运行监测数据处理分析
及其可视化关键技术及平台
——清华同衡牵头完成的国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍(05)
导 读
2019年1月17日,清华同衡牵头完成的“十二五”国家科技支撑计划“智慧生态新区运行监测及数据可视化应用关键技术与应用示范”通过验收。其中,运行监测数据处理分析及其可视化技术作为新区建设管理的难点,是实现将原始数据转变为能为政府管理者、建设管理者、运营管理者提供决策支撑的有效信息的重要桥梁,是本次课题研究的关键点。
课题研究团队基于物联网设备采集的室内外大气环境实时监测数据,开展指标关联性分析、指标诊断与预测分析、指标预警分析,能够较好地反应各类大气环境监测指标在小尺度城市空间的变化特征及影响因素,通过构建面向两江新区运行监测的可视化平台及管理系统,实现了新区生态环境运行监测单指标、多指标、趋势对比等维度的可视化展示应用,为城市新区建设者和决策者提供多角度、多层次的数据处理及分析的参考依据。
清华同衡团队集成研发了大气环境监测传感器,可采集PM2.5浓度、PM10浓度、CO2浓度、SO2浓度、NO2浓度、CO浓度、O3浓度、VOC、温度、湿度、风速、风向、光照度、气压、噪声等超过15项大气环境指标。依托国家科技支撑计划项目,在重庆两江新区的龙兴总部基地、龙兴古镇及和合家园居住区布设了大气环境监测传感器100余台。基于物联网设备采集的室内外大气环境实时监测数据,开展指标关联性分析、指标诊断与预测分析等。
▲ 本课题研究范围(图中红色方框为选定的研究区域)
01
基于噪音监测数据的事件诊断方法研究
在两江新区龙兴镇镇区,选取了2017年8月的镇区30台监测设备采集的噪音数据,首先对数据进行了清洗,剔除了一些数据中断时间过长、或数据明显异常的设备。最终选取了21台设备的数据展开分析。我们分别计算了这21台设备在这个月内采集的全部数据的平均值与方差,并以横轴为方差,纵轴为均值将计算结果在进行了散点图展示。
▲各监测点位噪音值的平均值与方差
横坐标表示噪声的方差,表示该位置噪声的稳定性。方差低的地方,噪声值波动小相对稳定;方差高的地方,噪声值波动大不稳定。纵坐标表示噪声的平均值,也就是该位置噪声值得常态。平均值高的地方,噪声值持续较高;平均值低的地方,噪声值持续较低。
02
风环境对PM2.5浓度的影响分析研究
本研究中,我们采用部署在和合家园小区的30台大气环境监测传感器一个月内收集的PM2.5浓度、风速、风向数据,分析风速、风向所代表的风环境数据对PM2.5扩散的影响方式。
▲和合家园小区几组比较典型的风速-PM2.5浓度关联点位
我们通过这个研究分析了风环境指标对PM2.5浓度的影响方式,并通过可视化图表的方式,将风向数据与风速、PM2.5浓度关联起来。在为风环境数据提供直观的展示方式的同时,也为分析其与其他大气环境监测数据间的关联提供了便利。另一方面,影响PM2.5扩散的因素除了所在地风速风向,其周围建成环境的格局也会起到一定作用。
03
智慧生态新区监测数据可视化分析系统
本课题以三维地理信息系统(3D-GIS) 与建筑信息模型(BIM)融合技术研究为基础,能够实现三维数据同时具备GIS与BIM属性并在区域运营、监测管理过程中进行应用,并对现有建筑各个构建的材料、体积、表面等BIM信息,三维空间地理信息以及实时、历史环境信息有机融合,为多目标决策进行支持。智慧生态新区监测数据可视化分析系统能够利用数据可视化关键技术研究成果,对室外环境、能耗、电气系统、可再生能源、用户行为等指标的可视化表达。通过不同的统计,视觉表达方式。对数据更进行生动、清晰地可视化展示、对比。
▲ 智慧生态新区监测数据可视化分析系统
智慧生态新区监测数据可视化分析系统融合了多种数据资源,如区域室外环境相关的监测指标,包括公共区域及各地块场地噪声、公共区域及各地块风速、公共区域及各地块热岛强度(温度)、公共区域及各地块场地CO、PM2.5等污染物的浓度等;区域用水系统相关的监测指标、公共区域智能滴灌系统运行参数等以及室内环境各种监测数据,能够通过图表、参数、热力图等多种形式在二三维空间内进行多样化的展示。
04
结 语
智慧生态新区监测数据可视化分析系统实现了区域级以及建筑级的监测数据采集和管理,对运行监测数据进行了可视化的处理。区域级的可视化主要包含的内容有空气质量、热岛强度、环境噪声、微环境舒适度等方面内容的可视化。建筑级的可视化主要包含的内容有能源总耗、可再生资源利用、用能强度、电气系统、暖通空调等方面内容的可视化。
针对目前现有系统更多的是对采集点的数据值直接进行的展示,而缺乏对这些采集点的自身以及与周边的地理空间关系、采集点互相之间的趋势、采集数据在时间维度上的变化趋势、以及多个指标维度综合考量上的分析这一现状。本课题基于成熟的三维地理信息系统(3D-GIS)平台开发了一套可视化分析系统。结合建筑信息模型(BIM)技术,以空间地理的视角,结合时间维度,通过一些可视化的手段对监测点的实时监测数据进行了组织和表达,以挖据现有数据在空间、时间上的趋势,并呈现给运营或者决策者更直观的数据分析表达与感受。
项-目-信-息
▲ 项目名称:“十二五”国家科技支撑计划“城市新区一体化管理与服务关键技术研究与应用示范” (2015BAJ04B00)
▲ 课题名称:智慧生态新区运行监测及数据可视化应用关键技术与应用示范(2015BAJ04B03)
▲ 承担单位:重庆两江新区龙兴工业园建设投资有限公司
▲ 合作单位:北京清华同衡规划设计研究院有限公司
▲ 完成时间:2018年6月
相关链接
同衡创新 | 国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍①
同衡创新 | 国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍②
同衡创新 | 国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍③
同衡创新 | 国家“十二五”科技支撑计划关键技术系列介绍④
本系列文章由清华同衡 技术创新中心、林波荣工作室、生态城市研究所、智慧城市研究所完成