数字孪生智慧校园三维可视化运维检测平台

一、案例介绍

浙江工商大学智慧校园信息化建设工程，根据学校自身业务模块需求，采用虚幻引擎开发，结合了物联网\GIS\BIM等数据，利用视频流云渲染BS架构部署方案，量“身”打造了数字孪生智慧校园三维可视化运维检测平台，助力浙江工商大学的校园管理，旨在推动“智能+教育”的发展，为提供更加便捷、高效、直观的管理运维检测平台，提供更加智能、更加安全高效的校园环境。

二、行业分析

2.1国家教育信息化

在国家教育行业信息化的政策背景下，数字校园建设水平体现了高校教育信息化的程度，也反映了决策者的对现代教育发展趋势高瞻远曙的水平，更是衡量学校办学能力和教学科研水平的重要标准之一。

2.2国家政策推动

根据教育部《教育信息化十年发展规划》关于“加强高校数字校园建设与应用。利用先进网络和信息技术，整合资源，构建先进、高校、实用的高等教育信息基础设施”的要求，结合高校实际情况，开展本期数字校园建设。实现学校信息化跨越式发展，充分提升学校的管理和服务能力。

2.3数字孪生技术的越发成熟

数字孪生是一项非常有潜力的前沿技术，根据全球知名咨询公司Gartner调查，部署物联网的企业和组织中，已有13%应用数字孪生，62%的组织正在准备使用数字孪生。Gartner连续三年将数字孪生列为十大战略性技术趋势。

近10年共有292所企业（占29.1%）开展数字孪生研究并在学术刊物上有学术成果公开发表，包括西门子、GE、空客、ABB等世界知名企业。如将在非学术刊物上有数字孪生相关成果发表的企业也统计上，相关数据将更大，占比也将更多。充分说明企业当前也高度关注数字孪生技术，正在开展数字孪生应用实践，表明数字孪生具有很强的工程化应用价值和潜力。

三、问题分析

经过多年信息化建设，目前大多数学校已经完成网络以及硬件建设，这些信息化建设在学校取得了很好的实际应用效果，但传统校园信息化管理还存在以下问题：

3.1存在数据孤岛，教务处、财务处、人事处等系统及数据各自独立，各部门数据不能有效及时交互，导致存在漏洞。

3.2可视化展示缺乏，网络数据展示不直观

在实际运行维护中却常常面临到处救火的状况，主要原因是学校信息化业务无法可视化，高峰期或瓶颈点无法准确衡量，对于拓扑结构和链路无法明记于心，通常接到故障申报，凭经验去解决问题，耗时耗力。当前系统的性能瓶颈在哪，发生问题时准确定位故障点。

三、解决方案

4.1 解决方案思路

数字孪生智慧校园三维可视化运维检测系统充分利用GIS信息、BIM、物联网传感器、子系统业务等数据，集成多学科、多物理、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟数字空间中完成映射，从而反映相对应的实体全生命周期过程。工商大学项目将整个校园情况通过三维建模1：1映射到虚拟空间，实时检测校园内安全、教学、运维、环境、资产、能源等变化，校园管理者可通过系统直观快速地掌握校园情况，通过打通数据孤岛，挖掘数据公共价值，提升校园决策能力。

4.2 优势 & 关键技术

数峦云数字孪生智慧校园三维可视化检测系统包括倾斜摄影、模型重建、环境仿真模拟、数据集成与分析、实时渲染、云渲染等技术步骤。

倾斜摄影通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像，将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界。

模型重建对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型,是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础,也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。

昼夜模拟可以根据真实时间24小时反映昼夜状态下的校园的动态变化。同时增加了透视功能，便于观察校园情况变化。

数据分析把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机地集中，从而为学校提供全面的数据共享。

项目部署根据学校的实际使用需求，采用本地化服务器云部署，同时满足CS和BS架构，通过服务器分布式云渲染，通过像素流的方式分发到终端用户设备，方便管理者在移动端网页直接使用。

五、实施过程

2020年8月：方案设计

2020年9月：完成倾斜摄影、三维建模

2020年10月：美术特效、昼夜模拟

2020年12月：数据集成、数据分析，视频流功能开发

2020年1月：最后进行服务器部署完善系统功能定制开发

2020年3月：项目验收交付

六、实现效果

6.1安全管理三维可视化

支持集成安保监控系统、消防监控、监控警报情况等校园安全防范管理系统数据，精准统计和记录每日学校的访客，实时更新安保轮流值班情况，可运用于防控疫情和预防学校内外来人员滋事，保障校内师生安全。

支持对教学楼、宿舍楼、食堂等重点楼宇的建筑外观和内部详细结构进行三维显示；并可集成视频监控、门禁报警等监测系统，对楼宇重点部位、人员等要素的实时状态进行可视化监测，辅助校园管理者精确有力掌控重点楼宇安防态势。

6.2教学管理三维可视化

通过教务系统对接，以及热力分布图实时展示教师排课状态、教学画面、远程巡课等信息。教务公告及时推送教务信息，有

助于管理员对教务安排做出及时的调整。

6.3运维管理三维可视化

支持集中收集校园内各项设备的损坏情况并记录，直观显示待处理事件以及处理事件负责人，统计校园内全部设备的运维情况，有利于运维负责人及时维修各项设备，为学生提供更加完善的学习设备。

6.4场所管理三维可视化

对学校场所进行集中管理，通过数据空间更直观地表现学校各个场所的拥有量以及使用情况，有助于管理者充分调配学校设施。同时，每个实验室、办公室、多媒体室实时显示正在使用人员，这大大方便了管理者开展工作。

6.5资产管理三维可视化

平台将学校资产通过三维空间点对点映射呈现，对家具、教学物品、仪器设备、多媒体软硬件、各个实验室内设备等资产进行实时统计更新。通过平台可清晰直观掌握学校历年资产的变化以及各学院的资产拥有量。有利于学校的财政部门进行更加科学有效的财政策划。

6.6能源管理三维可视化

通过对能源消耗量的监测，平台可直观地显示出校园内各个教室设备的耗能量和用电情况，有效掌握学校的能源使用情况，有利于尽可能地控制能源使用量，做到节约能源，有利于及时获取电器设备的信息，有利于提防问题电器造成的教学质量降低和灾害等问题。

七、总结

数字孪生技术正以洪水猛兽之势崛起，运用到的领域将非常广阔，智慧校园运维检测平台能够解决校园数据管理上的可视化“痛点”，帮助校园管理者打通各领域数据，消除数据孤岛，提升决策能力，挖掘数据价值，实现校园日常运营全领域覆盖，对校园运行态势进行全面感知、综合研判。同时融合监控、门禁系统，实现人、事、物的全方位立体化安防态势监测，提升校园安防管理效能。平台运用影视级的实时渲染技术，对学生升学率、教研成果、师资力量等校园宣传指标与建设成果进行全面、清晰、高效地展现，宏观体现校园建设成就。

因此，数字孪生在教育行业具有广阔的应用价值和应用前景，本案例作为推动教育事业信息化、数字化的发展提供了经典样板。

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