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基于数字孪生的智能运维系统及其运行方法

申请号 CN202410070916.8 申请日 2024-01-18 公开(公告)号 CN117734796A 公开(公告)日 2024-03-22
申请人 中国铁路设计集团有限公司; 天津旭坤智能交通发展有限公司; 发明人 闫俊俊; 肖锦绣; 张昱; 南迪; 罗健; 邓洪; 王斌晓; 武长海; 王喜军; 郎小亮; 宋广谦; 邹枫; 左飞; 张霆; 姜泽; 孙浩洋; 金祖臣; 刘阳; 关伟; 武承龙; 王金爱; 侯金生; 张旭;
摘要 本 发明 提供了一种基于数字孪生的智能运维系统及其运行方法,该智能运维系统包括依次连接的 信号 集中监测器、 服务器 平台和 可视化 终端;信号集中监测器用于采集多个物理信号设备的实时状态信息并负责故障报警;服务器平台用于将每个物理信号设备的实时状态信息关联至对应的三维模型,并运行预先建立的数字孪生三维系统;可视化终端用于对数字孪生三维系统进行可视化展示,并在用户控制下实现对数字孪生三维系统的智能运维。相较于基于人工巡检和维护实现的 铁 路信号运维,本发明中的数字孪生三维系统包括了每个物理信号设备对应的虚拟信号设备,从而利用在数字空间的智能运维代替人 力 运维,有效提高了运维的效率和准确度,还降低了运维成本。
权利要求

1.一种基于数字孪生的智能运维系统,其特征在于,所述智能运维系统包括服务器平台以及与所述服务器平台通信连接的信号集中监测器和可视化终端;
所述信号集中监测器用于采集物理空间中多个物理信号设备的实时状态信息,并负责故障报警;
所述服务器平台用于将每个物理信号设备的实时状态信息关联至对应的三维模型,并运行预先建立的数字孪生三维系统;所述数字孪生三维系统包括每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备;
所述可视化终端用于对所述数字孪生三维系统进行可视化展示,并在用户控制下实现对所述数字孪生三维系统的智能运维。
2.根据权利要求1所述的智能运维系统,其特征在于,所述服务器平台包括通信连接的数据库服务器和应用服务器;所述数据库服务器与所述信号集中监测器通信连接;所述应用服务器与所述可视化终端通信连接;
所述数据库服务器用于负责数据存储;
所述应用服务器用于运行所述数字孪生三维系统,并与所述可视化终端进行信息传输和数据交互。
3.根据权利要求1所述的智能运维系统,其特征在于,所述智能运维系统还包括与所述服务器平台通信连接的便携终端,用于实现设备信息的查询、报警信息的推送以及检修计划的推送和制定。
4.一种智能运维系统的运行方法,其特征在于,应用于如权利要求1‑3任一所述的智能运维系统,所述智能运维系统包括服务器平台以及与所述服务器平台通信连接的信号集中监测器和可视化终端;所述方法包括:
所述信号集中监测器将采集的物理空间中多个物理信号设备的实时状态信息传输给所述服务器平台;
所述服务器平台基于所述多个物理信号设备的实时状态信息运行预先建立的数字孪生三维系统;
所述可视化终端显示所述数字孪生三维系统和功能栏,所述功能栏包括数字巡检按钮;所述数字孪生三维系统包括每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备;
所述可视化终端响应于用户针对所述数字巡检按钮的点击操作,显示巡检计划栏;所述巡检计划栏包括多条巡检计划;
所述可视化终端响应于用户针对任一目标巡检计划的巡检启动操作,向所述服务器平台发送巡检请求
所述服务器平台基于所述巡检请求获得目标巡检计划对应的目标巡检路径;所述目标巡检路径包括多个虚拟信号设备对应的巡检点;
所述服务器平台基于所述目标巡检计划向所述可视化终端实时传输所述目标巡检路径中的各个巡检点在所述数字孪生三维系统中的场景图像,以使所述可视化终端显示所述场景图像供用户查看。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述服务器平台存储有每条所述巡检计划对应的巡检路径、巡检状态、预设停留时间以及所述巡检路径的每个巡检点的至少一个指定巡检视
所述服务器平台执行所述目标巡检计划进行数字巡检,并在数字巡检过程中向所述可视化终端实时传输所述巡检路径中的各个巡检点在所述数字孪生三维系统中的场景图像的步骤,包括:
从所述巡检路径的第一个巡检点开始,针对每个巡检点,获取所述巡检点的多个指定巡检视角;
从所述巡检点的第一个指定巡检视角开始,每隔所述预设停留时间向所述可视化终端发送所述巡检点的一个指定巡检视角在所述数字孪生三维系统中的场景图像,直至所述巡检点的最后一个指定巡检视角时完成对所述巡检点的数字巡检;
遍历所述巡检路径的每个巡检点,将所述目标巡检计划的巡检状态从进行中更新为已完成。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
所述可视化终端响应于用户的录制启动操作,在显示所述场景图像的同时进行视频录制;
所述可视化终端响应于用户的录制结束操作或者基于所述服务器平台发送的执行完成提示,获得巡检视频并保存。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述巡检计划栏还包括每条所述巡检计划对应的删除按钮和修改按钮;所述服务器平台存储有每条所述巡检计划对应的启动时间;
在所述可视化终端响应于用户针对所述数字巡检按钮的点击操作,显示巡检计划栏的步骤之后,还包括:
所述可视化终端在感知到用户的删除操作时,基于所述删除操作对应的待删巡检计划向所述服务器平台发送删除请求,以使所述服务器平台根据所述删除请求删除所述待删巡检计划;
所述可视化终端响应于用户针对任一特定巡检计划所对应修改按钮的点击操作,显示修改界面;
所述可视化终端接收用户在所述修改界面输入的新启动时间和/或新巡检路径,并将所述新启动时间和/或新巡检路径发送至所述服务器平台,以使所述服务器平台对所述特定巡检计划的启动时间和/或巡检路径进行更新。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述巡检计划栏还包括校验按钮;
在所述可视化终端响应于用户针对所述数字巡检按钮的点击操作,显示巡检计划栏的步骤之后,还包括:
所述可视化终端响应于用户针对所述校验按钮的点击操作,向所述服务器平台发送冲突校验请求;
所述服务器平台基于所述冲突校验请求,查找出所述启动时间之差不超出预设时长的每对冲突巡检计划,并将所述每对冲突巡检计划返回至所述可视化终端,以使所述可视化终端显示每对所述冲突巡检计划供用户查看。
9.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
所述信号集中监测器在监测到任一物理信号设备出现状态异常时,向所述服务器平台发送异常报警信息;
所述服务器平台根据所述异常报警信息,向所述可视化终端发送所述异常报警信息,以使所述可视化终端显示报警弹窗并在所述数字孪生三维系统中高亮显示异常物理信号设备对应的虚拟信号设备;所述报警弹窗包括所述异常报警信息和详情跳转按钮;
所述可视化终端响应于用户针对所述详情跳转按钮的点击操作,向所述服务器平台请求所述异常物理信号设备的属性信息和/或说明信息进入故障排除界面;所述故障排除界面包括所述属性信息和/或所述说明信息、故障输入框和决策按钮;
所述可视化终端响应于用户针对所述决策按钮的点击操作,基于用户在所述故障输入框输入的故障分析信息向所述服务器平台发送决策请求;
所述服务器平台基于所述决策请求从决策专家库中查找出与所述故障分析信息相匹配的决策方案,并将所述决策方案返回所述可视化终端;
所述可视化终端从所述故障排除界面跳转至检修界面,所述检修界面包括所述决策方案和检修配置区域;
所述可视化终端响应于用户在所述检修配置区域的配置操作,获得所述异常物理信号设备的检修配置信息,并向所述服务器平台发送所述检修配置信息;所述检修配置信息包括检修开始时间、检修计划类型、检修人员、检修设备类型和检修计划完成时间;
所述服务器平台基于所述检修配置信息生成所述异常物理信号设备的检修计划。
10.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述服务器平台存储有多条检修计划及其检修开始时间;所述方法还包括:
所述服务器平台基于每条所述检修计划到达检修开始时间的临修期限,生成临修提示并向所述可视化终端发送临修提示;
所述可视化终端基于所述临修提示中各检修计划对应的临修期限,在所述数字孪生三维系统显示各检修计划所对应虚拟信号设备的临修标记;其中,不同的临修期限对应不同的临修标记。
11.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述功能栏还包括资产管理按钮;在所述可视化终端显示所述数字孪生三维系统和功能栏的步骤之后,还包括:
所述可视化终端响应于用户针对所述资产管理按钮的点击操作,进入资产管理界面;
所述资产管理界面包括导出按钮、查询输入框和查询按钮;
所述可视化终端当感知到用户点击所述导出按钮时,向所述服务器平台请求全部物理信号设备的设备信息并进行显示;
所述可视化终端当感知到用户点击所述查询按钮时,向所述服务器平台请求用户在所述查询输入框输入的查询条件所对应的设备信息进行显示。
12.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述功能栏还包括资产系统管理按钮;在所述可视化终端显示所述数字孪生三维系统和功能栏的步骤之后,还包括:
所述可视化终端响应于用户针对所述系统管理按钮的点击操作,显示管理员登录界面;
所述可视化终端获取用户在所述管理员登录界面输入的管理员账号信息,并基于此向服务器平台发送管理员登录请求;
所述服务器平台对所述管理员登录请求所携带的管理员账号信息进行校验,并在校验通过后向所述可视化终端发送登录成功提示;
所述可视化终端基于所述登录成功提示显示系统管理界面;所述系统管理界面用于实现设备管理、用户管理以及组织管理。

说明书全文

基于数字孪生的智能运维系统及其运行方法

技术领域

[0001] 本发明涉及计算机领域,具体而言,涉及一种基于数字孪生的智能运维系统及其运行方法。

背景技术

[0002] 信号运维主要是对铁路系统中众多信号设备的维护和管理,以确保铁路运输的安全和高效运行,包括对信号设备进行定期检查、故障排除、维修和更换等工作。在传统的铁路信号运维中,主要依赖于人工巡检和维护,这种方式存在工作量大、信息传递慢、效率低、运维成本高等问题,且一旦危险发生时不能及时响应处理。
[0003] 因此,如何提高铁路信号运维的效率和准确性,降低运维成本,成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的智能运维系统及其运行方法,以改善现有技术存在的问题。
[0005] 本发明的实施例可以这样实现:
[0006] 第一方面,本发明提供一种基于数字孪生的智能运维系统,所述智能运维系统包括服务器平台以及与所述服务器平台通信连接的信号集中监测器和可视化终端;
[0007] 所述信号集中监测器用于采集物理空间中多个物理信号设备的实时状态信息,并负责故障报警;
[0008] 所述服务器平台用于将每个物理信号设备的实时状态信息关联至对应的三维模型,并运行预先建立的数字孪生三维系统;所述数字孪生三维系统包括每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备;
[0009] 所述可视化终端用于对所述数字孪生三维系统进行可视化展示,并在用户控制下实现对所述数字孪生三维系统的智能运维。
[0010] 在可选的实施方式中,所述服务器平台包括通信连接的数据库服务器和应用服务器;所述数据库服务器与所述信号集中监测器通信连接;所述应用服务器与所述可视化终端通信连接;
[0011] 所述数据库服务器用于负责数据存储;
[0012] 所述应用服务器用于运行所述数字孪生三维系统,并与所述可视化终端进行信息传输和数据交互。
[0013] 在可选的实施方式中,所述智能运维系统还包括与所述服务器平台通信连接的便携终端,用于实现设备信息的查询、报警信息的推送以及检修计划的推送和制定。
[0014] 第二方面,本发明提供一种智能运维系统的运行方法,应用于如前述实施方式任一所述的智能运维系统,所述智能运维系统包括服务器平台以及与所述服务器平台通信连接的信号集中监测器和可视化终端;所述方法包括:
[0015] 所述信号集中监测器将采集的物理空间中多个物理信号设备的实时状态信息传输给所述服务器平台;
[0016] 所述服务器平台基于所述多个物理信号设备的实时状态信息运行预先建立的数字孪生三维系统;
[0017] 所述可视化终端显示所述数字孪生三维系统和功能栏,所述功能栏包括数字巡检按钮;所述数字孪生三维系统包括每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备;
[0018] 所述可视化终端响应于用户针对所述数字巡检按钮的点击操作,显示巡检计划栏;所述巡检计划栏包括多条巡检计划;
[0019] 所述可视化终端响应于用户针对任一目标巡检计划的巡检启动操作,向所述服务器平台发送巡检请求
[0020] 所述服务器平台基于所述巡检请求获得目标巡检计划对应的目标巡检路径;所述目标巡检路径包括多个虚拟信号设备对应的巡检点;
[0021] 所述服务器平台基于所述目标巡检计划向所述可视化终端实时传输所述目标巡检路径中的各个巡检点在所述数字孪生三维系统中的场景图像,以使所述可视化终端显示所述场景图像供用户查看。
[0022] 在可选的实施方式中,所述服务器平台存储有每条所述巡检计划对应的巡检路径、巡检状态、预设停留时间以及所述巡检路径的每个巡检点的至少一个指定巡检视
[0023] 所述服务器平台执行所述目标巡检计划进行数字巡检,并在数字巡检过程中向所述可视化终端实时传输所述巡检路径中的各个巡检点在所述数字孪生三维系统中的场景图像的步骤,包括:
[0024] 从所述巡检路径的第一个巡检点开始,针对每个巡检点,获取所述巡检点的多个指定巡检视角;
[0025] 从所述巡检点的第一个指定巡检视角开始,每隔所述预设停留时间向所述可视化终端发送所述巡检点的一个指定巡检视角在所述数字孪生三维系统中的场景图像,直至所述巡检点的最后一个指定巡检视角时完成对所述巡检点的数字巡检;
[0026] 遍历所述巡检路径的每个巡检点,将所述目标巡检计划的巡检状态从进行中更新为已完成。
[0027] 在可选的实施方式中,所述方法还包括:
[0028] 所述可视化终端响应于用户的录制启动操作,在显示所述场景图像的同时进行视频录制;
[0029] 所述可视化终端响应于用户的录制结束操作或者基于所述服务器平台发送的执行完成提示,获得巡检视频并保存。
[0030] 在可选的实施方式中,所述巡检计划栏还包括每条所述巡检计划对应的删除按钮和修改按钮;所述服务器平台存储有每条所述巡检计划对应的启动时间;
[0031] 在所述可视化终端响应于用户针对所述数字巡检按钮的点击操作,显示巡检计划栏的步骤之后,还包括:
[0032] 所述可视化终端在感知到用户的删除操作时,基于所述删除操作对应的待删巡检计划向所述服务器平台发送删除请求,以使所述服务器平台根据所述删除请求删除所述待删巡检计划;
[0033] 所述可视化终端响应于用户针对任一特定巡检计划所对应修改按钮的点击操作,显示修改界面;
[0034] 所述可视化终端接收用户在所述修改界面输入的新启动时间和/或新巡检路径,并将所述新启动时间和/或新巡检路径发送至所述服务器平台,以使所述服务器平台对所述特定巡检计划的启动时间和/或巡检路径进行更新。
[0035] 在可选的实施方式中,所述巡检计划栏还包括校验按钮;
[0036] 在所述可视化终端响应于用户针对所述数字巡检按钮的点击操作,显示巡检计划栏的步骤之后,还包括:
[0037] 所述可视化终端响应于用户针对所述校验按钮的点击操作,向所述服务器平台发送冲突校验请求;
[0038] 所述服务器平台基于所述冲突校验请求,查找出所述启动时间之差不超出预设时长的每对冲突巡检计划,并将所述每对冲突巡检计划返回至所述可视化终端,以使所述可视化终端显示每对所述冲突巡检计划供用户查看。
[0039] 在可选的实施方式中,所述方法还包括:
[0040] 所述信号集中监测器在监测到任一物理信号设备出现状态异常时,向所述服务器平台发送异常报警信息;
[0041] 所述服务器平台根据所述异常报警信息,向所述可视化终端发送所述异常报警信息,以使所述可视化终端显示报警弹窗并在所述数字孪生三维系统中高亮显示异常物理信号设备对应的虚拟信号设备;所述报警弹窗包括所述异常报警信息和详情跳转按钮;
[0042] 所述可视化终端响应于用户针对所述详情跳转按钮的点击操作,向所述服务器平台请求所述异常物理信号设备的属性信息和/或说明信息进入故障排除界面;所述故障排除界面包括所述属性信息和/或所述说明信息、故障输入框和决策按钮;
[0043] 所述可视化终端响应于用户针对所述决策按钮的点击操作,基于用户在所述故障输入框输入的故障分析信息向所述服务器平台发送决策请求;
[0044] 所述服务器平台基于所述决策请求从决策专家库中查找出与所述故障分析信息相匹配的决策方案,并将所述决策方案返回所述可视化终端;
[0045] 所述可视化终端从所述故障排除界面跳转至检修界面,所述检修界面包括所述决策方案和检修配置区域;
[0046] 所述可视化终端响应于用户在所述检修配置区域的配置操作,获得所述异常物理信号设备的检修配置信息,并向所述服务器平台发送所述检修配置信息;所述检修配置信息包括检修开始时间、检修计划类型、检修人员、检修设备类型和检修计划完成时间;
[0047] 所述服务器平台基于所述检修配置信息生成所述异常物理信号设备的检修计划。
[0048] 在可选的实施方式中,所述服务器平台存储有多条检修计划及其检修开始时间;所述方法还包括:
[0049] 所述服务器平台基于每条所述检修计划到达检修开始时间的临修期限,生成临修提示并向所述可视化终端发送临修提示;
[0050] 所述可视化终端基于所述临修提示中各检修计划对应的临修期限,在所述数字孪生三维系统显示各检修计划所对应虚拟信号设备的临修标记;其中,不同的临修期限对应不同的临修标记。
[0051] 在可选的实施方式中,所述功能栏还包括资产管理按钮;在所述可视化终端显示所述数字孪生三维系统和功能栏的步骤之后,还包括:
[0052] 所述可视化终端响应于用户针对所述资产管理按钮的点击操作,进入资产管理界面;所述资产管理界面包括导出按钮、查询输入框和查询按钮;
[0053] 所述可视化终端当感知到用户点击所述导出按钮时,向所述服务器平台请求全部物理信号设备的设备信息并进行显示;
[0054] 所述可视化终端当感知到用户点击所述查询按钮时,向所述服务器平台请求用户在所述查询输入框输入的查询条件所对应的设备信息进行显示。
[0055] 在可选的实施方式中,所述功能栏还包括资产系统管理按钮;在所述可视化终端显示所述数字孪生三维系统和功能栏的步骤之后,还包括:
[0056] 所述可视化终端响应于用户针对所述系统管理按钮的点击操作,显示管理员登录界面;
[0057] 所述可视化终端获取用户在所述管理员登录界面输入的管理员账号信息,并基于此向服务器平台发送管理员登录请求;
[0058] 所述服务器平台对所述管理员登录请求所携带的管理员账号信息进行校验,并在校验通过后向所述可视化终端发送登录成功提示;
[0059] 所述可视化终端基于所述登录成功提示显示系统管理界面;所述系统管理界面用于实现设备管理、用户管理以及组织管理。
[0060] 与现有技术相比,本发明实施例提供了一种基于数字孪生的智能运维系统及其运行方法,该智能运维系统包括服务器平台以及与服务器平台通信连接的信号集中监测器和可视化终端;信号集中监测器用于采集物理空间中多个物理信号设备的实时状态信息,并负责故障报警;服务器平台用于将每个物理信号设备的实时状态信息关联至对应的三维模型,并运行预先建立的数字孪生三维系统;数字孪生三维系统包括每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备;可视化终端用于对数字孪生三维系统进行可视化展示,并在用户控制下实现对数字孪生三维系统的智能运维。相较于基于人工巡检和维护实现的铁路信号运维,本发明的智能运维系统中的服务器平台建立有数字孪生三维系统,该数字孪生三维系统包括了每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备,从而可视化终端可以在用户控制下实现对数字孪生三维系统的智能运维,即可以实现对各个物理信号设备的运维工作,有效提高了运维的效率和准确度,同时降低了运维成本。附图说明
[0061] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0062] 图1为本发明实施例提供的一种智能运维系统的结构示意图。
[0063] 图2为本发明实施例提供的一种智能运维系统的架构示意图。
[0064] 图3为本发明实施例提供的一种智能运维系统的运行方法的流程示意图之一。
[0065] 图4为本发明实施例提供的一种智能运维系统的运行方法的流程示意图之二。
[0066] 图5为本发明实施例提供的一种智能运维系统的运行方法的流程示意图之三。
[0067] 图6为本发明实施例提供的一种智能运维系统的运行方法的流程示意图之四。

具体实施方式

[0068] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0069] 因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0070] 应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0071] 需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例中的特征可以相互结合。
[0072] 如背景技术部分所言,传统的铁路信号运维主要依赖于人工巡检和维护,其存在以下问题:
[0073] (1)工作量大:铁路线路长、设备多,需要大量的人进行巡检和维护,工作量巨大;
[0074] (2)信息传递慢:由于信息传递主要依赖于人工从现场或信号集中监测端查阅,因此信息传递的速度较慢,不能及时反馈设备状态和故障情况;
[0075] (3)效率低:人工巡检和维护的效率受到人力、时间、环境等多种因素的影响,效率相对较低。
[0076] (4)运维成本高:人工巡检和维护需要大量的人力投入,同时还需要购买和维护相关的设备和工具,运维成本较高;
[0077] (5)危险响应不及时:一旦发生危险,由于人工获取信息慢和响应处理的延迟,可能无法及时采取措施,导致事故的发生或扩大。
[0078] 基于上述技术问题的发现,发明人经过创造性劳动提出下述技术方案以解决或者改善上述问题。需要注意的是,以上现有技术中的方案所存在的缺陷,均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果,因此,上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案,都应该是发明人在发明创造过程中对本申请做出的贡献,而不应当理解为本领域技术人员所公知的技术内容。
[0079] 通过对以上痛点问题分析可知,运维效率低的根本原因是运维手段落后、人工介入多。针对这个问题,需要考虑寻找能够减少或替代人工巡检的运维方式。因此,可以从巡检人员主体、巡检手段、巡检对象三个方面着手:巡检人员主体属于管理层面的问题,而从技术角度分析,应该考虑对巡检手段和巡检对象进行优化调整,所以,发明人考虑将数字孪生技术引入到信号运维领域。
[0080] 数字孪生技术充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生能够有效提升产品的可靠性和可用性,同时降低产品研发和制造险。采用数字孪生技术,通过对运行数据进行连续采集和智能分析,可以预测维护工作的最佳时间点,也可以提供维护周期的参考依据。数字孪生体也可以提供故障点和故障概率的参考。
[0081] 所以,若是可以利用数字孪生技术建立信号设备数字空间,就可以采用数字巡检和实物巡检相结合的双巡检方式,能够有效减少实物巡检的频次,从根本上提高运维效率。
[0082] 而对于危险响应不及时的痛点问题,根本原因在于危险信息获取不及时、危险原因分析耗费时间长、排除危险决策耗费时间长。可以通过在数字空间进行联动报警这样更加直观的报警方式以及手机推送等掌上运维的方式来提高获取报警信息的及时性。还可以考虑将多源数据融合,形成全面、一体、多维的设备信息库,以便用户可以直接查询,减少危险原因分析耗费时间。还可以考虑建立专家决策库,用于收录各种故障定位解决案例,能够辅助提高排除危险决策效率。
[0083] 有鉴于此,本发明实施例提供一种基于数字孪生的智能运维系统,请参见图1,该智能运维系统10包括服务器平台200以及与服务器平台200通信连接的信号集中监测器100和可视化终端300。
[0084] 信号集中监测器100用于采集物理空间中多个物理信号设备的实时状态信息,并负责故障报警;
[0085] 服务器平台200用于将每个物理信号设备的实时状态信息关联至对应的三维模型,并运行预先建立的数字孪生三维系统;数字孪生三维系统包括每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备;
[0086] 可视化终端300用于对数字孪生三维系统进行可视化展示,并在用户控制下实现对数字孪生三维系统的智能运维。
[0087] 可选的,智能运维系统10还可以包括与服务器平台200通信连接的便携终端400,用于实现设备信息的查询、报警信息的推送以及检修计划的推送和制定。
[0088] 可选的,服务器平台200可以包括通信连接的数据库服务器和应用服务器;数据库服务器与信号集中监测器100通信连接;应用服务器与可视化终端300通信连接。数据库服务器可以用于负责数据存储;应用服务器可以用于运行数字孪生三维系统,并与可视化终端300进行信息传输和数据交互。
[0089] 可选的,信号集中监测器100可以是独立的物理服务器,可以负责采集多个物理信号设备(图1中的信号设备1~n)的实时状态信息和状态监测,并将采集的实时状态信息和检测到的异常报警信息实时传输至服务器平台200。服务器平台200可以是一台独立的服务器,也可以是包括多台物理服务器的集群。可视化终端300可以是但不限于:独立的触控显示屏、智能显示器、智能电脑等。便携终端400可以是但不限于:智能平板、智能手机、便携式穿戴设备(例如智能手表、智能眼镜)等。需要说明的是,信号设备是指对铁路信号、联、闭塞等设备的统称,作用是可以保证列车运行于调车工作的安全和提高铁路通过能力。上述的服务器平台200可以设置于车站、中继站等信号设备所在的房屋内部,与信号集中监测器100就近设置。服务器平台200与信号集中监测器100之间可以通过网络带宽为2M的专用有线网络进行连接,服务器平台200和可视化终端300可以通过网络带宽为10M的专用有线网络进行连接,服务器平台200和便携终端400可以通过无线网络进行连接。此处列举的网络带宽仅为示例,在此不作限定。
[0090] 以下先对智能运维系统10提供的各种功能进行介绍,再介绍智能运维系统10的运行方法。
[0091] 请结合图2,服务器平台200中的数据库服务器主要负责数据存储,其存储的数据包括数字孪生三维系统所对应的固化数据信息、可变数据信息和模型文件信息。其中,固化数据信息包括各个物理信号设备的固有属性信息,例如设备编码、设备名称、设备类型等。可变数据信息包括各个物理信号设备在使用过程当中的动态参数信息,例如设备状态信息、设备故障信息、设备检修信息等。模型文件信息包括各个物理信号设备相关联的三维模型、使用说明书和二维图纸等信息。服务器平台200中的应用服务器可以在数字孪生三维系统的基础上部署系统应用,提供事务处理、数据库连接等业务逻辑的处理功能。
[0092] 请继续结合图2,智能运维系统10的可视化终端300可以支持以下九大功能:
[0093] (1)数字巡检:数字巡检是相对于传统的人工巡检而言的一种新型巡检方式,数字巡检的巡检对象是数字空间里的虚拟信号设备。数字巡检通常与实物巡检相结合,穿插进行,形成二者相结合的双巡检方式。通过利用数字巡检,可以减少实物巡检的频次,减少实物巡检的时间,提高巡检效率。数字巡检的类别可以是:按照巡检对象划分,数字巡检的巡检方式可以分为室内设备巡检和室外设备巡检;按照巡检时间划分,数字巡检的巡检方式可以分为日数字巡检、周数字巡检和月数字巡检。
[0094] (2)联动报警:联动报警指的是虚实联动报警,即信号集中监测器100检测到物理信号设备出现状态异常时,检测器进行报警的同时把报警信息传输给服务器平台200,服务器平台200接收到报警信息后,在数字空间的数字孪生三维系统进行联动报警,联动形式可以是:包含报警信息的报警窗口以及数字孪生三维系统中异常物理信号设备所对应虚拟信号设备的高亮显示。数字空间的联动报警的时间延时≤500ms。
[0095] (3)临修提示:临修提示指的是对于临修的物理信号设备(简称临修设备)提供弹窗提示功能,提醒用户设备到达临修期,以便及时安排检修计划。按照临修时间的不同对于临修设备进行分类,可以分为临近3个月、临近1个月、临近1周、超期共四种类型,对于不同类型的临修设备可以在数字孪生三维系统中以不同颜色进行区分。
[0096] (4)信息融合:信息融合指的是服务器平台200统一存储了各个物理信号设备的模型信息、数字信息和文件信息,为用户查阅相关信息提供了便利。模型信息即三维模型以及外观信息。数字信息即三维模型关联的数字信息,包含模型编码、模型名称、模型类型、模型位置、模型厂家信息、模型状态信息、模型检修信息等。文件信息即三维模型相关联的文件,包含二维图纸文件、使用说明书文件、维护保养手册等。通过信息融合,模型不再是孤零零的几何形状,而是一个信息丰富集成的数据库。
[0097] (5)电路应急:服务器平台200统一存储了各个物理信号设备的电路图纸,从而智能运维系统10可以支持电路图纸查询和电路故障模拟。电路图纸查询可以查询与故障设备相关联的电路图纸,包含电路原理图、电路内部配线图、电路侧面配线以及相关的电源连接图等。电路故障模拟可以基于用户输入模拟的故障信息,查看设备在数字空间的状态变化信息。
[0098] (6)专家决策:专家决策即基于用户输入故障场景,智能运维系统10能够自动生成排除故障的专家策略。故障场景可以分为室内设备故障场景和室外设备故障场景。专家策略可能会包含多条策略,供用户参考选择使用。
[0099] (7)检修功能:支持制定、查看和下达检修计划。检修计划与设备的状态、临修期等信息相关联。检修计划包括日检修计划、周检修计划和月检修计划等。
[0100] (8)资产管理:支持用列表的方式展示所有物理信号设备的设备信息,用户可以根据设备编码、设备名称、设备类型等进行设备查询统计,同时提供查询结果的下载、导出、打印等功能。
[0101] (9)系统管理:系统管理面向系统管理员开放,用于系统初始化配置、系统数据更新等,具体包含用户管理、组织机构管理、设备管理、文件管理等功能。
[0102] 请结合图2,智能运维系统10的便携终端400可以支持以下三大功能:
[0103] (1)报警功能:可以接收服务器平台200推送的异常报警信息,可以通过文字/语音形式进行报警信息推送,推送时间的延时≤500ms。
[0104] (2)查询功能:支持查询物理设备的各种设备信息,例如设备参数信息、设备关联的文件信息等。设备参数信息包含设备编码、设备名称、设备位置和设备状态信息等。设备关联的文件信息包含设备关联的电路图纸文件信息、设备使用说明书信息、设备维护保养信息等。
[0105] (3)检修功能:支持制定检修计划、接收服务器平台200推送的检修计划、更新检修计划状态。便携终端400可支持制定的检修计划为针对已发生故障的即时检修计划。更新检修计划状态指的是根据检修进度更新检修计划状态,包含待接收、已接收未实施、进行中、已完成等状态。
[0106] 接下来对上述智能运维系统的运行方法进行介绍。
[0107] 请参考图3,图3为本发明实施例提供的一种智能运维系统的运行方法的流程示意图,该方法的执行主体为上述智能运维系统10,该方法包括以下步骤S101‑S101:
[0108] S101、信号集中监测器将采集的物理空间中多个物理信号设备的实时状态信息传输给服务器平台。
[0109] S102、服务器平台基于多个物理信号设备的实时状态信息运行预先建立的数字孪生三维系统。
[0110] S103、可视化终端显示数字孪生三维系统和功能栏。
[0111] 可以理解,数字孪生三维系统是各个物理信号设备在数字空间虚拟化象征,即数字孪生三维系统可以包括每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备。可视化终端可以将该数字孪生三维系统进行可视化展示,数字孪生三维系统的可视化界面同时还包括功能栏,该功能栏可以包括数字巡检按钮。
[0112] S104、可视化终端响应于用户针对数字巡检按钮的点击操作,显示巡检计划栏。
[0113] 在本实施例中,巡检计划栏包括多条巡检计划。可选的,每条巡检计划存在对应的巡检状态,包括:待执行、进行中、执行中止和已完成等四种状态;巡检计划栏的显示形式可以是:弹窗显示、列表显示、新页面显示等,在此不作限定。
[0114] S105、可视化终端响应于用户针对任一目标巡检计划的巡检启动操作,向服务器平台发送巡检请求。
[0115] 可以理解,巡检计划栏还可以包括每条巡检计划所对应的启动按钮,巡检启动操作可以是用户针对目标巡检计划所对应启动按钮的点击操作。
[0116] 或者,当目标巡检计划的启动时间到达时,可视化终端会自动弹出目标巡检计划的执行提示弹窗,该执行提示弹窗包括确定按钮和忽略按钮,用于提示用户目标巡检计划的启动时间到达是否需要立即执行,用户可以选择立即执行或者延后执行。即:巡检启动操作也可以是用户针对目标巡检计划的执行提示弹窗中确定按钮的点击操作。
[0117] S106、服务器平台基于巡检请求获得目标巡检计划对应的目标巡检路径。
[0118] 可以理解,目标巡检路径可以包括多个巡检点,每个巡检点对应一个虚拟信号设备。
[0119] S107、服务器平台基于目标巡检计划向可视化终端实时传输目标巡检路径中的各个巡检点在数字孪生三维系统中的场景图像,以使可视化终端显示场景图像供用户查看。
[0120] 可以理解,按照目标巡检路径进行数字巡检的过程,服务器平台会不停地将场景图像传输至可视化终端,以使可视化终端显示场景图像供用户查看虚拟信号设备是否存在异常。
[0121] 本发明实施例提供的运行方法,采用数字巡检的方式,可以有效减少实物巡检的频次,从根本上提高运维效率。可选的,数字巡检还可以和实物巡检结合进行。
[0122] 可选的实现方式中,服务器平台的数据库服务器可以存储有每条巡检计划对应的巡检路径、巡检状态、预设停留时间以及巡检路径的每个巡检点的至少一个指定巡检视角。该指定巡检视角指的是在数字孪生三维系统中的一个指定三维点作为对巡检点所对应虚拟信号设备的观看视角。
[0123] 对应地,服务器平台执行上述步骤S107中“执行目标巡检计划进行数字巡检,并在数字巡检过程中向可视化终端实时传输巡检路径中的各个巡检点在数字孪生三维系统中的场景图像”的子步骤可以包括S1071‑S1073:
[0124] S1071、从巡检路径的第一个巡检点开始,针对每个巡检点,获取巡检点的多个指定巡检视角;
[0125] S1072、从巡检点的第一个指定巡检视角开始,每隔预设停留时间向可视化终端发送巡检点的一个指定巡检视角在数字孪生三维系统中的场景图像,直至巡检点的最后一个指定巡检视角时完成对巡检点的数字巡检;
[0126] S1073、遍历巡检路径的每个巡检点,将目标巡检计划的巡检状态从进行中更新为已完成。
[0127] 可以理解,服务器平台开始执行目标巡检计划时就将其对应的巡检状态从待执行更新为进行中,最后完成后就将巡检状态从进行中更新为已完成。
[0128] 可选的实现方式中,在目标巡检计划执行的过程中,用户可以在可视化终端上查看各个巡检点的场景图像,若是发现某个巡检点对应的虚拟信号设备存在异常,可以开启视频录制。对应地,在上述步骤S107之后,该智能运维系统的运行方法还可以包括以下步骤S108‑S109:
[0129] S108、可视化终端响应于用户的录制启动操作,在显示场景图像的同时进行视频录制。
[0130] 在本实施例中,录制启动操作可以是用户按下录制快捷键。或者,可视化终端显示场景图像的界面中包括录制按钮,录制启动操作是用户对录制按钮的点击操作。
[0131] S109、可视化终端响应于用户的录制结束操作或者基于服务器平台发送的执行完成提示,获得巡检视频并保存。
[0132] 在本实施例中,用户可以自动选择停止录制,或者可视化终端收到服务器平台发送的目标巡检计划对应的执行完成提示时,自动停止录制。停止录制后,可视化终端可以将巡检视频自动命名后保存至特定文件夹,以供用户后续复盘分析。
[0133] 可选的,若在目标巡检计划的执行过程中遇到特殊情况,用户可以中止巡检,但需要由管理员权限确定后中止,并会将目标巡检计划的巡检状态从进行中更新为执行中止。
[0134] 可选的实现方式中,用户还可以删除巡检计划、修改巡检计划或者增加巡检计划。对应地,巡检计划栏还可以包括增加按钮、校验按钮以及每条所述巡检计划对应的修改按钮和删除按钮,所述服务器平台还存储有每条所述巡检计划对应的启动时间。
[0135] 当用户需要删除巡检计划时,请参见图4,在上述步骤S104之后,该智能运维系统的运行方法还可以包括步骤S110:
[0136] S110、可视化终端在感知到用户的删除操作时,基于删除操作对应的待删巡检计划向服务器平台发送删除请求,以使服务器平台根据删除请求删除待删巡检计划。
[0137] 可以理解,删除操作可以是用户对待删巡检计划所对应删除按钮的点击操作,或者删除操作也可以是用户选中待删巡检计划后按下delete键。
[0138] 当用户需要修改巡检计划时,请继续参见图4,在上述步骤S104之后,该智能运维系统的运行方法还可以包括步骤S111‑S112:
[0139] S111、可视化终端响应于用户针对任一特定巡检计划所对应修改按钮的点击操作,显示修改界面;
[0140] S112、可视化终端接收用户在修改界面输入的新启动时间和/或新巡检路径,并将新启动时间和/或新巡检路径发送至服务器平台,以使服务器平台对特定巡检计划的启动时间和/或巡检路径进行更新。
[0141] 可以理解,用户可以修改巡检计划的启动时间以及巡检路径。
[0142] 当用户需要修改巡检计划时,请继续参见图4,在上述步骤S104之后,该智能运维系统的运行方法还可以包括步骤S113‑S114:
[0143] S113、可视化终端响应于用户针对校验按钮的点击操作,向服务器平台发送冲突校验请求;
[0144] S114、服务器平台基于冲突校验请求,查找出启动时间之差不超出预设时长的每对冲突巡检计划,并将每对冲突巡检计划返回至可视化终端,以使可视化终端显示每对所述冲突巡检计划供用户查看。
[0145] 可以理解,若是两条巡检计划的启动时间之差不超出预设时长,那么这两条巡检计划即为一对冲突巡检计划。预设时长可以是30min、1h或者2h,在此不作限定。用户查看时,可以选择删除一对冲突巡检计划中的其中一条,或者不删除也可以。
[0146] 可选的实现方式中,服务器平台进行联动报警时会将异常报警信息推送给可视化终端和便携终端。请参见图5,该智能运维系统的运行方法还可以包括步骤S201‑S208:
[0147] S201、信号集中监测器在监测到任一物理信号设备出现状态异常时,向服务器平台发送异常报警信息;
[0148] S202、服务器平台根据异常报警信息,向可视化终端发送异常报警信息,以使可视化终端显示报警弹窗并在数字孪生三维系统中高亮显示异常物理信号设备对应的虚拟信号设备。
[0149] 在本实施例中,服务器平台会同时向可视化终端和便携终端推送该异常报警信息。可视化终端会基于报警信息显示报警弹窗并在数字孪生三维系统中高亮显示异常物理信号设备对应的虚拟信号设备,例如异常物理信号设备对应的虚拟信号设备红色高亮显示或者红色闪烁。便携终端会文字显示异常报警信息供用户查看,例如短信信息或者应用通知文字推送。其中,可视化终端上显示的报警弹窗可以包括异常报警信息和详情跳转按钮。
[0150] S203、可视化终端响应于用户针对详情跳转按钮的点击操作,向服务器平台请求异常物理信号设备的属性信息和/或说明信息进入故障排除界面。
[0151] 在本实施例中,故障排除界面可以包括属性信息和/或说明信息、故障输入框和决策按钮。属性信息可以包括模型编码、模型名称、模型类型、模型位置、模型厂家信息、模型状态信息以及模型检修信息等,说明信息可以包括二维图纸文件、使用说明书文件以及维护保养手册等。
[0152] S204、可视化终端响应于用户针对决策按钮的点击操作,基于用户在故障输入框输入的故障分析信息向服务器平台发送决策请求。
[0153] 可以理解,用户可以查看异常物理信号设备的属性信息和/或说明信息来分析出故障原因。然后在故障输入框输入的故障分析信息(可以包括故障设备、故障类型、故障原因等),然后点击决策按钮,这样可视化终端即可基于用户输入的故障分析信息向服务器平台发送决策请求。
[0154] S205、服务器平台基于决策请求从决策专家库中查找出与故障分析信息相匹配的决策方案,并将决策方案返回可视化终端;
[0155] 可以理解,决策专家库中保存了多种历史故障的解决方案,服务器平台可以从决策专家库找出与故障分析信息类似的历史故障的解决方案作为决策方案返回给可视化终端。
[0156] S206、可视化终端从故障排除界面跳转至检修界面。
[0157] 可以理解,可视化终端收到决策方案服务器平台返回的决策方案时,显示界面会从故障排除界面跳转至检修界面,该检修界面可以包括决策方案和检修配置区域。
[0158] S207、可视化终端响应于用户在检修配置区域的配置操作,获得异常物理信号设备的检修配置信息,并向服务器平台发送检修配置信息。
[0159] 可以理解,决策方案仅供用户参考,需要用户进一步分析判断是否采用或调整改进决策方案。用户参考决策方案确定实际解决方案后可以在检修配置区域配置检修计划,配置完成之后,可视化终端会将用户配置的异常物理信号设备的检修配置信息发送给服务器平台。
[0160] 可选的,检修配置信息可以包括检修开始时间、检修计划类型、检修人员、检修设备类型和检修计划完成时间。
[0161] S208、服务器平台基于检修配置信息生成异常物理信号设备的检修计划。
[0162] 可选的,服务器平台还可以将生成的检修计划同步推送给可视化终端和便携终端,以便用户及时进行检修。
[0163] 可选的实现方式中,智能运维系统还提供临修提示功能,所述服务器平台存储有多条检修计划及其检修开始时间。对应地,该智能运维系统的运行方法还可以包括以下步骤S301‑302:
[0164] S301、所述服务器平台基于每条所述检修计划到达检修开始时间的临修期限,生成临修提示并向所述可视化终端发送临修提示。
[0165] S302、所述可视化终端基于所述临修提示中各检修计划对应的临修期限,在所述数字孪生三维系统显示各检修计划所对应虚拟信号设备的临修标记。
[0166] 在本实施例中,不同的临修期限可以对应不同的临修标记。例如,临修标记可以是颜色标记,临修期限分别是3个月、1个月、1周、超期这四种时,对应的颜色标记可以是蓝色标记、黄色标记、橙色标记、红色标记。该举例仅为示例,在此不作限定。
[0167] 可选的实现方式中,用户还可以在可视化终端直接进行资料查询、下载或者打印等,还可以在可视化终端对智能运维系统进行系统管理。对应地,功能栏还可以包括资产管理按钮和系统管理按钮。
[0168] 当用户需要进行资料查询时,请参见图6,在上述步骤S103之后,该智能运维系统的运行方法还可以包括以下步骤S401‑S403:
[0169] S401、可视化终端响应于用户针对资产管理按钮的点击操作,进入资产管理界面。
[0170] 可选的,该资产管理界面可以包括导出按钮、查询输入框和查询按钮;
[0171] S402、可视化终端当感知到用户点击导出按钮时,向服务器平台请求全部物理信号设备的设备信息并进行显示。
[0172] 在本实施例中,用户可以将全部物理信号设备的设备信息进行下载或者打印出来。
[0173] S403、可视化终端当感知到用户点击查询按钮时,向服务器平台请求用户在查询输入框输入的查询条件所对应的设备信息进行显示。
[0174] 在本实施例中,用户可以在查询输入框输入的查询条件,例如设备类型或者设备编号等,然后点击查询按钮,可视化终端会基于用户输入的查询条件向服务器平台发送查询请求,服务器平台基于查询请求查找出对应的设备信息后返回给可视化终端。
[0175] 当用户需要进行对智能运维系统进行管理时,请继续参见图6,在上述步骤S103之后,该智能运维系统的运行方法还可以包括以下步骤S501‑S504:
[0176] S501、可视化终端响应于用户针对系统管理按钮的点击操作,显示管理员登录界面。
[0177] S502、可视化终端获取用户在管理员登录界面输入的管理员账号信息,并基于此向服务器平台发送管理员登录请求。
[0178] S503、服务器平台对管理员登录请求所携带的管理员账号信息进行校验,并在校验通过后向可视化终端发送登录成功提示。
[0179] S504、可视化终端基于登录成功提示显示系统管理界面。
[0180] 在本实施例中,系统管理界面可以用于实现设备管理、用户管理以及组织管理。系统管理员进行设备管理时,可以修改设备信息、删除设备信息或者新增设备信息。系统管理员进行用户管理时,可以新增登录账户,包括账户名、账户密码、角色等,可以重置某一账户的账户密码,还可以删除账户。系统管理员进行组织管理时,可以按照特定需求新建组织关系,并添加相关人员,并赋予对应的权限。
[0181] 在另一种可能的示例中,当用户点击系统管理按钮时,可视化终端基于当前登录账号向服务器平台发送系统管理请求,服务器平台校验当前登录账号是否为管理员账号,若是,则向可视化终端发送允许提示,从而可视化终端可以显示显示系统管理界面;若否,则向可视化终端发送拒绝提示,从而可视化终端显示拒绝弹窗,该拒绝弹窗可以包括“您不是系统管理员,无权限进行系统管理。”
[0182] 需要说明的是,上述方法实施例中各个步骤的执行顺序不以附图所示为限制,各步骤的执行顺序以实际应用情况为准。
[0183] 与现有技术相比,本发明实施例具有以下有益效果:
[0184] 本发明的智能运维系统,支持数字巡检、联动报警等智能可视化运维方式,这样的新运维方式有效解决了铁路信号设备运维效率低和危险响应不及时的痛点问题,对保证高速铁路运输安全和高效具有重大意义。
[0185] 综上,本发明实施例提供了一种基于数字孪生的智能运维系统及其运行方法,该智能运维系统包括服务器平台以及与服务器平台通信连接的信号集中监测器和可视化终端;信号集中监测器用于采集物理空间中多个物理信号设备的实时状态信息,并负责故障报警;服务器平台用于将每个物理信号设备的实时状态信息关联至对应的三维模型,并运行预先建立的数字孪生三维系统;数字孪生三维系统包括每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备;可视化终端用于对数字孪生三维系统进行可视化展示,并在用户控制下实现对数字孪生三维系统的智能运维。相较于基于人工巡检和维护实现的铁路信号运维,本发明的智能运维系统中的服务器平台建立有数字孪生三维系统,该数字孪生三维系统包括了每个物理信号设备在数字空间中对应的虚拟信号设备,从而可视化终端可以在用户控制下实现对数字孪生三维系统的智能运维,即可以实现对各个物理信号设备的运维工作,有效提高了运维的效率和准确度,同时降低了运维成本。
[0186] 以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。