HT for Web 自主研發(fā)了強(qiáng)大的基于 HTML5 的 2D、3D 渲染引擎，為可視化提供了豐富的展示效果。在 2D 組態(tài) 和 3D 組態(tài) 上，圖撲軟件（Hightopo，以下簡(jiǎn)稱 HT ）的 HT for Web 產(chǎn)品有著豐富的組態(tài)可供選擇，本文將介紹運(yùn)用 HT 豐富的 2/3D 組態(tài) 搭建出的一個(gè) 地鐵數(shù)字孿生管理系統(tǒng) 。

數(shù)字孿生指現(xiàn)實(shí)世界以及利用數(shù)字化技術(shù)營(yíng)造的與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)稱的數(shù)字化鏡像，以數(shù)字化方式拷貝一個(gè)物理對(duì)象，模擬對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為。數(shù)字孿生的模型概念包括三大要素，即物理世界、虛擬空間以及兩者的交互接口。其目標(biāo)在于精準(zhǔn)映射現(xiàn)實(shí)空間的物理信息，呈現(xiàn)給管理者進(jìn)行相關(guān)決策。

數(shù)字孿生的優(yōu)勢(shì)

提高可靠性和可用性。 降低風(fēng)險(xiǎn)。 降低維護(hù)成本。 改善生產(chǎn)。 更少的時(shí)間創(chuàng)造更多的價(jià)值。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

地鐵數(shù)字孿生管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先針對(duì)地鐵車站這一物理對(duì)象，以及針對(duì)安防、環(huán)控等需求來(lái)分析物理對(duì)象特征，建立三維虛擬模型，并融合設(shè)計(jì)建造階段、運(yùn)維階段產(chǎn)生的所有信息，借助傳感器、設(shè)備運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)構(gòu)建物理實(shí)體和虛擬空間的交互關(guān)系，最終為用戶提供各類服務(wù)應(yīng)用。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括以下四個(gè)模塊：

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一、三維建模

需要針對(duì)地鐵車站該物理實(shí)體作一一映射，包括建筑結(jié)構(gòu)如墻、天花板、樓板、風(fēng)機(jī)盤管、水管管道等構(gòu)件，并根據(jù)最終服務(wù)應(yīng)用的目標(biāo)分析其他物理實(shí)體的特征，即地鐵屏蔽門、電梯、燈光照明、進(jìn)出口閘機(jī)、消防栓、火災(zāi)報(bào)警器等設(shè)施。三維虛擬模型的建立是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生系統(tǒng)的基石，無(wú)論是信息融合還是預(yù)測(cè)分析都必須基于虛擬模型。

1、站臺(tái)整體概覽

2、站廳整體概覽

3、自動(dòng)售票機(jī)

4、安檢機(jī)

5、進(jìn)出口閘機(jī)

二、運(yùn)維信息

將設(shè)計(jì)施工階段、運(yùn)維階段產(chǎn)生的所有信息集成至孿生系統(tǒng)中，比如用戶信息、設(shè)備信息、采購(gòu)信息保修信息和財(cái)務(wù)信息等。實(shí)現(xiàn)模型和信息的一體化，簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程和解決方案，為高效運(yùn)維提供可能。

三、虛實(shí)交互

利用傳感器采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并根據(jù)各個(gè)設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)等，完成物理世界與虛擬空間的虛實(shí)交互。傳感器動(dòng)態(tài)獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合照明系統(tǒng)、 監(jiān)控系統(tǒng)、曖通系統(tǒng)等系統(tǒng)的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)，存儲(chǔ)入服務(wù)器中，為虛擬空間的構(gòu)建提供必要前提。在虛擬空間中，以三維虛擬模型為基礎(chǔ)，利用不同計(jì)算方法，獲得相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)策略、環(huán)控策略和能耗預(yù)測(cè)方案。

四、預(yù)測(cè)分析

讀取服務(wù)器中的相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取地鐵進(jìn)出站客流量的歷史數(shù)據(jù)，依據(jù)不同時(shí)段，不同星期，不同月份的客流量數(shù)據(jù)，依據(jù)不同權(quán)重比，提前計(jì)算預(yù)測(cè)進(jìn)出站客流量。在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)預(yù)測(cè)客流量合理調(diào)派地鐵工作人員，以及調(diào)整地鐵進(jìn)站安檢通道，選擇合理的方案以應(yīng)對(duì)地鐵站客流高低峰時(shí)段，幫助地鐵站平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)。

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根據(jù)服務(wù)器中的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算在地鐵車站上不同位置溫濕度、空氣質(zhì)量的三維分布并可視化。在此基礎(chǔ)上，可以計(jì)算不同平面以及各邊界表面的熱舒適度，保證地鐵環(huán)境的熱舒適性。同時(shí)能對(duì)不同的通風(fēng)、制冷加熱方案做能耗分析，選擇合理方案控制能源消耗，節(jié)約運(yùn)維成本。

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總結(jié)

對(duì)于地鐵這樣規(guī)模龐大且人流密集的重大設(shè)施，監(jiān)測(cè)、控制其環(huán)境質(zhì)量，滿足乘客的舒適度體驗(yàn)又能在緊急情況下保證乘客的人身安全是非常必要的。傳統(tǒng)地鐵環(huán)境控制系統(tǒng)采用自動(dòng)化管理與控制系統(tǒng)，面對(duì)獲取的大量運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，難以用可視化的方式呈現(xiàn)。 將數(shù)字孿生技術(shù)與地鐵環(huán)控系統(tǒng)相結(jié)合，具有以下優(yōu)勢(shì)：

①三維可視化。數(shù)字孿生打破了通過(guò)平面圖紙整合建筑信息的傳統(tǒng)模式，通過(guò) 3D 建模技術(shù)映射物理現(xiàn)實(shí)世界的建筑模型。能夠逼真還原地鐵車站的建筑結(jié)構(gòu)、管道系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、安全警報(bào)系統(tǒng)等，同時(shí)涵蓋所有的幾何、材料和狀態(tài)信息。

②全生命周期。 數(shù)字孿生從規(guī)劃設(shè)計(jì)到施工再到運(yùn)維階段的信息集成，保證了數(shù)據(jù)的完整性和一致性，貫穿地鐵車站全生命周期。改善了傳統(tǒng)模式中設(shè)計(jì)、建造階段的信息與運(yùn)維階段的信息分別儲(chǔ)存的弊端，減少了維護(hù)成本。

③預(yù)測(cè)性分析。數(shù)字孿生技術(shù)的引入為預(yù)測(cè)性決策和分析提供了基礎(chǔ)。利用傳感器監(jiān)測(cè)大功率或易燃易爆等危險(xiǎn)物品的關(guān)鍵數(shù)據(jù)；可借助深度學(xué)習(xí)算法，分析監(jiān)控采集的乘客行為圖像；根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的配置和傳感器采集的數(shù)據(jù)等，分析車站熱舒適度，同時(shí)預(yù)測(cè)能耗。
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