一种基于云边协同的数字孪生管控系统及方法与流程

本技术涉及工程建设信息化与数字孪生，尤其涉及一种基于云边协同的数字孪生管控系统及方法。

背景技术：

1、随着建筑信息模型（building information modeling，bim）、物联网（internetof things，iot）等技术在建筑行业的逐步推广，工程项目的信息化水平得到了一定程度的提升。

2、目前，市场上已出现多种面向施工现场的数字化管理平台，能够在一定程度上实现对项目施工过程的可视化监控和数据记录。

3、然而，在面向大型工程企业集团的多项目、规模化管理场景时，现有技术方案仍存在以下不足。

4、一方面，现有平台多为面向单一项目定制开发，项目结束后平台即停止使用，项目过程中形成的模型数据和管理逻辑难以在企业层面进行标准化复用。这意味着每启动一个新项目，往往需要重新搭建平台和录入基础数据，造成数字化投资的重复消耗。

5、另一方面，不同项目、不同阶段往往采用各自独立的管理系统，导致bim模型数据、地理信息系统（geographic information system，gis）数据、iot传感数据以及业务管理数据等多源异构信息分散存储于不同平台中，难以在统一的时空框架下进行有效融合与关联分析。

6、此外，在涉及大规模、高精度的bim模型与gis数据融合展示时，纯云端部署方案受限于网络带宽，容易出现数据加载缓慢和渲染交互卡顿的问题，而纯本地部署方案虽然能保证加载速度，却导致各项目数据相互孤立，无法实现集团层面的统一监管与数据汇聚。

技术实现思路

1、根据本技术实施例的第一个方面，提供了一种基于云边协同的数字孪生管控系统，包括中心云平台、至少一个边缘加速节点以及数据同步通道。所述中心云平台被配置为对异构的原始工程模型进行格式转换处理，生成携带空间坐标拓扑特征的建筑信息模型，并集中存储和管理企业级全要素数字孪生数据库。至少一个所述边缘加速节点分别部署于对应的项目现场，被配置为接收项目现场的多源动态数据，并以所述多源动态数据携带的地理坐标为统一空间锚点，将所述多源动态数据与所述建筑信息模型的空间坐标拓扑特征进行匹配，建立位置、进度以及资源要素之间的目标映射关系，其中，所述多源动态数据至少包括人员和/或设备的位置数据以及业务进度数据。所述数据同步通道建立在所述中心云平台与各所述边缘加速节点之间，被配置为执行双向数据同步，在上行方向将各所述边缘加速节点基于所述目标映射关系生成的业务增量数据包传输至所述中心云平台以更新所述企业级全要素数字孪生数据库，在下行方向将所述中心云平台的全局更新数据分发至对应的所述边缘加速节点。

2、采用本实施例，通过将模型格式转换与全局数据库管理等重计算任务部署于中心云平台，将高频的多源动态数据空间匹配操作下沉至边缘加速节点本地执行，并以地理坐标为统一空间锚点建立位置、进度与资源要素的目标映射关系，能够在保证企业数据逻辑集中的同时，有效解决项目现场用户访问海量三维模型数据时加载缓慢和交互卡顿的性能瓶颈问题；同时，双向数据同步通道使各项目产生的数据标准化汇聚至企业级数据库，实现跨项目的数字资产沉淀与复用。

3、结合第一方面，在本技术实施例的一种可选实现方式中，所述边缘加速节点在建立所述目标映射关系时，被配置为将所述多源动态数据携带的所述地理坐标转换至所述建筑信息模型对应的局部三维坐标系得到目标三维坐标，基于包围盒碰撞检测算法确定所述建筑信息模型中与所述目标三维坐标产生交集的目标构件，并将所述多源动态数据中的资源要素标识、所述目标三维坐标以及对应的业务进度属性与所述目标构件进行属性关联，生成所述目标映射关系。采用本实现方式，通过坐标系转换与包围盒碰撞检测相结合的方式，能够在边缘节点本地快速且准确地完成物理空间位置到三维模型构件的映射定位，避免了向云端传输完整模型数据进行匹配所带来的延迟。

4、结合第一方面，在本技术实施例的一种可选实现方式中，所述数据同步通道被配置为在上行方向监测各所述边缘加速节点本地的数据更新状态，当检测到新增的所述目标映射关系时提取差异化的映射数据，将所述差异化的映射数据进行压缩与加密处理后封装为所述业务增量数据包并传输至所述中心云平台；在下行方向根据预设分发策略将所述中心云平台中的企业标准数据、设计变更数据或可复用资产数据分发至对应的所述边缘加速节点；且所述双向数据同步支持断点续传与差异同步。采用本实现方式，通过差异化提取和压缩加密机制，能够在工地弱网络环境下以最小带宽完成数据同步，同时下行分发机制确保各项目现场的管理标准和设计数据与集团保持一致。

5、结合第一方面，在本技术实施例的一种可选实现方式中，所述数据同步通道还被配置为在所述中心云平台与所述边缘加速节点之间的网络连接中断时将所述业务增量数据包缓存至本地的消息队列，在所述网络连接恢复时执行拓扑一致性校验以验证离线期间所述中心云平台中的所述建筑信息模型是否发生变更，当所述拓扑一致性校验通过时将缓存的所述业务增量数据包上传至所述中心云平台。采用本实现方式，能够有效应对工程现场频繁出现的网络中断问题，通过拓扑一致性校验机制防止离线期间的模型变更导致数据冲突或脏写。

6、结合第一方面，在本技术实施例的一种可选实现方式中，所述企业级全要素数字孪生数据库存储的数据至少包括建筑信息模型数据、地理信息系统数据、无人机倾斜摄影生成的高精度实景模型数据、物联网实时传感数据以及项目全生命周期各阶段的结构化业务管理数据，且所述中心云平台通过统一的时空索引将所述物联网实时传感数据与所述结构化业务管理数据动态关联至对应的空间位置或建筑信息模型构件。采用本实现方式，能够构建覆盖多种数据源的全要素数字孪生体，为管理者提供在统一时空框架下进行全局透明分析的数据基础。

7、根据本技术实施例的第二个方面，提供了一种基于云边协同的数字孪生数据处理方法，包括通过所述中心云平台对异构的原始工程模型进行格式转换处理生成所述建筑信息模型并下发至对应的所述边缘加速节点，通过所述边缘加速节点接收项目现场的多源动态数据并以所述多源动态数据携带的地理坐标为统一空间锚点与所述建筑信息模型进行匹配以建立目标映射关系，以及通过所述数据同步通道将各所述边缘加速节点基于所述目标映射关系生成的业务增量数据包上行传输至所述中心云平台以更新所述企业级全要素数字孪生数据库。

8、上述第二方面所获得的技术效果与第一方面中对应的技术手段获得的技术效果近似，在这里不再赘述。

9、结合第二方面，在本技术实施例的一种可选实现方式中，在所述建立目标映射关系之后，还包括响应于对所述建筑信息模型的三维可视化展示指令解析所述目标映射关系，根据所述目标映射关系确定所述建筑信息模型中对应的目标构件的计划进度状态与实际进度状态，并利用不同的预设颜色标识对比所述计划进度状态与所述实际进度状态以对所述目标构件进行动态着色渲染。采用本实现方式，能够实现四维（4d）进度可视化监控，使项目管理者直观地在三维模型上识别进度偏差。

10、结合第二方面，在本技术实施例的一种可选实现方式中，在所述建立目标映射关系之后，还包括将所述建筑信息模型的空间范围划分为多个安全责任网格并为每个所述安全责任网格配置对应的风险阈值，根据所述目标映射关系实时统计落入各个所述安全责任网格内的人员和/或设备数量，当任意一个所述安全责任网格内的所述人员和/或设备数量大于对应的所述风险阈值或者检测到未授权的人员和/或设备进入相应的所述安全责任网格时生成安全预警信号。采用本实现方式，能够基于空间映射关系实现网格化安全管理，将安全管控从被动巡检转变为主动预警。

11、结合第二方面，在本技术实施例的一种可选实现方式中，所述多源动态数据还包括部署在所述项目现场的图像采集设备实时传输的视频流，通过预设的智能识别算法对所述视频流进行特征提取与目标检测以识别施工现场的隐患事件，获取产生所述视频流的所述图像采集设备的传感器坐标并将所述传感器坐标作为所述地理坐标，将所述隐患事件作为携带所述地理坐标的事件数据纳入所述多源动态数据以参与所述目标映射关系的建立。采用本实现方式，能够将视觉识别的隐患结果与三维空间模型进行关联，实现隐患事件的精准空间定位和可视化展示。

12、结合第二方面，在本技术实施例的一种可选实现方式中，在所述业务增量数据包上行传输至所述中心云平台之后，还包括接收所述中心云平台下发的数字资产打包指令，响应于所述数字资产打包指令提取项目周期内产生的所有所述目标映射关系以及对应的施工记录，对所述建筑信息模型进行轻量化处理并将轻量化处理后的所述建筑信息模型与所述目标映射关系和所述施工记录进行关联封装以生成交付用的数字资产包。采用本实现方式，能够在项目竣工时自动打包形成标准化的数字资产交付物，同时将验证过的工艺和管理流程沉淀至企业知识库。

13、根据本技术实施例的第三个方面，提供了一种基于云边协同的数字孪生数据处理装置。

14、根据本技术实施例的第四个方面，提供了一种电子设备。

15、根据本技术实施例的第五个方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质。

16、根据本技术实施例的第六个方面，提供了一种计算机程序产品。

17、上述第三方面至第六方面所获得的技术效果与第一方面中对应的技术手段获得的技术效果近似，在这里不再赘述。