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摘 要 ：本文基于数字孪生技术,建立统一的园区综合管控模型,研究一种后勤服务保障平台。在分析后勤服务平台系 统架构和园区整体数字孪生管控特点的基础上,通过对园区建筑及后勤服务相关的主要管控设备进行三维模型建模,对前端感 知设备的统一接入,实现与后勤服务保障相关的业务系统的联动。通过搭建数字孪生技术的后勤服务保障平台,实现园区人、 车、物、事件的可视可管可控,通过数字化手段对园区进行精准运营,提升运营管理水平。
关键词 ：数字孪生技术,智慧园区,人工智能,后勤服务保障平台
Research on the HANG Zhong
(Jiangsu Automation Research Institute, Lianyungang Jiangsu 222000)
【Abstract】：This article is based on digital twin technology, establishes a unified park comprehensive management and control model, and studies a logistics service support platform. On the basis of analyzing the architecture of the logistics service platform system and the overall digital twin control characteristics of the park, by conducting 3D modeling of the main control equipment related to park buildings and logistics services, unified access to front-end sensing devices, realize the linkage of business systems related to logistics service support. By building a logistics service support platform with digital twin technology, realize the visibility, management, and controllability of people, vehicles, objects, and events in the park, accurate operation of the park through digital means to improve operational management level.
【Key words】：digital twin technology;smart park;artificial intelligence;logistics service support platform
引言
随着以云计算、物联网、大数据、人工智能、5G 等 为代表的高新技术迅速发展和深入应用,智慧园区中智 慧后勤服务建设已成为各企业创新发展的新趋势。根据 《关于积极推进“互联网 +”行动的指导意见》,以数据 和互联为依托,积极探索和推进后勤服务管理模式的转 变, 推进“互联网 +”新形态建立一站式、互动式、引 导式后勤服务模式,是主动适应移动互联网发展的必然 趋势 [1]。本文基于数字孪生技术在后勤服务保障平台的 应用研究,打造“互联网 + 智慧后勤”新模式。
1 基于数字孪生技术的后勤务保障平台概况
后勤服务保障平台建设从园区综合安防、数字办公、 生活服务、智能楼宇及能源、运维保障等应用入手, 从提升效率、降低园区综合运营成本、改善体验及提升园 区安保水平出发,运用当前各类先进的云计算、人工智 能、物联网等技术实现本项目的各项功能需求,实现园 区人、车、物、事件等的可视可管可控,通过数字化手 段对园区进行精准运营,提升运营管理水平。
1.1 物联设备接入模块
实现前端感知设备的统一接入,包括园区的人行道 闸及门禁系统等系统的物联接入、连接管理、设备状态 的告警、系统的状态监控,实现与业务系统的联动。物 联设备接入平台向下通过智能设备网关接入传感终端, 实现对人行闸机、会议室监测等传感设备的全生命周期 管理及联接管理,向上通过开放 API 接口,把采集到的 设备数据,通过应用与数据集成模块发送给数据治理与分析模块或直接给到后勤保障平台的各个应用系统,最 终实现端到端物联应用业务的对接。物联设备接入模块 包含设备管理、连接管理、数据管理、应用使能、安全 管理及系统管理等功能模块。另外,在设备感知层,物 联设备接入平台提供一系列软件 SDK 可供感知设备或 网关集成,从而实现终端设备快速接入后勤保障平台。
1.2 应用和数据集成模块
实现业务应用系统、平台支撑能力及外部系统的应 用集成和连接,主要包括出入管理、人员通行、资产管 理、综合安防、智能会议室等全部业务场景的数据集 成与预处理,集成 API、数据、应用、人、物,打破平 台、云、网络、地域边界,连接各个子应用系统,消灭 信息孤岛,打通业务流,重塑业务流,实现业务数字化 全联接协同,实现智慧园区各个应用场景的无缝对接及 不同应用系统间低成本的互操作,有效解决信息孤岛问 题,实现跨平台跨部门的信息共享交换。
1.3 数据治理与分析模块
数据治理与分析模块作为园区的数据支撑,主要负 责完成各异构子系统的数据集中建模管理和使用,实现 园区数据的基础数据整合,统一规划数据语言。向下通 过应用与数据集成模块,或直接提供已接入子系统应用 的数据集成接口,把对应的源数据转换成为结构化数 据,保存在数据治理与分析模块的相应主题库中 ;向上 提供数据服务、计算能力接口给智慧园区应用系统,以 供智慧运营中心、地理信息系统、物联设备接入平台等 调用数据接口,消费相关数据。
1.4 数字孪生综合态势模块
平台基于自主研发的三维模型自动构建工具链、模 型智能导入及优化工具,将常见模型格式自动转化为渲 染引擎端能够识别的标准格式,并自动监测园区的楼 宇、设备材质和贴图丢失错误等常见问题。同时通过可 视化图形组件,将从园区采集到的复杂数据进行实时二 维及三维可视化,用以清晰快速地获取各类信息,包括 信息分类、信息对比等。平台面向综合安防、生活服 务、智能楼宇和能源管控、数字办公、运维保障等功能 领域,在园区整个生产生活过程中,以数据画布、三维 可视化的形式展现管理者对于整个园区关注的内容,了 解园区实时现状,帮助管理者快速应对突发情况,以及 思考后续如何优化管理资源等,做到业务宏观统筹、科 学经营、合理调配,园区综合运营态势一屏掌握。
1.5 视频云分析模块
视频云分析模块采用中心、边缘的组网架构, 可达 到物理分散、逻辑集中的管理目的,实现园区的有效管 理。相较于传统的建设方式,视频云分析模块通过屏蔽底层硬件资源的差异,实现计算资源的协同运作,以动 态集群的方式为用户提供统一的视频云分析平台管理能 力。平台视频云分析模块的开放架构,可面向不同的应 用厂商提供标准的 SDK 接口,易于不同应用厂商实现 应有功能快速集成。
2 关键技术应用
2.1 基于 OPC UA 标准的通信协议转换技术
后勤服务保障平台针对园区内不同的对象,通过定 制接口和自动接口对通信协议和接口进行转换。通信协 议的转换主要是根据源协议以及目标协议中本身的帧格 式,按照目标所需要的协议格式完成输出。其中,输出 的信号格式一般都有其固定模式,需按照需求和地址信 息做出调整。
平台整体实现不同设备间的应用软件标准化以及实 时控制域与信息管理域的系统集成功能, 达到不同网络平 台、不同通信协议、不同厂家的产品互联、互操作及数据 通信, 以及各子系统通过集成管理平台的标准接口模块 以统一的格式供客户端对实时数据进行处理。平台轻量 级支持多种异构数据源间相互同步,如 HTTP、Oracle、 MySQL、Sql Server、Kafka、Mongodb、Sftp、FTP 等。 2.2 基于 JARIJS 的数字孪生驱动技术
数字孪生领域常用的 WebGL 在使用过程中对开发 人员三维方向的要求过高,且由于更偏向于底层开发, 其代码开发效率偏低。基于此,平台基于 WebGL 打造 包装自有组态可视化开发模块JARIJS,通过对 WebGL 中常用功能组件的封装实现构建可视化编辑器的核心引 擎,整合出基于 JARIJS 的数字孪生驱动引擎,支撑实 现场景管理、时间处理、场景控制面板、逻辑控制面板 以及数据配置管理界面等一系列的综合体。提出了实时 渲染、大规模场景处理、物理模拟和碰撞检测、用户自 定义和可扩展性等方法,使得三维组态引擎技术能够更 好地满足用户需求,提供更高质量、更沉浸式的三维交 互体验,并适应不断扩大的应用领域,从而实现基于底 层 WebGL 开发语言的封装 [2]。基于自主可控的 JARIJS 的数字孪生驱动技术主要从跨平台轻量化、模型合并与 动态内存加载、离线缓存与数据安全、二三维联动 4 个 方面进行了相关研究。
(1)跨平台轻量化。B/S 免插件架构,通过 Web 浏 览器直接运行 ;支持跨平台浏览,普通 PC 电脑、手机 或 Pad 即可流畅运行 ;支持超大型数据模型的在线浏 览,在普通笔记本上也能保证显示美观。(2)模型合并 与动态内存加载。支持多个文件自动合并成场景,支持 原点坐标或共享坐标对齐 ;可以按照文件进行动态加载 内存,适配不同配置的硬件设备。(3)离线缓存与数据安全。三维场景模型文件在首次打开时,三维场景自 动缓存数据,再次打开模型时通过本地缓存加载,仅需 微量网络传输。同时引入国际领先的加密算法,对缓存 数据进行压缩与加密,保证三维场景模型的数据安全。 (4)二三维联动。提供模型的二维与三维视图联动功 能,实现构件级联动。选中三维视图中构件,二维视图 高亮并平移到视角中心,反之亦然。
2.3 数据治理与智能分析技术
数据处理与智能分析技术是平台数据支撑的核心技 术,主要负责完成各异构子系统(设备管理系统、能源 采集系统、人员管理系统、设备运维管理系统、园区监 控系统、应急调度系统等)的数据集中建模管理和使 用,实现园区数据的基础数据整合,集中智能处理。数 据分析服务是基于数据治理和行业分析建模能力对数据 服务进行的封装,提供业务应用共享访问数据治理与分 析模块的能力,支撑上层应用的快速上线。
(1)数据治理与分析服务包括数据基础能力服务、数 据开发支撑服务、数据模型服务等。(2)数据基础能力服 务组件包括数据集成、BI 分析 / 可视化、数据碰撞、数据 挖掘、标签与画像等工具,以及底层分布式计算与存储能 力组件,未来将增加人工智能相关的服务组件等。(3)数 据模型服务包括证件、人脸识别模型,自动识别与填充模 型,黑名单人群,指标筛选,权重计算等。
2.4 网络安全防护技术
针对园区各工业控制系统接入互联网存在的一系列 潜在的网络安全问题,采用工控网络安全隔离技术,通 过在系统中设置通讯协议白名单、黑名单的方式对设备 通讯协议进行自动检测,通过高性能的数据解析技术对 采集到的数据流级进行解析判断和分流,实现对异常数 据的检查、过滤、隔离、报警,全方位保障园区 / 工厂 智能管控平台的信息安全。
平台默认使用 HTTPS 访问,通过授信证书,降低 恶意中间人服务劫持安全风险,并且 HTTPS 加密传输 能够避免信息明文传输过程中数据嗅探带来的信息泄 露。通过代理访问平台,并且配置符合安全要求的加密 算法访问,减少内部服务端口直接对外暴露,提高服务 安全性。服务只响应守信 IP 的访问,防御跨站点攻击 及非授信服务器的恶意访问。各组件存储独立加密,秘 钥各自保管,互相隔离,即使少量组件安全秘钥被攻破 也不影响其他组件存储数据的安全性。用户密码等高敏 感安全数据,其存储采用防篡改及不可逆加密算法,保 障原始密码的安全及不可篡改。前端到后端请求,敏感 数据传输采用 HTTPS 的同时,使用非对称加密算法进 行数据加密后传输,进一步保障数据传输的安全性 [3]。
2.5 全局事件和预案管理技术
平台可设置全局事件和预案管理机制,在系统启动 前,将根据历史经验总结的突发状况处理策略和设备的 固定参数存储于数据库中,当系统启动后,系统可以根 据预先的设定,对设备进行单次或周期性的调度控制, 对某些设备的流量大小进行自动调节,对设备的负载进 行均衡。根据系统预设定的互备份设备间的调度策略、 节能策略、设备的最佳启 / 停时间控制策略,对系统中 某些设备预先启动、增开或关闭。根据预先设置的事件 逻辑,当事件发生时,可以自动产生相关的联动控制, 对于高级别的事件,例如火灾等事件,可以通过报警直 接触发相关的联动,提高事件的响应速度。系统的逻辑 功能是系统内置的逻辑功能,不需要进行程序级别的开 发工作,可以根据现场系统的实际情况和用户对系统的 要求,对逻辑进行在线组织和修改,系统服务将执行修 改后的逻辑。
2.6 集中监控管理技术
平台采用分布控制集中管控的设计架构,以塔式索 引结构、虚拟存储条带技术、N+M 备份机制为支撑, 在提高系统响应速度、拓宽系统容量、确保系统稳定性 的前提下,建立数据仓库,实现数据的集成,即将各个 子系统采集的数据统一存放在数据仓库中。如发现异常 的数据,把异常数据抽取出来单独存放,同时提示突发 事件报警,再依靠建筑各个子系统进行联动控制和处 理,从而将平台中相互独立的各个子系统统一起来,实 现平台对各个子系统的集成。
3结语
综上所述,通过研究数字孪生技术的后勤服务保障 平台,将数字孪生技术与智慧园区后勤服务相关管控业 务的关键环节、关键场景、关键对象紧密结合,借助数 字孪生建模、信息化系统集成、引擎驱动研究、网络安 全防护技术研究等,根据数字化园区的建设需求,在系 统的设计、建设上选择具有成熟性、先进性及人性化的 产品,打造安全、智能、高效、多系统的统一后勤服务 综合管控平台,改变传统的园区后勤服务运行模式,提 升园区管理和服务效率。
参考文献
[1] 吴俚婵.浅议某事业单位“互联网+智慧后勤”的理念及其 实现路径[J].产业科技创新,2022.4(4):114-116.
[2] 李存斌,张逸飞.移动互联网技术在现代后勤服务保障中应 用的方案设计[J].河南科技,2018(26):16-19.
[3] 尹代红,许玉东,陈增,等.浅谈电力公司后勤保障综合服务平 台建设[J].数字通信世界,2019(5):142-143.
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