CN115576927A - 一种多专业通用型数字化系统及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多专业通用型数字化系统及其设计方法，属于基础建设和资源开采数字化技术领域。所述方法包括：进行工程建设各专业业务流程分析与抽象分类，按照数据流动特点将所有专业工作流程抽象成数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节，各环节通过API接口进行数据交互；采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节设计，在此基础上进行数据采集、数据处理环节技术选型和数据应用环节的应用功能设计。本发明可以使每个专业数字化系统都采用相同的软件架构、应用流程和数据接口方式，实现各专业通用和各专业全流程覆盖。

Description

一种多专业通用型数字化系统及其设计方法

技术领域

本发明属于基础建设和资源开采数字化技术领域，具体涉及一种多专业通用型数字化系统及其设计方法。

背景技术

目前，基础建设（包括水利水电、交通、住建等）和资源开采（油气、矿山等）领域正大力推广数字化技术的工程应用，以期实现企业数字化转型升级，促进这些行业经营模式的转变、发展数字经济。实践过程普遍采用引进第三方商业软件（如各类BIM软件）进行三维建模，将传统的二维图升级为三维数字化模型，并基于三维模型开展相关应用。

经过多年的发展，基础建设和资源开采行业的数字化建设已经实现主干专业成果的三维数字化交付。比如公开号为CN114238488A的发明专利公开了一种多专业数字化成果集成与数据交互方法及系统，可在不丢失各专业的属性信息的前提下实现不同场景的跨专业交互应用和各专业成果数据的集成，但是没有实现全流程的数字化，且各专业数字化的通用性不佳。

基础建设和资源开采行业的数字化建设普遍性地面临三个方面的问题：数字化建设高度依赖第三方进口BIM软件，导致企业乃至行业数字化发展与指定软件绑定的现实问题，存在“卡脖子”、“数据安全”等方面的风险；各专业的数字化技术应用局限在三维建模环节，没有实现全流程的数字化；各专业之间数字化成果兼容性较差，难以集成和实现专业间的协同。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种多专业通用型数字化系统及其设计方法，用于解决基础建设和资源开采领域中难以实现全流程的数字化的问题。

本发明第一方面，公开一种多专业通用型数字化系统设计方法，所述方法包括：

进行工程建设各专业业务流程分析与抽象分类，按照数据流动特点将所有专业工作流程抽象成数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节；

采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节方案设计，并进行各专业数据库设计；

根据数据存储环节和各专业需求进行各专业数据采集环节的软件选型和设计、数据处理环节的软件选型和数据应用环节的应用功能设计。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节中，每个环节由一款或多款独立的软件完成相关业务，数据采集环节、数据处理环节和数据应用环节分别与数据存储环节通过API接口进行数据交互。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节方案设计具体包括：

综合各专业工作流程中所涉及数据的专业属性、类型、数据处理与应用的需求，将工程建设流程各专业数据统一划分为专业基础数据、专业成果数据和公共数据三大类，三大类数据按照彼此之间通过API接口访问的要求进行数据仓库设计；数据仓库设计包括技术选型和架构设计。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述专业基础数据包括上游专业成果数据和完成本专业数据处理独立依赖的数据，其中上游专业按照现实工作中各专业之间的依赖关系划分，独立依赖的数据根据专业工作内容建立；

专业成果数据由本专业基础数据通过专业方法加工而成，所述专业方法包括调用第三方建模软件和三维计算分析软件。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述数据应用包括管理应用和专业应用，其中管理应用包括专业基础数据和专业成果数据的校审和专业人员的绩效，专业应用包括各专业内基于三维模型的专题分析研究和服务下游专业的创新性应用。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述管理应用中，专业基础数据和专业成果数据都实现数据操作的留痕，并通过数据操作人员等信息关联到公共数据，实现校审过程可追溯；所述数据操作包括添加、修改和删除。

在以上技术方案的基础上，优选的，各专业数据采集环节的软件选型基于不同应用场景进行，对于现场工作的情形，采用移动端数据采集软件；

各专业数据处理环节的软件选型基于各专业工作流程进行，按照各专业工作流程，采用三维图形软件将数据仓库中的专业基础数据生成相应的专业成果数据。

本发明第二方面，公开一种多专业通用型数字化系统，所述系统包括：

抽象分类模块：用于进行工程建设各专业业务流程分析与抽象分类，按照数据流动特点将所有专业工作流程抽象成数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节；

数据仓库模块：用于采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节方案设计，并进行各专业数据库设计；

技术选型模块：用于根据数据存储环节和各专业需求进行各专业数据采集环节的软件选型和设计、数据处理环节的软件选型和数据应用环节的应用功能设计。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1）本发明对工程建设流程各专业工作任务进行抽象分析，归纳为数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个通用性的环节，各环节之间环节通过API接口进行数据交互，采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节设计，并在此基础上分别进行数据采集、数据处理和数据应用环节技术选型和功能设计，从而使得每个专业数字化系统都采用相同的软件架构、应用流程和数据接口方式，实现各专业通用和各专业全流程覆盖，由于各专业数字化系统采用相同的架构、流程和最基本的数据交互方式，因此能够方便地实现专业系统的集成，可解决目前普遍存在的跨专业协同问题。

2）在数据存储环节，专业系统的数据被统一划分为专业基础数据、专业成果数据和公共数据三种类型，彼此之间相互独立、通过API接口访问，各专业的基础数据包括上游专业交付的成果数据，即上游专业成果数据为下游专业的基础数据，以此实现系统集成后满足跨专业协同工作时对专业间数据交互的要求，解决跨专业接口问题。

3）在数据处理环节，通过将依赖专业软件完成的数据处理过程分离成专业基础数据和专业成果数据之间的数据加工转换，实现专业软件与专业数据的脱离，从而兼容但不绑定第三方专业BIM软件，满足多种应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明的多专业通用型数字化系统及其设计方法流程图；

图2为本发明的数据采集、数据储存、数据处理和数据应用的关系简图；

图3为本发明的各专业通用型数据仓库架构示例图；

图4为本发明的各专业通用的数据流程与软件组成图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明实施的第一步是顶层设计，首先是满足各专业通用、不与第三方专业软件绑定的需求，其次是按照多专业集成的要求，其中各专业通用是核心，多专业集成是各专业通用性所具备的能力之一。本发明以数据为基础和核心，软件作为采集、加工和存储数据的工具，实现数据与软件脱离，强化数据安全和促进软件进口替代。

请参阅图1，本发明提出一种多专业通用型数字化系统设计方法，所述方法包括：

S1、进行工程建设各专业业务流程分析与抽象分类，按照数据流动特点将所有专业工作流程抽象成数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节。

首先剖析工程建设流程中各专业工作环节和彼此之间的关系，其次从软件系统设计角度对这些环节进行抽象分类，明确系统的组成和总体方案。按照系统软件开发的要求，对基础建设和资源开采领域工程建设流程各专业的工作流程进行拆解，然后进行归类分析，全部抽象成数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节，在专业数字化系统设计方案中用四个独立的模块实现，其中数据采集、数据处理和数据应用等环节是对数据存储环节的专业操作。

如图2所示为数据采集、数据储存、数据处理和数据应用的关系简图，这四个部分即覆盖了一般数据的采集、存储、处理和应用的全流程，以此实现全流程覆盖。在数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节中，每个环节由不同的专业软件实现，即4个环节分别由独立的软件完成相关业务，数据采集、数据处理和数据应用环节分别与数据存储环节通过API接口互联网等技术实现进行数据交互，只要求各软件与数字化系统按照API接口要求进行数据交互，不要求各软件之间进行数据交互，兼容但不指定第三方专业软件，避免在数字化建设的技术选型过程受制于第三方软件数据接口功能。

通过这种通用划分方式，各专业数字化系统中的数据流动都遵循相同的流程，各环节工作的专业属性通过数据内容体现，系统设计时只关注数据类型和彼此之间通信方式，不关注具体内容，保证了各专业通用性。API接口数据访问技术具有的成熟性、简捷性和通用性，足以帮助实现各专业的通用性、便捷地实现多专业集成。

S2、采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节方案设计，并进行各专业数据库设计。

数据采集、数据储存、数据处理和数据应用4个部分中，数据储存是满足各专业业务流程的关键所在，起到串联其他3个部分业务的作用。系统设计时通过综合应用多种数据库、数据通信技术的方式实现，要求采用相同的架构，从而保证这一核心环节的各专业通用性。

图3表示了各专业通用的数据仓库系统架构与通信方式，其基于微服务架构，通过网关关联终端用户、数据采集APP和后台管理系统，通过统一的接口层实现数据访问和数据管理应用，为便于理解，其中的专业基础数据和专业应用包含的具体内容是以地质专业为例列举说明的，关系型数据库以MySQL为例，即不同的专业数据库的架构相同、内容视专业而异。

各专业的数据存储环节均采用多个数据库组成的数据仓库技术，数据库按照抽象分析后、各专业均适用的需求进行架构设计，主要依据三个方面的特点：其一是数据的专业属性，即专业数据和公共数据两类；其次是各类数据的类型，即结构化或非结构化；第三是专业数据的应用要求，各专业数据被进一步抽象成专业基础数据和专业成果数据两类。

步骤S2具体包括如下分步骤：

S21、各专业通用的数据仓库方案设计与数据库技术选型

综合各专业工作流程中所涉及数据的专业属性、数据类型（结构化和非结构化）、数据处理与应用的需求，将工程建设流程各专业数据统一划分为专业基础数据、专业成果数据和公共数据三大类，三大类数据按照彼此之间通过API接口访问的要求进行数据仓库方案设计，以形成各专业通用、统一架构的数据仓库。所有数据被划分为结构化数据和非结构化数据，数据仓库的技术选型和架构设计需要考虑数据类型，根据数据类型，选择关系型数据库存储由专业基础数据为主的结构化数据、采用文件服务器存储非结构化数据如专业成果文件数据。其中，数据仓库中的数据均通过API接口方式访问，存储数据的数据库部署在云服务器上，彼此之间通过互联网通信，以此实现新基建在传统业务中的应用，即专业业务流程的互联网化。

S22、各专业数据库设计

按照通用型数据仓库的方案设计，进一步分析各专业的业务特点和上下游交互的要求，明确各专业基础数据和专业成果数据、公共数据的内容，并作为各专业数字化系统中专业数据库设计和开发的依据，生成专业基础数据库和专业成果数据库、公共数据库。

其中，专业基础数据的主要来源为数据采集环节的数据采集软件，专业基础数据包括上游专业成果数据和完成本专业数据处理独立依赖的数据，其中上游专业成果数据按照现实工作中各专业之间的依赖关系划分，以此实现上下游专业协同工作时的数据交互，独立依赖的数据根据专业工作内容建立，比如勘察专业的勘探数据、结构设计专业的材料与构建等。

专业成果数据由专业基础数据经过数据处理环节加工而成，专业成果数据的典型代表为三维模型，由专业基础数据、采用相应专业的三维图形软件（如各类BIM软件）生成，以此实现专业三维图形软件与专业数据之间的脱离。专业成果数据可用于向下游专业交付，以形成完整的数据流。

公共数据为各专业共用数据，储存在各专业系统的专业基础数据和专业成果数据都实现数据操作（添加、修改、删除）的留痕，并通过数据操作人员等信息关联到公共数据，以此实现基于专业数据、过程可追溯的精细化管理。

本发明的数据存储环节按照数据与软件脱离的方式实现与其他数据采集环节、数据处理环节和数据应用环节的软件的交互。数据存储环节的数据仓库均部署在云服务器，现实工程流程中的数据采集、数据处理和应用分别采用不同软件实现，所有软件都通过互联网与部署在云服务器的数据仓库进行数据交互，以此实现新基建与专业数字化技术的结合，完成各专业工作全流程的数字化作业。

本发明设计了各专业通用的数据仓库，根据各专业工作流程和数据仓库中专业数据库的设计方案，结合各专业数字化软件的现实条件，分别制定数据采集、数据处理和数据应用三个环节的设计方案，各专业数字化系统遵循相同的业务流程、采用相同的组成和总体架构，便于实现各专业之间按模块化形式的集成，实现多专业部门组成的整个企业和多专业成果组成的整个工程数字化建设，系统设计时只关注数据类型和彼此之间通信方式，专业差异通过数据内容体现，保证了各专业的通用性。

S3、根据数据存储环节和各专业需求进行各专业数据采集环节的软件选型和设计、数据处理环节的软件选型和数据应用环节的应用功能设计。

在基于步骤S2完成数据仓库设计之后，接下来进行数据采集环节和数据处理环节、数据应用环节设计。每个环节由相应的软件单独完成，从而满足各专业数字化系统建设要求的通用型解决方案，保证彼此之间的兼容性和实现快捷的集成。图4为本发明的各专业通用的数据流程与各个环节的软件组成示例图。

步骤S3具体包括如下分步骤：

S31、各专业数据采集环节的软件选型和设计

各专业数据采集环节数据采集软件技术选型视不同的应用场景而定，其中最常用的是移动端APP，主要适用于现场少量数据采集，如工程前期阶段地质勘察外业数据采集、施工期各专业现场人员巡视检查过程的数据采集等。

S32、数据处理环节的软件选型

各专业数据处理环节的软件选型基于各专业工作流程进行，按照各专业工作流程，采用三维图形软件将数据仓库中的专业基础数据生成相应的专业成果数据。

数据处理软件专业性强、开发难度大，目前市场上成熟软件较多，因此可直接采用现有软件的方式，主要作用是按照各专业工作流程，将数据仓库中的专业基础数据加工成专业成果数据。数据处理软件主要采用三维图形软件，如地质专业的三维建模软件、计算分析专业的力学计算软件、结构设计专业的BIM软件等，起到对专业基础数据加工处理的作用，生成数据仓库中相应专业的成果数据。数据处理软件可通过数据访问接口直接被系统调用，以实现专业三维图形软件与专业数据之间的脱离。

S33、数据应用环节的应用功能设计

数据应用包括管理应用和专业应用，其中管理应用包括专业基础数据和专业成果数据的校审和专业人员的绩效，专业应用包括各专业内基于三维模型的专题分析研究和服务下游专业的创新性应用。

管理应用具体包括工程管理和技术管理。数据应用的具体功能和要求受地区与行业标准、专业特点、企业乃至专业部门的要求影响，因此内容非常丰富，定制性强，需要自主开发。比如专题分析研究可以开发桌面或WEB软件，管理应用可开发相应的WEB管理系统。

技术管理主要包括专业基础数据和专业成果数据的数据操作（添加、修改、删除）留痕记录，并通过数据操作人员将数据操作信息关联到公共数据，实现校审过程可追溯。这些彼此关联的数据构成工程管理和技术管理的坚实依据，实现基于专业数据、过程可追溯的精细化管理。其中，以关系型数据库为主储存的专业基础数据通过直接编辑、过程留痕的方式完成校审过程的追溯，而成果数据校审与发布则以文件操作的方式实现，用版本号记录校审过程和实现历史追溯。

工程管理可以被抽象为专业数据（事件）和公共数据（人员、时间、地点）的综合应用，根据事件类型及其与人员、时间、地点、事件之间的关系，实现基于专业数据的工程精细化管理，具体内容视专业数据内容而定，包括但不限于具体任务的进度、数据可靠性（质量）管理。本发明中所提及的专业数据包括专业基础数据和专业成果数据。

管理应用包括地质勘探外业质量管理。地质勘探外业质量管理是利用外业勘探数字化设备采集各项数据（事件）时自动添加人员、时间、地点信息并记录在数据库中，通过数据的专业合理性、以及采集数据时人员、时间、位置的合理性等方面的判断结果实现。

与上述方法实施例相对应，本发明还提出一种多专业通用型数字化系统，所述系统包括：

抽象分类模块：用于进行工程建设各专业业务流程分析与抽象分类，按照数据流动特点将所有专业工作流程抽象成数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节；

数据仓库模块：用于采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节方案设计，并进行各专业数据库设计；

技术选型模块：用于根据数据存储环节和各专业需求进行各专业数据采集环节的软件选型和设计、数据处理环节的软件选型和数据应用环节的应用功能设计。

以上系统实施例和方法实施例是一一对应的，系统实施例简述之处请参阅方法实施例即可。

本发明还公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明前述的方法。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以分布到多个网络单元上。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多专业通用型数字化系统设计方法，其特征在于，所述方法包括：

进行工程建设各专业业务流程分析与抽象分类，按照数据流动特点将所有专业工作流程抽象成数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节；数据采集、数据处理和数据应用环节分别与数据存储环节通过API接口进行数据交互；

采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节方案设计，并进行各专业数据库设计；

根据数据存储环节和各专业需求进行各专业数据采集环节的软件选型和设计、数据处理环节的软件选型和数据应用环节的应用功能设计。

2.根据权利要求1所述的多专业通用型数字化系统设计方法，其特征在于，所述数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节中，每个环节由一款或多款独立的专业软件完成相关业务，并支持第三方专业软件调用。

3.根据权利要求1所述的多专业通用型数字化系统设计方法，其特征在于，所述采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节方案设计具体包括：

综合各专业工作流程中所涉及数据的专业属性、类型、数据处理与应用的需求，将工程建设流程各专业数据统一划分为专业基础数据、专业成果数据和公共数据三大类，三大类数据按照彼此之间通过API接口访问的要求进行数据仓库设计；

数据仓库设计包括技术选型和架构设计。

4.根据权利要求3所述的多专业通用型数字化系统设计方法，其特征在于，所述专业基础数据包括上游专业成果数据和完成本专业数据处理独立依赖的数据，其中上游专业按照现实工作中各专业之间的依赖关系划分，独立依赖的数据根据专业工作内容建立；

专业成果数据由本专业基础数据通过专业方法加工而成，所述专业方法包括调用第三方建模软件和三维计算分析软件。

5.根据权利要求3所述的多专业通用型数字化系统设计方法，其特征在于，所述数据应用包括管理应用和专业应用，其中管理应用包括专业基础数据和专业成果数据的校审和专业人员的绩效，专业应用包括各专业内基于三维模型的专题分析研究和服务下游专业的创新性应用。

6.根据权利要求5所述的多专业通用型数字化系统设计方法，其特征在于，所述管理应用中，专业基础数据和专业成果数据都实现数据操作的留痕，并通过数据操作人员等信息关联到公共数据，实现校审过程可追溯；所述数据操作包括添加、修改和删除。

7.根据权利要求5所述的多专业通用型数字化系统设计方法，其特征在于，

各专业数据采集环节的软件选型基于不同应用场景进行，对于现场工作的情形，采用移动端数据采集软件；

各专业数据处理环节的软件选型基于各专业工作流程进行，按照各专业工作流程，采用三维图形软件将数据仓库中的专业基础数据生成相应的专业成果数据。

8.一种使用权利要求1~7任一项所述方法的多专业通用型数字化系统，其特征在于，所述系统包括：

抽象分类模块：用于进行工程建设各专业业务流程分析与抽象分类，按照数据流动特点将所有专业工作流程抽象成数据采集、数据存储、数据处理和数据应用四个环节；

数据仓库模块：用于采用数据仓库技术进行各专业通用的数据存储环节方案设计，并进行各专业数据库设计；

技术选型模块：用于根据数据存储环节和各专业需求进行各专业数据采集环节的软件选型和设计、数据处理环节的软件选型和数据应用环节的应用功能设计。

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