根据业务不同实现驾驶舱、安防、能源、环保、生产、设备等管理业务的可视化。

1.数字孪生系统架构

感知层：感知层主要包括物理实体中搭载先进物联网技术的各类新型基础设施。

数据层：数据层主要包括保证运算准确性的高精度的数据采集、保证交互实时性的高速率数据传输、保证存取可靠性的全生命周期数据管理。

运算层：运算层是数字孪生体的核心，其充分借助各项先进关键技术实现对下层数据的利用，以及对上层功能的支撑。

功能层：功能层是数字变生体的直接价值体现，实现系统认知、系统分析、故障诊断、预测推演功能，从而起到辅助决策作用。系统认知，数字孪生体能够真实描述及呈现物理实体的状态，它是实现数字孪生体其它高级和智能化功能的基础。系统分析可实现数字孪生体的状态监测功能，发挥对物理实体的早期预警作用。故障诊断，通过分析物理实体的运行状态，了解现象背后的原因。预测推演，是利用仿真技术来预见物理实体未来的状态演变，从而指导当前的运行决策。

应用层：应用层是面向各类场景的数字孪生体的最终价值体现，具体表现为不同行业的各种产品，能够明显推动各行各业的数字化转型。

2.数字孪生系统的典型特征

等价映射：数字孪生体是对物理实体的等价描述，是对物理实体进行数字化而松建的模型数字孪生体的变化能够真实反映现实世界中的物理实体的变化。数字孪生体能够实现双向映射、数据连接和状态交互，起到“数化”、“保真”效果。

实时交互：基于实时传感等多元数据的获取，孪生体可全面、精准、动态反映物理对象的状态变化，包括外观、性能、位置、异常等。“实时”体现数字孪生体所处状态是物理实体状态的实时虚拟映射;“交互”体现数字孪生体与物理实体间存在数据及指令互动。

共生演进：“共生”体现在数字孪生体与物理实体同步构建，在全生面周期中相互依存，孪生体随着孪生对象的生长而不断演变。共智体现在三个层面:孪生体与孪生对象间共享智慧(包括:数据、算法)、孪生体内部各种孪生模型间共享智慧、不同生命周期阶段的孪生体间共享智慧。

预测优化：根据物理实体的各项真实数据，通过数字孪生体进行仿真，实现对物理实体未来状态的预测，预先知晓未来状态能够辅助用户做出更合理的决策。根据物理实体的实时运行状态，通过数字孪生体进行监测，实现对系统不稳定状态的预测，预先觉察即将可能发生的不稳定状态，使用户更从容地处理该问题。

建立数字孪生体的最终目的，是通过描述物理实体集合内在机理，分析规律、洞察趋势，基于分析与仿真对物理世界形成优化指令或策略，实现对物理实体决策优化功能的闭坏。根据数字孪生的典型特征，可以得出数字孪生的体系架构。

3.智慧园区数字孪生监控运维系统

（1）设施管理

园区数字孪生可以帮助园区管理者进行设施的模拟和管理。通过数字孪生技术，可以实时监测园区的设施运行情况，预测设施的故障和维修周期，提前做好维护准备工作。此外，数字孪生还可以帮助园区管理者进行设施的规划和布局，确保园区的设施满足需求。

（2）人流优化

园区数字孪生可以对园区的人流进行模拟和优化。通过数字孪生技术，可以实时监测园区内的人流分布和拥堵情况，提前进行人员调度和疏散工作。此外，数字孪生还可以帮助园区进行人员分布的规划，确保人流的均衡和流动性。

（3）交通管控

园区数字孪生可以帮助园区进行交通的模拟和管控。通过数字孪生技术，可以实时监测园区内的交通状况，包括道路拥堵、停车位利用等问题，提前进行交通调度和优化。此外，数字孪生还可以帮助园区进行交通规划和道路布局，提高园区的交通效率和安全性。

（4）能源管理

园区数字孪生可以实现对能源的模拟和管理。通过数字孪生技术，可以实时监测园区的能源消耗和供应情况，预测能源的需求和供给，优化能源的使用方式。此外，数字孪生还可以帮助园区进行能源规划和节能措施的实施，提高园区的能源利用效率。

（5）园区应急管理

数字孪生园区应急管理实现了GIS平台的数据叠加能力、可视化展示能力、三维空间分析能力，将应急物资、应急事件、危险源隐患、环境监控、视频等融合到三维可视化平台。通过数字孪生技术实时展示应急资源信息，为园区管理提供了应急数据信息，提高应急管理效率。

（6）安全管理

数字孪生园区安全管理实现了园区安全生产、危险源等“三重一高”的数据统一采集，为园区日常的监管和应急救援指挥提供数据服务。智慧园区安全管理实现了园区企业的“人、机、物、环、管”进行可视化的监察和预警，整体提高了园区安全生产监管效能，同时充分利用数字孪生技术实时监测重大安全事故，通过数据分析实现提前预警和救援等安全管理方面提供业务支持，及时为园区安全监管部门提供准确有效的数据信息和数字孪生可视化，提高园区安全生产及其监察的科学性，大大降低事故发生率，大幅度减少重特大灾害事故，为提升园区安全生产监察整体水平提供强有力的技术支撑。