CN116045357A - 一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法，包括地热能交换单元抽取地热水与一次循环水进行热交换，换热后的一次循环水输送至综合能源站单元，供暖输送管路子单元将综合能源站单元的二次循环水分配至多个供暖区换热子单元，信息采集单元分别获取运行参数和设备状态；3D监测模块将信息处理单元的数据进行实时展示和监测。根据本发明通过3D监测模块对信息采集单元获取的数据及信息生成3D可视化模型以实时监测，告警提示模块经过3D监测模块监测，对超出标准值或阈值的异常进行警示，并将异常坐标点同步至3D可视化模型，以便于实现快速响应，并对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测。

Description

一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法

技术领域

本发明涉及地热能综合利用技术领域，具体涉及一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法。

背景技术

地热能是一种存在于地球内部岩土体、流体和岩浆体中，并且可以被人类开发利用的热能，其根本来源是地球的熔融岩浆和放射性元素衰变时发出的热量，地热能储量巨大、分配广泛，相对于传统化石能源，地热能的应用可极大降低温室气体排放；地热能具备可循环重复使用，稳定可靠的特点。

根据储存位置的不同，可以分为浅层地热能、中深层地热能和超深层地热能等，不同深度和不同温度的地热能具有对应的开发利用方式，200～400℃的地热能可以直接用于发电，200℃以下的地热能可直接利用于加热、制冷和干燥等。

然而，由于地源热井的地理位置分散，难以对设备运行参数和能源消耗输出数据进行采集和传输，以及存在设施巡检成本较高和运维效率低等问题；地热利用缺乏行之可行的评价指标和实时数据，难以科学准确地对系统运行状况进行综合评价，难以对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测；传统DCS/PLC控制系统面对复杂系统计算能力有限，目前的控制策略主要基于简单的策略辅以人工方式进行调整，节能效果较差；上述问题很大程度地影响了地热的快速推广和应用。因此发明一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法，以改善上述问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的地热利用缺乏行之可行的评价指标和实时数据，难以对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测的缺陷，从而提供一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其包括：

地热能交换单元、综合能源站单元以及城市供暖输送单元，所述地热能交换单元抽取地热水与一次循环水进行热交换，换热后的一次循环水输送至所述综合能源站单元，所述综合能源站将一次循环水传热给二次循环水以输送至所述城市供暖输送单元，所述城市供暖输送单元包括供暖输送管路子单元和供暖区换热子单元，所述供暖输送管路子单元将所述综合能源站单元的二次循环水分配至多个所述供暖区换热子单元，所述供暖区换热子单元将二次循环水与三次循环水进行换热，所述供暖区换热子单元还分别通过管路连接多个用户端，以将三次循环水进行再分配；

还包括信息采集单元，所述信息采集单元分别获取所述地热能交换单元、所述综合能源站单元以及所述城市供暖输送单元的运行参数和设备状态；

所述信息采集单元还连接边缘处理单元，所述边缘处理单元将所述信息采集单元获取的数据以分别进行收集、处理、暂存以及上传，并对所述地热能交换单元、所述综合能源站单元、所述城市供暖输送单元以及所述信息采集单元中的设备进行控制和调节；

所述边缘处理单元连接信息处理单元，所述信息处理单元依据所述边缘处理单元上传的数据，经过整理、转换以及分析以对数据进行传输展示；

所述信息处理单元还连接3D监控单元，所述3D监控单元包括3D监测模块、交互控制模块，所述3D监测模块将所述信息处理单元的数据进行实时展示和监测，所述交互控制模块进行交互控制，并对各单元进行远程控制。

在一些实施方式中，所述地热能交换单元包括地热水抽取子单元、地热水输送子单元、地热水换热子单元，所述地热水抽取子单元经由潜水泵从地热垂直井中抽取地热水，将经过与地能经过冷热交换后的地热水进行输送，经所述地热水换热子单元中的换热装置与一次循环水进行热交换，换热后的一次循环水经所述地热水输送子单元中的地热水输送管道以及地热水输送泵输送至所述综合能源站单元，换热后的地热水经所述地热水换热子单元中的地热水回水管道回流至地热水回灌井。

在一些实施方式中，所述综合能源站包括地热能提升子单元和分布式补充能源子单元，所述提升子单元内设置热泵机组，经所述地热水换热子单元换热后的一次循环水通过热泵机组做功转移给二次循环水，以实现二次循环水温度的提升，二次循环水经所述地热能提升子单元提升后通入至所述城市供暖输送单元中的管路上，所述分布式补充能源子单元对所述供暖输送管路子单元进行补充式供暖。

在一些实施方式中，所述供暖输送管路子单元包括供热输送管道、供暖输送循环泵，经所述地热能提升子单元提升后的二次循环水由多条管路分别输送

至多个所述供暖区换热子单元进行分配换热，多个所述供暖区换热子单元分别5将换热后的三次循环水输送至所述用户端再分配。

在一些实施方式中，所述信息采集单元包括地热能交换单元采集模块、综合能源站采集模块、供暖输送单元采集模块，以分别获取所述地热能交换单元、所述综合能源站单元、所述城市供暖输送单元的温度、流量、压力、电气等运行参数及设备状态。

0在一些实施方式中，所述信息采集单元还包括视频信息采集模块和户外气

象数据采集模块，所述视频信息采集模块分别获取所述地热能交换单元、所述综合能源站单元以及所述城市供暖输送单元的现场视频信息，所述户外气象数据采集模块用于采集系统外的气象数据。

在一些实施方式中，所述边缘处理单元包括数据汇集处理模块、边缘控制5模块以及数据上传模块，所述数据汇集处理模块将所述信息采集单元获取的数据经过汇集、处理后暂存，所述边缘控制模块经过所述3D监控单元的指示生成控制指令进行下发，对所述地热能交换单元、所述综合能源站单元、所述供暖输送单元以及所述信息采集单元中的设备进行控制或调节，所述数据上传模块将所述数据汇集处理模块处理后的数据上传，由所述信息处理单元接收。

0在一些实施方式中，所述信息处理单元包括数据接收模块、API接口模块、数据分析处理模块以及显示驱动模块，所述数据接收模块接收所述数据上传模块上传的数据，所述API接口模块为系统的调用接口以连接GIS管网系统，所述数据分析处理模块用于将所述数据接收模块接收的数据进行整理、抽取、转

换后进行分析，所述数据接收模块接收到的数据映射到所述API接口模块连接5的GIS管网系统，以调取的对应GIS管网，所述显示驱动模块用于驱动外接的显示面板以进行数据的显示。

在一些实施方式中，所述3D监控单元包括3D监测模块、交互控制模块、告警提示模块、运行评价模块以及调度决策支持模块，所述3D监测模块对所

述信息采集单元获取的数据及信息生成3D可视化模型以实时监测，并与所述0告警提示模块、所述运行评价模块以及所述调度决策支持模块响应，所述交互控制模块用于对3D可视化模型内进行数据的更改以及对所述边缘控制模块进行指令的下达，所述告警提示模块经过所述3D监测模块监测，对超出标准值或阈值的异常状况进行警示，所述运行评价模块用于对系统的运行效益进行评价，所述调度决策支持模块用于各单元间的联络，以根据各单元的运行数据进行决策的调整。

本发明还提供一种基于地热的城市供热三维可视化监控方法，其包括前任一项所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，包括以下步骤：

S1：将信息采集单元获取的数据及信息同步至从GIS管网系统调取并生成的3D可视化模型，3D监测模块对信息采集单元获取的数据实时监测并与设定的阈值进行比较，若监测的数据超出设定的阈值，告警提示模块启动；

S2：告警提示模块将异常坐标点显示在3D可视化模型，并对调度决策支持模块发送警示信息，同时在3D可视化模型上将与异常坐标点相关的管道、阀门信息同步显示；

S3：调度决策支持模块通过交互控制模块制定检修计划，根据与异常坐标点相关的管道、阀门的拓扑关系，并将检修计划下发至与相关的管道、阀门最近的检修组以实现快速响应，并对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测。

本发明提供的一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统及方法具有如下有益效果：

1.本发明通过信息采集单元分别获取地热能交换单元、综合能源站单元以及城市供暖输送单元的运行参数和设备状态，边缘处理单元将信息采集单元获取的数据以分别进行收集、处理、存储以及上传，并对地热能交换单元、综合能源站单元、城市供暖输送单元以及信息采集单元中的设备进行控制和调节，达到反馈并调节的作用，信息处理单元依据边缘处理单元上传的数据，经过整理、转换以及分析后对数据进行实时展示，3D监控单元包括3D监测模块、交互控制模块，3D监测模块将信息处理单元的数据进行实时监测，比如达到阈值或标准值时进行一个警示，超出后进行警示，交互控制模块进行交互控制，并对各单元进行远程控制；

2.本发明还通过分布式补充能源子单元对供暖输送管路子单元进行补充式供暖，当热泵机组提升水温及热量不能满足供热要求时，由一台或多台燃气锅炉燃烧天然气将锅炉水加热至高温，或增加其它分布式能源系统提供高温热水，然后将高温热水补入供暖输送管路子单元；

3.本发明还通过3D监测模块对信息采集单元获取的数据及信息生成3D可视化模型以实时监测，并与告警提示模块、运行评价模块以及调度决策支持模块响应，交互控制模块用于对3D可视化模型内进行数据的更改以及对边缘控制模块进行指令的下达，告警提示模块经过3D监测模块监测，对超出标准值或阈值的异常进行警示，并将异常坐标点同步至3D可视化模型，以便于实现快速响应，并对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的监控方法流程示意图。

附图标记表示为：

1、地热能交换单元；11、地热水抽取子单元；12、地热水输送子单元；13、地热水换热子单元；2、综合能源站单元；21、地热能提升子单元；22、分布式补充能源子单元；3、城市供暖输送单元；31、供暖输送管路子单元；32、供暖区换热子单元；4、信息采集单元；41、地热能交换单元采集模块；42、综合能源站采集模块；43、供暖输送单元采集模块；44、视频信息采集模块；45、户外气象数据采集模块；5、边缘处理单元；51、数据汇集处理模块；52、边缘控制模块；53、数据上传模块；6、信息处理单元；61、数据接收模块；62、API接口模块；63、数据分析处理模块；64、显示驱动模块；7、3D监控单元；71、3D监测模块；72、交互控制模块；73、告警提示模块；74、运行评价模块；75、调度决策支持模块；8、用户端。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明提供一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其包括：

地热能交换单元1、综合能源站单元2以及城市供暖输送单元3，所述地热能交换单元1抽取地热水与一次循环水进行热交换，换热后的一次循环水输送至所述综合能源站单元2，所述综合能源站将一次循环水传热给二次循环水以输送至所述城市供暖输送单元3，所述城市供暖输送单元3包括供暖输送管路子单元31和供暖区换热子单元32，所述供暖输送管路子单元31将所述综合能源站单元2的二次循环水分配至多个所述供暖区换热子单元32，所述供暖区换热子单元32将二次循环水与三次循环水进行换热，所述供暖区换热子单元32还分别通过管路连接多个用户端8，以将三次循环水进行再分配；

还包括信息采集单元4，所述信息采集单元4分别获取所述地热能交换单元1、所述综合能源站单元2以及所述城市供暖输送单元3的运行参数和设备状态；

所述信息采集单元4还连接边缘处理单元5，所述边缘处理单元5将所述信息采集单元4获取的数据以分别进行收集、处理、暂存以及上传，并对所述地热能交换单元1、所述综合能源站单元2、所述城市供暖输送单元3以及所述信息采集单元4中的设备进行控制和调节；

所述边缘处理单元5连接信息处理单元6，所述信息处理单元6依据所述边缘处理单元5上传的数据，经过整理、转换以及分析以对数据进行传输展示；

所述信息处理单元6还连接3D监控单元7，所述3D监控单元7包括3D监测模块71、交互控制模块72，所述3D监测模块71将所述信息处理单元6的数据进行实时展示和监测，所述交互控制模块72进行交互控制，并对各单元进行远程控制。如图1所示，一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统包括地热能交换单元1、综合能源站单元2以及城市供暖输送单元3，地热能交换单元1抽取地热水与一次循环水进行热交换，其分别将地热水、一次循环水通过换热器的两个不同的进口，使得其在换热器内进行换热，分别通过不同的两个出口流出，换热后的一次循环水输送至综合能源站单元2，综合能源站对一次循环水进行提升以便于输送至城市供暖输送单元，通过热泵机组将一次循环水传热给二次循环水，以使得二次循环水的温度提升，并将二次循环水输送至所述城市供暖输送单元3，城市供暖输送单元3包括供暖输送管路子单元31和供暖区换热子单元32，供暖输送管路子单元31将所述综合能源站单元2的二次循环水分配至多个所述供暖区换热子单元32，所述供暖区换热子单元32将二次循环水与三次循环水进行换热，其原理与一次循环水和二次循环水换热一样，供暖区换热子单元32还分别通过管路连接多个用户端8，以将三次循环水进行再分配，使得将地热能有效的利用至用户的供暖，还包括信息采集单元4，通过信息采集单元4分别获取地热能交换单元1、综合能源站单元2以及城市供暖输送单元3的运行参数和设备状态，比如泵的电流、电压、频率、有功功率、电能，管路中的管路流量，设备中介质的温度、通过的流量、压力等信息参数；信息采集单元4还连接边缘处理单元5，边缘处理单元5将信息采集单元4获取的数据以分别进行收集、处理、存储以及上传，并对地热能交换单元1、综合能源站单元2、城市供暖输送单元3以及信息采集单元4中的设备进行控制和调节，达到反馈并调节的作用，信息采集单元4中的设备为采集信息用的传感器、流量阀、摄像头等，以实现地热能交换单元1、综合能源站单元2、供暖输送单元相关设施的温度、流量、压力等参数、运行状态以及运行可视化，边缘处理单元5连接信息处理单元6，信息处理单元6依据边缘处理单元5上传的数据，经过整理、转换以及分析后对数据输送展示，信息处理单元6还连接3D监控单元7，3D监控单元7包括3D监测模块71、交互控制模块72，3D监测模块71将信息处理单元6的数据进行实时监测，比如达到阈值或标准值时进行一个警示，超出后进行警示，交互控制模块72进行交互控制，并对各单元进行远程控制。

在一些实施方式中，所述地热能交换单元1包括地热水抽取子单元11、地热水输送子单元12、地热水换热子单元13，所述地热水抽取子单元11经由潜水泵从地热垂直井中抽取地热水，将经过与地能经过冷热交换后的地热水进行输送，经所述地热水换热子单元13中的换热装置与一次循环水进行热交换，换热后的一次循环水经所述地热水输送子单元12中的地热水输送管道以及地热水输送泵输送至所述综合能源站单元2，换热后的地热水经所述地热水换热子单元13中的地热水回水管道回流至地热水回灌井。如图1所示，地热能交换单元1包括地热水抽取子单元11、地热水输送子单元12、地热水换热子单元13，地热水抽取子单元11经由潜水泵从地热垂直井中抽取地热水，地热垂直井有多口分散设置，将经过与地能经过冷热交换后的地热水进行输送，经地热水换热子单元13中的换热装置进行热交换，换热后的一次循环水经地热水输送子单元12中的地热水输送管道以及地热水输送泵输送至综合能源站单元2，换热后的地热水经地热水换热子单元13中的地热水回水管道回流至地热水回灌井，地热水回灌井同样分散设置多口，其中潜水泵、换热装置、地热水输送泵均为市售可得，其中地热能交换单元1接口处有温度传感器、流量传感器和压力传感器，其均可通过市售获得，通过地热能交换单元1的温度传感器获取采获的热水温度，通过流量传感器获取输出的各管路中的一次循环水和地热水的流量、温度等参数。

在一些实施方式中，所述综合能源站包括地热能提升子单元21和分布式补充能源子单元22，所述提升子单元内设置热泵机组，经所述地热水换热子单元13换热后的一次循环水通过热泵机组做功转移给二次循环水，以实现二次循环水温度的提升二次循环水经所述地热能提升子单元21提升后通入至所述城市供暖输送单元3中的管路上，所述分布式补充能源子单元22对所述供暖输送管路子单元31进行补充式供暖。如图1所示，综合能源站包括地热能提升子单元21和分布式补充能源子单元22，提升子单元内设置热泵机组，经地热水换热子单元13换热后的一次循环水通过热泵机组做功转移给二次循环水，以实现二次循环水温度的提升二次循环水经地热能提升子单元21提升后通入至城市供暖输送单元3中的管路上，分布式补充能源子单元22对供暖输送管路子单元31进行补充式供暖，分步式分布式补充能源子单元22采用燃气锅炉燃烧，当二次循环水换热后温度达不到效果时可以通过分布式补充能源子单元22进行补充热，当热泵机组提升水温及热量不能满足供热要求时，由一台或多台燃气锅炉燃烧天然气将锅炉水加热至高温，或增加其它分布式能源系统提供高温热水，然后将高温热水补入供暖输送管路子单元31。

在一些实施方式中，所述供暖输送管路子单元31包括供热输送管道、供暖输送循环泵，经所述地热能提升子单元21提升后的二次循环水由多条管路分别输送至多个所述供暖区换热子单元32进行分配换热，多个所述供暖区换热子单元32分别将换热后的三次循环水输送至所述用户端8再分配。如图1所示，供暖输送管路子单元31包括供热输送管道、供暖输送循环泵，经地热能提升子单元21提升后的二次循环水由多条管路分别输送至多个供暖区换热子单元32进行分配换热，多个供暖区换热子单元32分别将换热后的三次循环水输送至用户端8再分配，以将地热能利用到城市供热中。

在一些实施方式中，所述信息采集单元4包括地热能交换单元采集模块41、综合能源站采集模块42、供暖输送单元采集模块43，以分别获取所述地热能交换单元1、所述综合能源站单元2、所述城市供暖输送单元3的温度、流量、压力、电气等运行参数及设备状态。如图1所示，信息采集单元4包括地热能交换单元采集模块41、综合能源站采集模块42、供暖输送单元采集模块43，以分别获取地热能交换单元1、综合能源站单元2、供暖输送单元中设备的温度、流量、压力等运行参数及运行状态，比如利用传感器、电动流量阀、压力表等监测各个设备的运行参数，以及各单元、子单元设备的能源输入与输出值，通过这些数据掌握设备的运行状况。

在一些实施方式中，所述信息采集单元4还包括视频信息采集模块44和户外气象数据采集模块45，所述视频信息采集模块44分别获取所述地热能交换单元1、所述综合能源站单元2以及所述城市供暖输送单元3的现场视频信息，所述户外气象数据采集模块45用于采集系统外的气象数据。如图1所示，信息采集单元4还包括视频信息采集模块44和户外气象数据采集模块45，视频信息采集模块44分别获取地热能交换单元1、综合能源站单元2以及城市供暖输送单元3的现场视频信息，以便于当设备的数据异常时可以结合现场视频判断分析，户外气象数据采集模块45用于采集系统外的气象数据，以便于结合气象数据对各单元的运行进行调节，也同时为检维修和设备的运行提供数据支撑。

在一些实施方式中，所述边缘处理单元5包括数据汇集处理模块51、边缘控制模块52以及数据上传模块53，所述数据汇集处理模块51将所述信息采集单元4获取的数据经过汇集、处理后暂存，所述边缘控制模块52经过所述3D监控单元7的指示生成控制指令进行下发，对所述地热能交换单元1、所述综合能源站单元2、所述供暖输送单元以及所述信息采集单元4中的设备进行控制或调节，所述数据上传模块53将所述数据汇集处理模块51处理后的数据上传，由所述信息处理单元6接收。如图1所示，边缘处理单元5包括数据汇集处理模块51、边缘控制模块52以及数据上传模块53，数据汇集处理模块51将信息采集单元4获取的数据经过汇集、处理后存储，边缘控制模块52经过所述3D监控单元7的指示生成控制指令进行下发，对地热能交换单元1、综合能源站单元2、供暖输送单元以及信息采集单元4中的设备进行控制或调节，比如地热交换单元潜水泵的变频调节、远程启停和自动启停，热泵机组的顺序启停、远程控制、流量以及进出水温、燃气锅炉的远程控制、自动启停、燃气热水循环泵的变频调节，燃气进气阀的开度自动调节、热水阀的开度自动调节等，通过边缘计算提高设备单元的快速响控制，降低云端或服务端的负荷，减少数据传输压力和传输迟延问题，数据传输中具备数据校验、断点续传功能；数据上传模块53将数据汇集处理模块51处理后的数据上传，由信息处理单元6接收，比如通过以5G为代表的LTE技术将其远传至云端。

在一些实施方式中，所述信息处理单元6包括数据接收模块61、API接口模块62、数据分析处理模块63以及显示驱动模块64，所述数据接收模块61接收所述数据上传模块53上传的数据，所述API接口模块62为系统的调用接口以连接GIS管网系统，所述数据分析处理模块63用于将所述数据接收模块61接收的数据进行整理、抽取、转换后进行分析，所述数据接收模块61接收到的数据映射到所述API接口模块62连接的GIS管网系统，以调取的对应GIS管网，所述显示驱动模块64用于驱动外接的显示面板以进行数据的显示。如图1所示，信息处理单元6包括数据接收模块61、API接口模块62、数据分析处理模块63以及显示驱动模块64，数据接收模块61接收数据上传模块53上传的数据，API接口模块62为系统的调用接口以调取第三方数据，数据分析处理模块63用于将数据接收模块61接收的收据进行整理、抽取、转换后进行分析，数据接收模块61接收到的数据映射到API接口模块62调取的对应GIS管网，可以用3DsMax、Sketchup、AutoCAD、SW等三维建模软件事先建立好模型，结合各个单元设备的编号和位置信息，组建3D三维实景模型，基于WEBGL技术生成在WEB中三维可视化展示的三维可视化监控系统，然后结合GIS技术，将三维数据转换成对WEB环境友好，支持高可扩展性、支持多图层、支持LOD、遵循RESTAPI规范的格式，如GLTF、S3M、I3S、3DTILES、3DML，最后使用WEBGL技术进行三维可视化展示，在GIS软件(如ArcGIS、MapInfo等)中进行坐标投影定义、转换，数据矫正后，提取监控设备的点位坐标信息，显示驱动模块64用于驱动外接的显示面板以进行数据的显示，比如该三维实景模型以及其他比如监控视频之类的图像、声音信息等，以完成数据的展示，其中API接口可以是综合运用GIS、BIM、VR、AR技术，将信息系统的环境监测数据、设备运行数据和能源消耗数据与虚拟系统相结合，实现用户层以3D方式从任意时间、任意地点、任意角度查看任意对象的任意信息。

在一些实施方式中，所述3D监控单元7包括3D监测模块71、交互控制模块72、告警提示模块73、运行评价模块74以及调度决策支持模块75，所述3D监测模块71对所述信息采集单元4获取的数据及信息生成3D可视化模型以实时监测，并与所述告警提示模块73、所述运行评价模块74以及所述调度决策支持模块75响应，所述交互控制模块72用于对3D可视化模型内进行数据的更改以及对所述边缘控制模块52进行指令的下达，所述告警提示模块73经过所述3D监测模块71监测，对超出标准值或阈值的异常状况进行警示，所述运行评价模块74用于对系统的运行效益进行评价，所述调度决策支持模块75用于各单元间的联络，以根据各单元的运行数据进行决策的调整。如图1所示，3D监控单元7包括3D监测模块71、交互控制模块72、告警提示模块73、运行评价模块74以及调度决策支持模块75，3D监测模块71对信息采集单元4获取的数据及信息生成3D可视化模型以实时监测，并与告警提示模块73、运行评价模块74以及调度决策支持模块75响应，交互控制模块72用于对3D可视化模型内进行数据的更改以及对边缘控制模块52进行指令的下达，比如通过信息按钮分级显示各类详细信息，控制旋转、缩放、拖拽等显示方式，再比如通过鼠标、触摸板、触控笔等外接设备对可视化中的模型进行交互，比如鼠标点击事件、鼠标移动事件、鼠标进入事件、鼠标移出事件等，通过拖拽模块进行远程控制，以及可以允许用户通过与监控设备模型进行鼠标交互，进行实时浏览监控视频以及调取历史录像等操作；告警提示模块73经过3D监测模块71监测，对超出标准值或阈值的设备进行警示，运行评价模块74用于对系统的运行效益进行评价，调度决策支持模块75用于各单元间的联络，以根据各单元的运行数据进行决策的调整；通过中心站调节各地热井、热泵机组、燃气锅炉的供能响应分配，其中3D监测模块71对监测到的各单元各设备的运行数据与建立的阈值或标准值进行比对，将设定的运行数据与设定的阈值范围的差值生成第一有效值，将各单元实时运行数据与设定的阈值范围的差值建立第二有效值，通过比对第一有效值和第二有效值的差值，以判断子系统及设备运行的状态，超出范围后，告警提示模块73警示，第一时间打开视频信息采集模块44中的摄像头查看现场情况，并将信息同步给调度决策支持模块75，并记录至运行评价模块74，反馈给调度决策支持模块75及时调节，其中，通过中心站调节各地热井、热泵机组、燃气锅炉的供能响应分配，通过构建地热城市供暖系统的能效分析模型和运行评价指标，为系统运行效益进行科学精准的评价。

本发明还提供一种基于地热的城市供热三维可视化监控方法，其包括前任一项所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，包括以下步骤：

S1：将信息采集单元4获取的数据及信息同步至从GIS管网系统调取并生成的3D可视化模型，3D监测模块71对信息采集单元4获取的数据实时监测并与设定的阈值进行比较，若监测的数据超出设定的阈值，告警提示模块73启动；

S2：告警提示模块73将异常坐标点显示在3D可视化模型，并对调度决策支持模块75发送警示信息，同时在3D可视化模型上将与异常坐标点相关的管道、阀门信息同步显示；

S3：调度决策支持模块75通过交互控制模块72制定检修计划，根据与异常坐标点相关的管道、阀门的拓扑关系，并将检修计划下发至与相关的管道、阀门最近的检修组以实现快速响应，并对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测。

如图2所示，一种基于地热的城市供热三维可视化监控方法，具体为：将信息采集单元4获取的数据及信息同步至从GIS管网系统调取并生成的3D可视化模型，3D监测模块71对信息采集单元4获取的数据实时监测并与设定的阈值进行比较，若监测的数据超出设定的阈值，告警提示模块73启动；告警提示模块73将异常坐标点显示在3D可视化模型，并对调度决策支持模块75发送警示信息，同时在3D可视化模型上将与异常坐标点相关的管道、阀门信息同步显示；调度决策支持模块75通过交互控制模块72制定检修计划，根据与异常坐标点相关的管道、阀门的拓扑关系，并将检修计划下发至与相关的管道、阀门最近的检修组以实现快速响应，并对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于，包括：

地热能交换单元(1)、综合能源站单元(2)以及城市供暖输送单元(3)，所述地热能交换单元(1)抽取地热水与一次循环水进行热交换，换热后的一次循环水输送至所述综合能源站单元(2)，所述综合能源站将一次循环水传热给二次循环水以输送至所述城市供暖输送单元(3)，所述城市供暖输送单元(3)包括供暖输送管路子单元(31)和供暖区换热子单元(32)，所述供暖输送管路子单元(31)将所述综合能源站单元(2)的二次循环水分配至多个所述供暖区换热子单元(32)，所述供暖区换热子单元(32)将二次循环水与三次循环水进行换热，所述供暖区换热子单元(32)还分别通过管路连接多个用户端(8)，以将三次循环水进行再分配；

还包括信息采集单元(4)，所述信息采集单元(4)分别获取所述地热能交换单元(1)、所述综合能源站单元(2)以及所述城市供暖输送单元(3)的运行参数和设备状态；

所述信息采集单元(4)还连接边缘处理单元(5)，所述边缘处理单元(5)将所述信息采集单元(4)获取的数据以分别进行收集、处理、暂存以及上传，并对所述地热能交换单元(1)、所述综合能源站单元(2)、所述城市供暖输送单元(3)以及所述信息采集单元(4)中的设备进行控制和调节；

所述边缘处理单元(5)连接信息处理单元(6)，所述信息处理单元(6)依据所述边缘处理单元(5)上传的数据，经过整理、转换以及分析以对数据进行传输展示；

所述信息处理单元(6)还连接3D监控单元(7)，所述3D监控单元(7)包括3D监测模块(71)、交互控制模块(72)，所述3D监测模块(71)将所述信息处理单元(6)的数据进行实时展示和监测，所述交互控制模块(72)进行交互控制，并对各单元进行远程控制。

2.根据权利要求1所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于：

所述地热能交换单元(1)包括地热水抽取子单元(11)、地热水输送子单元(12)、地热水换热子单元(13)，所述地热水抽取子单元(11)经由潜水泵从地热垂直井中抽取地热水，将经过与地能经过冷热交换后的地热水进行输送，经所述地热水换热子单元(13)中的换热装置与一次循环水进行热交换，换热后的一次循环水经所述地热水输送子单元(12)中的地热水输送管道以及地热水输送泵输送至所述综合能源站单元(2)，换热后的地热水经所述地热水换热子单元(13)中的地热水回水管道回流至地热水回灌井。

3.根据权利要求1所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于：

所述综合能源站包括地热能提升子单元(21)和分布式补充能源子单元(22)，所述提升子单元内设置热泵机组，经所述地热水换热子单元(13)换热后的一次循环水通过热泵机组做功转移给二次循环水，以实现二次循环水温度的提升，二次循环水经所述地热能提升子单元(21)提升后通入至所述城市供暖输送单元(3)中的管路上，所述分布式补充能源子单元(22)对所述供暖输送管路子单元(31)进行补充式供暖。

4.根据权利要求1所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于：

所述供暖输送管路子单元(31)包括供热输送管道、供暖输送循环泵，经所述地热能提升子单元(21)提升后的二次循环水由多条管路分别输送至多个所述供暖区换热子单元(32)进行分配换热，多个所述供暖区换热子单元(32)分别将换热后的三次循环水输送至所述用户端(8)再分配。

5.根据权利要求1所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于：

所述信息采集单元(4)包括地热能交换单元采集模块(41)、综合能源站采集模块(42)、供暖输送单元采集模块(43)，以分别获取所述地热能交换单元(1)、所述综合能源站单元(2)、所述城市供暖输送单元(3)的温度、流量、压力、电气等运行参数及设备状态。

6.根据权利要求1所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于：

所述信息采集单元(4)还包括视频信息采集模块(44)和户外气象数据采集模块(45)，所述视频信息采集模块(44)分别获取所述地热能交换单元(1)、所述综合能源站单元(2)以及所述城市供暖输送单元(3)的现场视频信息，所述户外气象数据采集模块(45)用于采集系统外的气象数据。

7.根据权利要求1所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于：

所述边缘处理单元(5)包括数据汇集处理模块(51)、边缘控制模块(52)以及数据上传模块(53)，所述数据汇集处理模块(51)将所述信息采集单元(4)获取的数据经过汇集、处理后暂存，所述边缘控制模块(52)经过所述3D监控单元(7)的指示生成控制指令进行下发，对所述地热能交换单元(1)、所述综合能源站单元(2)、所述供暖输送单元以及所述信息采集单元(4)中的设备进行控制或调节，所述数据上传模块(53)将所述数据汇集处理模块(51)处理后的数据上传，由所述信息处理单元(6)接收。

8.根据权利要求1所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于：

所述信息处理单元(6)包括数据接收模块(61)、API接口模块(62)、数据分析处理模块(63)以及显示驱动模块(64)，所述数据接收模块(61)接收所述数据上传模块(53)上传的数据，所述API接口模块(62)为系统的调用接口以连接GIS管网系统，所述数据分析处理模块(63)用于将所述数据接收模块(61)接收的数据进行整理、抽取、转换后进行分析，所述数据接收模块(61)接收到的数据映射到所述API接口模块(62)连接的GIS管网系统，以调取的对应GIS管网，所述显示驱动模块(64)用于驱动外接的显示面板以进行数据的显示。

9.根据权利要求1所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于：

所述3D监控单元(7)包括3D监测模块(71)、交互控制模块(72)、告警提示模块(73)、运行评价模块(74)以及调度决策支持模块(75)，所述3D监测模块(71)对所述信息采集单元(4)获取的数据及信息生成3D可视化模型以实时监测，并与所述告警提示模块(73)、所述运行评价模块(74)以及所述调度决策支持模块(75)响应，所述交互控制模块(72)用于对3D可视化模型内进行数据的更改以及对所述边缘控制模块(52)进行指令的下达，所述告警提示模块(73)经过所述3D监测模块(71)监测，对超出标准值或阈值的异常状况进行警示，所述运行评价模块(74)用于对系统的运行效益进行评价，所述调度决策支持模块(75)用于各单元间的联络，以根据各单元的运行数据进行决策的调整。

10.一种基于地热的城市供热三维可视化监控方法，包括权利要求1-9中任一项所述的基于地热的城市供热三维可视化监控系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将信息采集单元(4)获取的数据及信息同步至从GIS管网系统调取并生成的3D可视化模型，3D监测模块(71)对信息采集单元(4)获取的数据实时监测并与设定的阈值进行比较，若监测的数据超出设定的阈值，告警提示模块(73)启动；

S2：告警提示模块(73)将异常坐标点显示在3D可视化模型，并对调度决策支持模块(75)发送警示信息，同时在3D可视化模型上将与异常坐标点相关的管道、阀门信息同步显示；

S3：调度决策支持模块(75)通过交互控制模块(72)制定检修计划，根据与异常坐标点相关的管道、阀门的拓扑关系，并将检修计划下发至与相关的管道、阀门最近的检修组以实现快速响应，并对城市供暖系统的运行状况和运行指标进行直观有效地监测。

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