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img: "/imgs/News/HoloWater/20230524153246.jpg"
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topic: "HoloWater®: 绿色双碳水务工作站"
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title: "混合现实数字孪生"
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description: "基于HoloLens 2开发的工业元宇宙水务工作站，获得2023数字中国城市设计RAR赛道新锐奖项"
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author: "Greyson"
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resume: "TOPVERSE® Lab 创始人"
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publish: "07/10/2022"
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项目简介
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本次TOPVERSE 奇点拓界®与中国铁塔股份有限公司厦门分公司的合作历时近一年，基于《福建省生态环境厅关于开展农村生活污水提升治理智慧监管试点工作的通知》、《厦门市生态环境保护委员会办公室关于印发农村分散式污水处理设施运行监测监控工作方案的通知（厦环委办〔2021〕12号）》等文件的背景，提出的关于农村生活污水治理监测创新的双碳水务工作站混合现实（MR）工业元宇宙解决方案，内容包含可视化监测、MR巡检、双碳光储三大模块。
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本案直击农村生活污水处理站因其数量大、分布散的特点，管理起来耗时长、排查难、响应慢的传统管理模式和以下痛点：
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1. 成本投入高昂，方式多为人工划片区巡检，人工成本巨大，人员离职率高；
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2. 监管手段羸弱，信息化程度低，缺乏数据收集渠道，无法满足科学管理及精准决策的数据需求；
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3. 管理方式被动，设备意外损坏或发生应急事故时无法主动管控，效率低下；
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4. 站点资产复杂，现场设备众多、管线密集，无法自动生成设备物料清单，地下隐蔽工程缺少有效展示手段。
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为解决农村生活污水处理站的管理痛点，响应碳中和及绿色工业的政策号召，基于当下元宇宙及数字孪生对于数字化工业转型的大背景需求，设计厦门翔安双碳水务工作站混合现实（MR）工业元宇宙解决方案，助理污水处理工作数字化、科技化、精准化的推动。
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可视化监视模块
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农村生活污水监测系统基于物联网技术和信息技术的，以云为核心，采用三层网络架构，最底层的是信息获取与控制设备、中间是网络传输与云平台、最上层是应用层，如图所示。其中信息获取与控制设备包括污水处理站水质监测、视频监控、流量、液位监测、电能监测等；网络传输与云平台包括污水处理站内的低功耗自组无线传感网络和移动互联网，实现数据在云平台上的集中管理、存储和智能处理。
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PC端平台含污水处理站数据采集和显示支撑系统，全方位采集农村分散式污水处理设施运行状况，通过融入农村管护系统“一张图”大数据可视化管理模式，最终以全过程留痕的科学方式形成支撑各业务部门运行、管理和决策分析于一体的信息系统，为农污管控注入新的活力。
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混合现实巡检模块
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水务工作站混合现实（MR）工业元宇宙系统基于数字孪生技术与增强现实技术，最底层的是信息获取与控制设备、中间是网络传输与数据管理、最上层是应用层。其中信息获取与控制设备包括污水处理站水质监测、视频监控、流量、液位监测、药剂与设备运行情况监测等；网络传输与数据管理包括污水处理站内的数字孪生设备和移动互联网，实现数据在污水处理平台上的集中管理、存储和智能处理。应用层包括增强现实应用模块、智能监控管理模块、服务评估反馈模块等，软件支持微软HoloLens 1代及2代头显、Android手机、便携式电脑等多种层次和种类设备。
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在污水处理原理的可视化方面， 通过增强现实的技术辅助， 可以使参观人员可以通过系统与现场交互， 提高了使用者的参与感与规范化。工作界面显示三维模型， 通过动画、三维交互等展示检查格栅池的工作步骤， 通过空间锚点识别定位任务识别点， 并根据巡检工艺流程进行操作规范指导、数据显示及三维模型互动。
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此项功能模块在规范巡检人员日常工作的同时，还能加深其对污水处理站工作运行机理的理解，构建完整的作业规范及知识共享体系。尤其是在巡检人员流动性强的情况下，可以快速让巡检人员熟悉工作职责，规范其操作。
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双碳光储模块
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双碳光储系统是结合处理站周边建筑少、引电取电难、建设成本高等特点，为农村生活污水处理站量身定制的取电节能系统。该系统是对污水处理站的空间资源进行二次开发利用，在优化站点供电方式的同时，也让站点的资源利用达到最大化。
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本案首次采用可视化系统、水务工作站混合现实（MR）系统、双碳光储系统围绕农村污水处理开展的一系列工作串联在一起，形成“感知-分析-告警-响应-校准-规范”的完整闭环，保障了农村污水处理工作的稳定性、高效性、经济性。通过该应用场景将污水处理站、管理网的各类勘察设计资料、施工信息、竣工资料、智能感知实时监测数据及业务动态等关键数据统一集成至Hologram混合现实模型，用科技、生动、直观的方式展示站点的工艺设计及运行情况，形成了可视化、构件级的数字资产运营管理机制。
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商业及社会价值
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数字孪生作为实现虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，可将物理实体和系统的属性、结构、状态、性能、功能和行为映射到虚拟世界，形成高保真的动态多维/多尺度/多物理量模型，为观察物理世界、认识物理世界、理解物理世界、控制物理世界、改造物理世界提供了一种有效手段。
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用数字孪生技术对污水处理厂的施工方法、结构和工艺流程进行可视化展示，可以清晰地看明白污水处理厂的全貌，点击交互还可以看到箱体上层、工艺管线、暖通、自控电器、箱体下层、基坑等具体结构。该应用场景可以极大地提升水务工作站工业项目的可视化及信息的直观程度。通过数字孪生集成水务工作站信息可以极大降低管理成本，缩短预警反应时间，为水务处理工业的信息分析及后续工艺流程的更新升级提供更为宏观的数据基础。
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<img src="./public/topverse.svg" width="600"/>
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<a href="https://topverse.netlify.app/">🖥 Online Preview</a>
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