CN116303856A - 一种工业地理信息系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业地理信息系统，涉及工业生产智能化管控领域，其包括设备采集控制端、时空大数据处理端和工业地理信息系统平台端，基于地理信息系统空间数据统一管理和分析架构，采集工业生产环境中的各种传感器、监控设备、移动设备类感知实时数据，对实时数据清洗、去噪、缓存、分发、持久化存储处理，导入和录入各类静态空间数据，采用复合时空对象模型，对工业生产场景和过程的宏观微观可视化、协同处理更新、时空分析和联动分析，并基于设备采集控制端对工业生产过程和设备协同联控。本发明实现工业生产场景和过程的宏观微观空间对象的一体化拓扑表达、存储、分析和协同控制，为智能化工业生产提供基于地理信息系统的可视化管控平台。

Description

一种工业地理信息系统

技术领域

本发明涉及工业生产智能化管控领域，特别是一种工业地理信息系统。

背景技术

自20世纪60年代地理信息系统理论、技术及软硬件系统产生以来，已经在传统地学以及数字城市、智能交通、高科技战争等领域得到广泛应用。近几年来，随着信息技术在各行各业的垂直深度应用，智能化矿山、智能化工厂等建设已是大势所趋。在智能化矿山、智能化工厂为代表的工业领域，相关的厂房、设备、零部件、工作环境均属于地理空间对象，与工业生产相关的各类子系统、机电设备、设备零部件等关键对象在生产过程中也均具有空间位置及空间拓扑关系，时刻处于或多或少变化状态，也需要地理信息系统提供可视化、空间分析、协同联控等支持。

目前，地理信息系统在智能化工厂和智能化矿山的应用主要体现在宏观地理环境可视化、导航定位、空间查询分析等，大多基于多维(x，y)、(x，y，t)、(x，y，z)和(x，y，z，t)坐标建立，其仅反应对象在空间维的真实地理位置坐标，具有少量工业状态时态维的信息表达，缺少从地理信息系统平台底层对工业生产过程所有空间对象全过程的融合集成表达和应用支持，缺少工业领域地理物理空间和数字空间实时同步与协同处理及缺少对工业设备的精准控制及生产过程的自适应协同处理等。

在智能化矿山、智能化工厂为代表的工业领域，其智能化应用的重点是全业务流程管理及执行控制过程的信息化、自动化和智能化，地理信息系统在实现传统空间定位及外观可视化应用之外，还需要解决地理空间场景及设备内外空间对象的精细化表达、地理和设备信息的实时传输同步、生产设备子系统或零部件之间的协同联动、工业生产过程的分析与控制等。因此，基于地理信息系统理论，提出并建立适应工业智能化管控应用的工业地理信息系统具有重要的现实意义。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种工业地理信息系统，该系统可以实现工业生产场景和过程的宏观微观空间对象的一体化拓扑表达、存储、分析和协同控制，解决传统地理信息系统无法实现微观精细场景一体化表达、实时动态数据支持、协同联动控制的问题，为智能化工业生产提供基于地理信息系统的可视化管控平台。

本发明实施例提供了一种工业地理信息系统，包括：设备采集控制端、时空大数据处理端和工业地理信息系统平台端，所述设备采集控制端、所述时空大数据处理端和所述工业地理信息系统平台端通过有线或无线连接；

所述设备采集控制端包括：设备实时数据采集模块和设备组态控制模块；

所述设备实时数据采集模块采集工业生产环境中的各种传感器、监控设备、移动设备类感知设备实时数据；

所述设备组态控制模块通过控制器、变频器、保护器对各类设备进行控制，为所述工业地理信息系统平台端提供设备端接入与控制支持；

所述时空大数据处理端用于实时数据处理及地理空间数据的存储和处理，所述时空大数据处理端通过网络接入所述设备采集控制端的动态实时数据，对所述动态实时数据进行清洗、去噪、缓存、分发、持久化存储处理，所述时空大数据处理端还通过导入和录入完成各类格式化、非格式化静态地理空间数据的存储，并提供对所述动态实时数据、所述静态地理空间数据构成的时空数据的时空大数据分析，为所述工业地理信息系统平台端提供所述时空数据的存储和访问支持；

所述工业地理信息系统平台端基于所述时空大数据处理端的支持，采用地理信息系统原理的复合时空对象模型，对工业过程中的对象建立时间维、空间维的表达，通过所述时空大数据处理端的空间数据展示工业对象的形态和环境，通过所述时空大数据处理端的实时数据动态展现工业对象的状态，并基于所述复合时空对象模型，利用时空数据协同处理方法，构建数字空间场景与地理物理空间场景的双向映射及协同联动，完成工业生产场景和过程的宏观微观可视化、协同处理更新、时空分析和联动分析，并基于所述设备采集控制端提供对于工业生产过程和设备的协同联控。

可选地，所述设备组态控制模块具有开发和运行两种环境，提供新建项目、绘制封装设备模型、定义设备基础属性、触发报警及预警条件、模型动画、与关联设备拓扑线路、空间关联对象、I/O设备通信、数据存储、项目运行及发布，提供计算机编程语言的二次开发，提供与宏观、微观多场景设备的关联拓扑、地图更新、拓扑分析；所述设备实时数据采集模块支持标准工业通讯协议，支持非标通讯协议的定制开发和适配，采集对象包括工业生产环境中的传感器、控制器、监控系统、协议转换器、移动设备。

可选地，所述动态实时数据包括：工业生产环境及过程的环境监测、设备及人员监测、工业视频类动态数据；所述静态地理空间数据包括：工业地理信息环境相关的地形地貌、人文环境、设施设备基础静态数据。

可选地，所述时空大数据分析是基于统计学与模糊数学的非确定性数学算法、动力学规律的确定性算法以及大数据的深度学习训练算法，对不同时相、不同类型和不同区域时空数据的时间、属性和空间多维度综合查询和空间分析，以及对多类型时空数据的深度学习预测和仿真分析来实现的。

可选地，所述时空数据协同处理方法基于所述复合时空对象模型，建立现实中工业对象的数字化表达，为工业对象接入实时数据驱动，动态更新工业对象内外部状态，构建工业对象数字空间场景与地理物理空间场景的双向映射及协同联动，具体包括如下步骤：

步骤S1：通过地理信息系统建立工业对象几何空间模型，形成工业对象的外部地理环境及内部精细模型的可视化，并附加对象自身的属性特征，实现对工业对象在地理空间中的完整表达；

步骤S2：根据工业生产业务和工艺流程，建立工业对象之间的级联传递关系、拓扑关联关系，将关联和联动以行为动作方式添加到工业对象模型，实现工业对象对驱动数据的响应和协同更新处理；

步骤S3：通过所述时空大数据处理端的支持，连接实时数据订阅、分发模块，接收各类工业对象的数据及消息驱动，并通过第二步建立的对象间关系和对象行为动作，实现对象行为特征的响应和处理，改变工业对象自身的空间形态和状态、工业对象相关联对象的空间形态和状态，更新的工业对象数据以增量版本方式记录，实现工业生产全过程时空对象的时态、空间、模型数据的处理和更新，进而通过所述设备采集控制端完成工业生产过程各类设备对象的智能化控制。

可选地，所述复合时空对象模型包括：工业地理信息系统对象的时态特征、几何特征、属性特征和行为特征；所述时态特征是工业地理信息系统对象在时态变化维度的信息，所述时态特征包括：空间时态数据和时序时态数据；

所述时态特征的得到方法包括：

将工业地理信息系统对象的空间类数据以面向对象方式建立时空变化版本属性，每个工业对象均对应一个最新版本及若干历史版本；

在工业对象触发变化更新时，以版本增量的方式记录每次变化对象，从而形成全时空变化过程的所述空间时态数据；另外，将工业对象对应的实时时序数据，通过所述时空大数据处理端实时预处理完成清洗、去噪、序列化，以对象属性关联的方式保存到对象，形成所述时序时态数据，时序时态数据的历史版本存储在大数据处理端，工业对象通过属性关联查询应用。

可选地，所述几何特征是工业地理信息系统对象在可视化特征维度的信息；

所述几何特征的得到方法包括：

通过地理信息系统几何表达方法，建立工业环境、工业设备的地理空间环境可视化表达，形成工业对象的宏观地理几何形态；

通过人工建模、自动扫描建模方法，建立厂房及设备内部对象的细节模型，形成工业对象的微观精细化模型表达；

通过空间位置关系，建立宏观地理数据与微观精细模型数据的融合，形成工业对象数字空间与地理物理空间的双向映射，实现工业地理信息系统对象的地理定位及生产系统的可视化动态展示。

可选地，所述属性特征是工业地理信息系统对象在属性特征维度的信息，所述属性特征包括：静态属性和动态属性；

所述属性特征的得到方法包括：

通过面向对象的工业地理信息对象表达方式，以关系或非关系属性组织方法，建立工业对象的多类型、可扩展静态属性表达及存储；

根据工业对象各类场景下的动态行为和特征，将与实时数据关联的动态属性以元信息方式保存，所述工业对象通过元信息调用实时数据驱动，进而展示工业对象动态属性，为工业地理信息系统完整对象表达及大数据分析提供底层数据支持，所述元信息为动态属性与实时数据的对应关系、过滤关系、联动关系。

可选地，所述行为特征是工业地理信息系统对象在互操作行为维度的信息；

所述行为特征的得到方法包括：

按照面向对象方式，根据各类工业对象的业务流程需要，建立对象对自身属性、外部驱动数据响应方法，该响应方法包括对象自身的动态行为和具有拓扑关系的多对象间的协同行为，其行为特征将其结果反馈在对象的几何特征或属性特征中；

通过所述设备组态控制模块的标准化工业控制接口协议，将工业设施设备对象的控制行为、状态映射集成到对象内部，形成行为与数据的互馈；进而通过所述时空大数据处理端提供的实时数据和信号驱动，触发对象的行为特征响应，进而实现工业对象设备的自适应拓扑关联处理和智能化控制操作。

可选地，以单个时空对象为基本单元，以版本方式存储每次对象变化后的快照，且所述时空数据的获取、编辑、分析操作均以单个对象为粒度，实现多用户并发场景下的快速冲突处理。

本发明通过设备采集控制端采集工业生产环境中的各类实时数据，并提供对各类设备的控制接口；采集到的各类实时数据通过网络传输到时空大数据处理端，对数据完成清洗、去噪、缓存、分发和持久化存储；对工业生产相关的场景及设施设备空间数据，通过数据导入和处理录入到时空大数据处理系统；在工业地理信息系统平台端，对时空大数据中的实时数据、空间数据以复合时空对象方式表达和可视化，展示工业生产场景和过程的宏观微观内容，在数字空间场景与地理物理空间场景实现双向映射，并通过设备采集控制端接口对工业设备实现协同联动，为智能化工业生产提供基于地理信息系统的可视化管控平台。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的工业地理信息系统结构框图；

图2为本发明实施例提供的工业地理信息系统复合时空对象结构框图；

图3为本发明实施例提供的工业地理信息系统运行流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

请参阅图1、图2和图3。

图1、图3示出了本实施例中的工业地理信息系统结构框图和流程图，该工业地理信息系统具体包括：设备采集控制端、时空大数据处理端和工业地理信息系统平台端，设备采集控制端、时空大数据处理端和工业地理信息系统平台端通过有线或无线连接。

设备采集控制端可以基于嵌入式、组态技术及移动App开发，设备采集控制端包括：设备实时数据采集模块和设备组态控制模块。该部分提供工业行业的Modbus、OPC、OPCUA、MQTT、Socket、Http、WebSocket等主流设备通讯协议的支持，通过网关适配、协议解析、通信适配对接入设备对象注册管理，设备实时数据采集模块采集工业生产环境中的各类传感器、监控设备、激光雷达、移动设备等感知设备实时数据，以及工厂状态实时在线信息、生产技术和运营管理数据，并通过数据订阅机制将实时数据分发。

同时，设备组态控制模块还提供组态控制的新建项目、绘制封装设备模型、定义设备基础属性、触发报警及预警条件、模型动画、与关联设备拓扑线路、空间关联对象、I/O设备通信、数据存储、项目运行及发布等，支持JavaScript、Python、VB script多种语言二次开发，提供与宏观、微观多场景设备的关联拓扑、地图更新、拓扑分析，最终通过控制器、变频器、保护器等实现对生产设备的组态控制。设备采集控制端既是数据的采集者，也是决策执行信息的执行者，采集到的数据通过有线或无线连接的订阅、分发机制，经时空大数据分析及工业地理信息系统业务分析后，返回控制执行信号到设备采集控制端，完成对生产设备的控制。

时空大数据处理端基于Hadoop大数据基础平台得到，时空大数据处理端一方面通过实时数据流式计算支撑，订阅设备采集控制端的动态实时数据，对动态实时数据清洗、去噪、缓存、分发、持久化存储处理，并将相关数据发布关联到各类工业地理信息系统复合时空对象。

另一方面，时空大数据处理端通过导入和录入完成各类工业地理信息环境相关的地形地貌、人文环境、设施设备等格式化、非格式化静态地理空间数据的处理。基于动态实时数据、静态地理空间数据支撑，提供对不同时相、不同类型和不同区域时空数据(由动态实时数据、静态地理空间数据构成)的时间、属性和空间等多维度综合查询和空间分析，对多类型时空数据的深度学习预测和仿真分析。动态实时数据包括：工业生产环境及过程的环境监测、设备及人员监测、工业视频类动态数据；静态地理空间数据包括：工业地理信息环境相关的地形地貌、人文环境、设施设备基础静态数据。

工业地理信息系统平台端基于时态地理信息系统得到，包括复合时空对象模块、宏观微观一体可视化模块、工业对象时空协同处理模块、工业生产过程时空分析模块。

其采用复合时空对象模型，对工业过程中的对象建立时间维、空间维的表达，通过所述时空大数据处理端的空间数据展示工业对象的形态和环境，通过所述时空大数据处理端的实时数据动态展现工业对象的状态，并基于复合时空对象模型，利用时空数据协同处理方法，构建数字空间场景与地理物理空间场景的双向映射及协同联动，完成工业生产场景和过程的宏观微观可视化、协同处理更新、时空分析和联动分析，并基于设备采集控制端提供对于工业生产过程和设备的协同联控。

工业地理信息系统平台端基于工业地理信息系统复合时空对象存储、关联的各类实时数据、地理及环境数据、设备精细模型数据、多源属性信息等，通过三维渲染引擎对各类工业时空对象宏观场景和微观模型实现可视化，提供普通的桌面、Web、移动端方式访问使用，也提供AR/VR设备方式的使用，根据工业生产过程管控需要接入安全管理系统、经营管理系统、技术服务系统、生产管理系统、支撑保障系统等业务系统数据，并在可视化场景中融合实时、历史数据做仿真分析、时空分析及拓扑联动分析等，最终根据分析结果输出工业时空对象对应地理物理空间的控制信号或指令。

另外，工业地理信息系统平台端通过复合时空对象版本化协同处理机制，实现网络环境下的多人、在线协同编辑，以对象为粒度，对各类工业地理信息系统时空对象实时更新并版本化历史存储，并提供时空索引、时空查询，实现工业生产过程的高效时空数据访问和存储。

其中，工业地理信息系统平台的重要基础是建立工业虚拟环境及工业设备的宏观和微观可视化表达。工业虚拟环境由地理场景及工业场景构成，地理场景一般包括基础测绘数据、数字高程模型、数字地表模型、数字正射影像、倾斜摄影三维、激光点云数据、全景影像数据等，工业场景一般包括工业生产设施、工业生活设施、居民生活设施、市场服务设施等。工业设备模型是工业地理信息系统微观场景表达的核心，是工业设施设备对象精细化展示、体素化构建、拓扑化关联的重要手段，包括物理空间、虚实交互和映射联动三大部分。物理空间中工业设备包括设备部件、设备零件、传感器和控制系统；虚实交互系统包括数据采集和信息反馈，以数字化的方式多分辨率全方位刻画物理空间；映射联动仿真真实生产环境，对设备模型进行多时间、多空间维度的操作、实验，从而产生真实环境中设备运行的多时间、多空间维度的信息，对设备进行控制和优化。

时空数据协同处理方法基于复合时空对象模型，建立现实中工业对象的数字化表达，为工业对象接入实时数据驱动，动态更新工业对象内外部状态，构建工业对象数字空间场景与地理物理空间场景的双向映射及协同联动，具体包括如下步骤：

步骤S1：通过地理信息系统建立工业对象几何空间模型，形成工业对象的外部地理环境及内部精细模型的可视化，并附加对象自身的属性特征，实现对工业对象在地理空间中的完整表达；

步骤S2：根据工业生产业务和工艺流程，建立工业对象之间的级联传递关系、拓扑关联关系，将关联和联动以行为动作方式添加到工业对象模型，实现工业对象对驱动数据的响应和协同更新处理；

步骤S3：通过所述时空大数据处理端的支持，连接实时数据订阅、分发模块，接收各类工业对象的数据及消息驱动，并通过第二步建立的对象间关系和对象行为动作，实现对象行为特征的响应和处理，改变工业对象自身的空间形态和状态、工业对象相关联对象的空间形态和状态，更新的工业对象数据以增量版本方式记录，实现工业生产全过程时空对象的时态、空间、模型数据的处理和更新，进而通过所述设备采集控制端完成工业生产过程各类设备对象的智能化控制。

图2示出了本实施例中的工业地理信息系统复合时空对象结构框图。该复合时空对象是工业地理信息系统数据表达、分析、存储的重要基本元素，提供版本化历史时态数据存储，融合宏观地理几何形态与微观精细化模型可视化，衔接工业实时感知数据与静态属性数据，打通工业地理信息系统对象表达与控制，分别对应复合时空对象的时态特征、几何特征、属性特征和行为特征。即复合时空对象模型包括：工业地理信息系统对象的时态特征、几何特征、属性特征和行为特征。

时态特征是工业地理信息系统对象在时态变化维度的信息，时态特征包括：空间时态数据和时序时态数据；时态特征的得到方法包括：

首先，将工业地理信息系统对象的空间类数据以面向对象方式建立时空变化版本属性，每个工业对象均对应一个最新版本及若干历史版本；然后，在工业对象触发变化更新时，以版本增量的方式记录每次变化对象，从而形成全时空变化过程的所述空间时态数据；另外，将工业对象对应的实时时序数据，通过时空大数据处理端实时预处理完成清洗、去噪、序列化，以对象属性关联的方式保存到对象，形成时序时态数据，时序时态数据的历史版本存储在大数据处理端，工业对象通过属性关联查询应用。

概括来讲就是：对于工业地理信息系统对象的空间类数据，以面向对象方式建立空间对象的时空变化版本，以版本增量的方式记录全时空变化过程；对于工业地理信息系统对象的传感类实时时序数据，通过所述时空大数据处理端实时预处理完成清洗、去噪、序列化等，以对象属性关联方式保存到对象。时空变化版本，其特点在于以单个时空对象为基本单元，以版本方式存储每次对象变化后的快照，时空数据的获取、编辑、分析操作均以单个对象为粒度，实现多用户并发场景下的快速冲突处理。

几何特征是工业地理信息系统对象在可视化特征维度的信息，几何特征的得到方法包括：

首先通过地理信息系统几何表达方法，建立工业环境、工业设备的地理空间环境可视化表达，形成工业对象的宏观地理几何形态；之后通过人工建模、自动扫描建模方法，建立厂房及设备内部对象的细节模型，形成工业对象的微观精细化模型表达；最后通过空间位置关系，建立宏观地理数据与微观精细模型数据的融合，形成工业对象数字空间与地理物理空间的双向映射，实现工业地理信息系统对象的地理定位及生产系统的可视化动态展示。

概括来讲就是：以面向对象方式建立可扩展的空间对象宏观地理几何形态、微观精细化模型表达，分别针对工业环境、工业设备，提供地理空间环境的可视化表达，提供厂房及设备内部对象的精细化模型，建立工业生产过程及对象的数字空间与地理物理空间的双向映射，实现工业地理信息系统对象的地理定位及生产系统的可视化动态展示。

属性特征是工业地理信息系统对象在属性特征维度的信息，其以NoSQL方式提供对象级别的多类型、可扩展属性存储，保存对象自身静态属性及各类行为场景下的动态属性，为工业地理信息系统完整对象表达及大数据分析提供底层数据支持。属性特征包括：静态属性和动态属性；属性特征的得到方法包括：

首先通过面向对象的工业地理信息对象表达方式，以关系或非关系属性组织方法，建立工业对象的多类型、可扩展静态属性表达及存储；之后根据工业对象各类场景下的动态行为和特征，将与实时数据关联的动态属性以元信息方式保存，而工业对象通过元信息调用实时数据驱动，进而展示工业对象动态属性，为工业地理信息系统完整对象表达及大数据分析提供底层数据支持，其中元信息为动态属性与实时数据的对应关系、过滤关系、联动关系。

行为特征是工业地理信息系统对象在互操作行为维度的信息，行为特征的得到方法包括：

首先按照面向对象方式，根据各类工业对象的业务流程需要，建立对象对自身属性、外部驱动数据响应方法，该响应方法包括对象自身的动态行为和具有拓扑关系的多对象间的协同行为，其行为特征将其结果反馈在对象的几何特征或属性特征中。

之后通过设备组态控制模块的标准化工业控制接口协议，将工业设施设备对象的控制行为、状态映射集成到对象内部，形成行为与数据的互馈；进而通过时空大数据处理端提供的实时数据和信号驱动，触发对象的行为特征响应，进而实现工业对象设备的自适应拓扑关联处理和智能化控制操作。

概括来讲就是：以面向对象方式建立各类工业时空对象的行为状态特征，基于标准化工业控制接口协议，将工业设施设备对象的控制行为、状态映射集成到对象内部，根据外部实时数据和信号驱动实现自适应的拓扑关联设备或零部件的响应及智能化控制操作；工业对象的行为包括单一对象的动态行为和具有拓扑关系的多对象间的协同行为，支持基于数学模型的定量计算模式，也支持基于规则的推理定性模式，以及基于机器学习模型的自主智能模式，适应不同场景下的工业智能化需求，其结果反馈在对象特征的几何表达或属性表达中，为工业对象提供智能、联动、自适应支持。

基于复合时空对象表达方法，可以将各类工业地理信息系统对象抽象为具有时态属性、空间属性、感知行为能力的要素，除了具有普通地理空间对象的位置、属性特征外，还支持感知数据接入任务，通过内置的订阅分发模块，持续或定时获取动态数据，分发给时空对象可视化及分析模块，通过级联传递、建立多对象间的拓扑关联，通过数据订阅或消息驱动，实现工业要素对象的状态同步及智能化控制。

综上所述，本发明提供的工业地理信息系统，通过设备采集控制端采集工业生产环境中的各类实时数据，并提供对各类设备的控制接口；采集到的各类实时数据通过网络传输到时空大数据处理端，对数据完成清洗、去噪、缓存、分发和持久化存储；对工业生产相关的场景及设施设备空间数据，通过数据导入和处理录入到时空大数据处理系统；在工业地理信息系统平台端，对时空大数据中的实时数据、空间数据以复合时空对象方式表达和可视化，展示工业生产场景和过程的宏观微观内容，在数字空间场景与地理物理空间场景实现双向映射，并通过设备采集控制端接口对工业设备实现协同联动，为智能化工业生产提供基于地理信息系统的可视化管控平台。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种工业地理信息系统，其特征在于，包括：设备采集控制端、时空大数据处理端和工业地理信息系统平台端，所述设备采集控制端、所述时空大数据处理端和所述工业地理信息系统平台端通过有线或无线连接；

所述设备采集控制端包括：设备实时数据采集模块和设备组态控制模块；

所述设备实时数据采集模块采用对标准工业通讯协议和非标通讯协议的定制适配，实时采集工业生产环境中的各种传感器、控制器、监控系统、协议转换器、移动设备的感知数据；

所述设备组态控制模块提供开发和运行环境，用于工业地理信息系统的人机界面的组态表达，监测、控制工业生产环境中的设备，为所述工业地理信息系统平台端提供对设备监控的交互和执行支持；

所述时空大数据处理端用于实时数据处理及地理空间数据的存储和处理，所述时空大数据处理端通过网络接入所述设备采集控制端的动态实时数据，对所述动态实时数据进行清洗、去噪、缓存、分发、持久化存储处理，所述时空大数据处理端还通过导入和录入完成各类格式化、非格式化静态地理空间数据的存储，并提供对所述动态实时数据、所述静态地理空间数据构成的时空数据的时空大数据分析，为所述工业地理信息系统平台端提供所述时空数据的存储、访问、历史演化支持，对地理信息系统数据从时间维度、空间维度展现、对比和分析应用；

所述工业地理信息系统平台端基于所述时空大数据处理端的支持，采用地理信息系统原理的复合时空对象模型，对工业过程中的对象建立时间维、空间维的表达，通过所述时空大数据处理端的空间数据展示工业对象的形态和环境，通过所述时空大数据处理端的实时数据动态展现工业对象的状态，并基于所述复合时空对象模型，利用时空数据协同处理方法，构建数字空间场景与地理物理空间场景的双向映射及协同联动，完成工业生产场景和过程的宏观微观可视化、协同处理更新、时空分析和联动分析，并基于所述设备采集控制端提供对于工业生产过程和设备的协同联控。

2.根据权利要求1所述的工业地理信息系统，其特征在于，所述设备组态控制模块具有开发和运行两种环境，提供新建项目、绘制封装设备模型、定义设备基础属性、触发报警及预警条件、模型动画、与关联设备拓扑线路、空间关联对象、I/O设备通信、数据存储、项目运行及发布，提供计算机编程语言的二次开发，提供与宏观、微观多场景设备的关联拓扑、地图更新、拓扑分析；所述设备实时数据采集模块支持标准工业通讯协议，支持非标通讯协议的定制开发和适配，采集对象包括工业生产环境中的传感器、控制器、监控系统、协议转换器、移动设备。。

3.根据权利要求1所述的工业地理信息系统，其特征在于，所述动态实时数据包括：工业生产环境及过程的环境监测、设备及人员监测、工业视频类动态数据；所述静态地理空间数据包括：工业地理信息环境相关的地形地貌、人文环境、设施设备基础静态数据。

4.根据权利要求1所述的工业地理信息系统，其特征在于，所述时空大数据分析是基于统计学与模糊数学的非确定性数学算法、动力学规律的确定性算法以及大数据的深度学习训练算法，对不同时相、不同类型和不同区域时空数据的时间、属性和空间多维度综合查询和空间分析，以及对多类型时空数据的深度学习预测和仿真分析来实现的。

5.根据权利要求1所述的工业地理信息系统，其特征在于，所述时空数据协同处理方法基于所述复合时空对象模型，建立现实中工业对象的数字化表达，为工业对象接入实时数据驱动，动态更新工业对象内外部状态，构建工业对象数字空间场景与地理物理空间场景的双向映射及协同联动，具体包括如下步骤：

步骤S1：通过地理信息系统建立工业对象几何空间模型，形成工业对象的外部地理环境及内部精细模型的可视化，并附加对象自身的属性特征，实现对工业对象在地理空间中的完整表达；

步骤S2：根据工业生产业务和工艺流程，建立工业对象之间的级联传递关系、拓扑关联关系，将关联和联动以行为动作方式添加到工业对象模型，实现工业对象对驱动数据的响应和协同更新处理；

步骤S3：通过所述时空大数据处理端的支持，连接实时数据订阅、分发模块，接收各类工业对象的数据及消息驱动，并通过第二步建立的对象间关系和对象行为动作，实现对象行为特征的响应和处理，改变工业对象自身的空间形态和状态、工业对象相关联对象的空间形态和状态，更新的工业对象数据以增量版本方式记录，实现工业生产全过程时空对象的时态、空间、模型数据的处理和更新，进而通过所述设备采集控制端完成工业生产过程各类设备对象的智能化控制。

6.根据权利要求5所述的工业地理信息系统，其特征在于，所述复合时空对象模型包括：工业地理信息系统对象的时态特征、几何特征、属性特征和行为特征；所述时态特征是工业地理信息系统对象在时态变化维度的信息，所述时态特征包括：空间时态数据和时序时态数据；

所述时态特征的得到方法包括：

将工业地理信息系统对象的空间类数据以面向对象方式建立时空变化版本属性，每个工业对象均对应一个最新版本及若干历史版本；

在工业对象触发变化更新时，以版本增量的方式记录每次变化对象，从而形成全时空变化过程的所述空间时态数据；另外，将工业对象对应的实时时序数据，通过所述时空大数据处理端实时预处理完成清洗、去噪、序列化，以对象属性关联的方式保存到对象，形成所述时序时态数据，时序时态数据的历史版本存储在大数据处理端，工业对象通过属性关联查询应用。

7.根据权利要求5所述的工业地理信息系统，其特征在于，所述几何特征是工业地理信息系统对象在可视化特征维度的信息；

所述几何特征的得到方法包括：

通过地理信息系统几何表达方法，建立工业环境、工业设备的地理空间环境可视化表达，形成工业对象的宏观地理几何形态；

通过人工建模、自动扫描建模方法，建立厂房及设备内部对象的细节模型，形成工业对象的微观精细化模型表达；

通过空间位置关系，建立宏观地理数据与微观精细模型数据的融合，形成工业对象数字空间与地理物理空间的双向映射，实现工业地理信息系统对象的地理定位及生产系统的可视化动态展示。

8.根据权利要求5所述的工业地理信息系统，其特征在于，所述属性特征是工业地理信息系统对象在属性特征维度的信息，所述属性特征包括：静态属性和动态属性；

所述属性特征的得到方法包括：

通过面向对象的工业地理信息对象表达方式，以关系或非关系属性组织方法，建立工业对象的多类型、可扩展静态属性表达及存储；

根据工业对象各类场景下的动态行为和特征，将与实时数据关联的动态属性以元信息方式保存，所述工业对象通过元信息调用实时数据驱动，进而展示工业对象动态属性，为工业地理信息系统完整对象表达及大数据分析提供底层数据支持，所述元信息为动态属性与实时数据的对应关系、过滤关系、联动关系。

9.根据权利要求5所述的工业地理信息系统，其特征在于，所述行为特征是工业地理信息系统对象在互操作行为维度的信息；

所述行为特征的得到方法包括：

按照面向对象方式，根据各类工业对象的业务流程需要，建立对象对自身属性、外部驱动数据响应方法，该响应方法包括对象自身的动态行为和具有拓扑关系的多对象间的协同行为，其行为特征将其结果反馈在对象的几何特征或属性特征中；

通过所述设备组态控制模块的标准化工业控制接口协议，将工业设施设备对象的控制行为、状态映射集成到对象内部，形成行为与数据的互馈；进而通过所述时空大数据处理端提供的实时数据和信号驱动，触发对象的行为特征响应，进而实现工业对象设备的自适应拓扑关联处理和智能化控制操作。

10.根据权利要求5所述的工业地理信息系统，其特征在于，以单个时空对象为基本单元，以版本方式存储每次对象变化后的快照，且所述时空数据的获取、编辑、分析操作均以单个对象为粒度，实现多用户并发场景下的快速冲突处理。

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