水厂数字孪生三维可视化监控平台基于水厂内现有自动化和数字化基础，针对水厂生产管控、设备管理和安全生产等核心运管内容,利用数字孪生技术，在虚拟三维场景中对真实水厂进行数字化精准映射，通过数字水厂、漫游导览、厂内管线、工艺巡检和安防视频等功能，实现了数字孪生系统在生产过程监控、设备运维保障及厂区安全生产三方面以及三者之间的高效集成和联动，为水厂基层操作人员和管理人员提供了新的运管工具和方法,满足了实际应用和介绍展示需要。
1.水厂数字孪生三维可视化监控平台功能
1.1数字水厂
数字水厂作为水厂数字孪生三维可视化监控平台的基础，采用现场激光扫描、拍照和查阅图纸等技术，完成水厂内设施及重点构筑物的三维建模和渲染等基础工作。在此基础上,数字水厂模块提供以下功能。
1）数字水厂模块提供对水厂内设施及重点构筑物的全方位展示，支持用户使用鼠标进行旋转和缩放等操作。
2）用户通过点击构筑物，可以对构筑物内部进行单体细致浏览。
3）系统提供构筑物的详细信息,包括长、宽、高和建材等。
4）用户通过点击设备,可以查看设备的详细信息，包括台账、当前运行数据和运维记录等。
5）为了使用户在庞大的三维虚拟场景中快速、直观地掌握厂内生产运行情况,系统实时与自动化控制系统进行数据对接，并根据设备实际运行情况对设备外观进行不同颜色的边框绘制,从而反映实际运行情况。
1.2漫游导览
水厂数字孪生三维可视化监控平台提供用户沉浸式全景漫游和水厂介绍导航两大功能。
1.2.1全景漫游
用户通过键盘或者手柄操作虚拟任务，可以在水厂场景中进行虚拟仿真走动漫游。通过该方式,用户可以进行池面、泵房、配电间及加药间的浏览，并且在靠近设备时会收到设备自动弹出的关键信息。
1.2.2介绍导航
水厂数字孪生平台播放预设线路和介绍语言的参观路线，主要用于向参观者介绍水厂情况。
1.3厂内管线
根据管线的不同用途,如水管、气管、药管和电力管线等，水厂数字孪生平台在管线专题场景中用不同的颜色进行区分，并可按照分类控制对应管线的显示与隐藏。同时，为了便于展示和介绍，系统在鼠标移动到管线上方时增加动态箭头效果，展现管道内介质的流动方向。管线颜色的选择遵循现场颜色标识规范。为了获得更加直观、明晰的展现效果，该设计中对场景中的地面和墙面进行透明处理。
1.4工艺巡检
工艺巡检以厂内工艺构筑单体为单元进行虚拟环境中的巡检。水厂数字孪生平台在每个工艺构筑单体中根据预设的点位供用户漫游，并在关键区域展示所在区域的各类数据，包括重要的仪器仪表数据、设备台账及实时运行情况等；同时，结合与安防视频的接口，平台自动显示所在位置的摄像头视频信息，达到虚实结合的效果。
在虚拟场景中，当用户选中重要的提升泵组，则在信息平台和安防系统中与之关联的信号点位和监控视频会同步展示。
1.5安防视频
在三维虚拟场景中，水厂数字孪生平台除了展现构筑物和重要设备之外，也对视频摄像头在虚拟场景中进行展现，并使用户实时获取视频图像流。通过摄像头的引入起到了虚实结合的效果，大大拉近了平台和现场环境的距离。同时,摄像头与视角范围内的重要设备和关键安全区域相关联,起到了针对性的联动和互动的效果。
2.水厂数字孪生平台的实现
水厂数字孪生平台实现的重点工作是与现有的数字化信息系统进行数据对接，所以我们需要完成的工作有：建立数据基础与多源异构数据系统集成融合两部分。
2.1建立数据基础
数据是整个水厂数字孪生平台的基础。准确、时效性强的数据是确保系统应用价值的前提。数据基础的建立包括数据分类、数据编制和数据收集三部分。
2.1.1数据分类
厂内的管理需要将数据分成静态和动态两大类。
静态数据主要包括厂内构筑物、管线、设备台账和设备安装位置等相对固定的信息。这些信息是构建虚拟场景的基础信息。动态信息主要指生产运行、设备维护和安全生产管理过程中的数据。核心内容包括设备实时运行状态、仪器仪表的采集数据、视频监控系统中的视频图像以及设备运维过程中记录的数据。以上信息的完整性直接影响后续应用场景功能规划所涉及的内容。
2.1.2数据编制
从数据分类可以看到有很多的数据来源,甚至有多媒体数据。为了更好地满足系统使用时的信息综合检索需求,要避免数据孤岛的出现。这就必须在数据机制运作之前完成不同数据之间关系的梳理。主要内容包括编码规则的统一、不同系统之间编码的统一、不同来源之间相互关系的匹配等。
厂内已经存在生产自控系统、综合安防系统和生产运营管理系统,各系统均有自己的编码规则。而水厂数字孪生平台需要与各系统都产生基于编码的信息检索。综合分析之后，本设计以生产运营管理系统为编码体系的核心，并由其完成其余系统编码的汇总和对应关系的编织，为水厂数字孪生平台提供唯一的编码目录。例如，自控系统定义了一系列信号点，但是仅通过信号点的定义信息无法获得其与对应设备之间的从属关系。因此,需要建立信号点与设备之间的对应关系表,通过规范化的编码以及编码之间的关联建立信息线索。所定义的编码表和梳理的信息线索会贯穿落实到所有相关的系统中，如生产自控、同界安防和生产运营等。
通过数据基础的建立，水厂数字孪生平台及其相关系统在数据描述和定义方面达到了全局一致且规范的目标,实现了从某一维度数据可以快速检索其余维度关联数据的效果。
2.1.3数据收集
在确定了数据内容和来源之后，水厂数字孪生平台针对各类不同来源的数据内容进行收集。
2.2多源异构系统集成
水厂数字孪生平台并非一个独立的系统，而是水厂自动化和信息化达到一定水平之后的综合产物。为了实现数字水厂、漫游导览、厂内管线、工艺巡检和安防视频等功能，还需与现有的三大生产自控、周边安防及生产运营等三大数据来源系统进行集成融合。
水厂数字孪生三维可视化监控平台结合水厂数字化升级转型的需求，针对水厂日常运管内容,构建多应用场景的数字孪生系统，给基层操作人员和管理人员都提供了新的生产工具。各基础系统在应用层面得到了高效整合，提高了人员的监管效率以及异常情况下相关信息的追溯便捷性。
