玩槑(méi)了！在监控组态软件中玩2D和3D GIS

• 关键词：GIS,组态软件,监控系统,工业自动化,工厂自动化,SCADA,DCS,PLC,实时数据库,ICONICS,GENESIS64,OPC,OPC,UA
• 作者：ICONICS--全球领先的全息化监控和生产管理软件领导厂商、GENESIS64--三维组态软件(3D)全球领导品牌
• 摘要：所需监控的设备和资产高度分散，且与周边地理环境和地形条件息息相关，如何将我们获取的远程信息与生产场景对应展现，如何实现地形及地理环境的还原，如何实现监控信息与GIS的融合，如何实现数据的挖掘和钻取。

1.应用场景

   在工业和市政项目的开发实践中，常常需要针对可移动或者分布式的设备或生产单元进行监控，这些被监控对象可能分布在一个地区，也可能遍布全国甚至全球。很多时候我们不仅需要知道它所处的位置和基本运行情况，对于关键生产工艺、生产设施的管理和监控，通常需要在全息化和一体化的应用场景中完成，需要的典型功能包括：

   （1）实时监视和控制（HMI/SCADA）；

   （2）生产管理（MES/MIS）；

   （3）工艺CAD图纸、电子资料等的集成管理（知识管理）；

   （4）视频监控（安防系统）；

   （5）设备台账信息（资产管理）；

   （6）所处的地理位置及环境信息（2D/3D 地理信息系统）。

   面对这样的应用需求，基于GIS技术的生产管理与监控解决方案有着刚性的现实需求和广阔的应用前景。

资产遍布全球的能源集团实时管理看板示意

   在这些应用需求中，所需监控的设备和资产高度分散，且与周边地理环境和地形条件息息相关，如何将我们获取的远程信息与生产场景对应展现，如何实现地形及地理环境的还原，如何实现监控信息与GIS的融合，如何实现数据的挖掘和钻取，用户迫切需要一个可以快速开发和部署这些功能的平台化解决方案。

三维地形让监控场景更逼真

2.传统的解决方案及其局限性

   在常见的SCADA/GIS集成方案中，主要采用三种技术：

   （1）采用ActiveX或相似技术，将第三方GIS功能作为一个ActiveX控件对象嵌入SCADA系统中，实现SCADA和GIS系统的集成，这样做使得SCADA系统运行负担太大，出现小马拉大车的情况，系统整体运行性能下降严重和不确定，甚至导致稍微上规模的系统基本不可用。此外，为了实现数据同步，此类应用往往需要二次开发，造成部署成本高、维护不便。

   （2）另外一种方案是在GIS应用中直接实现监视，该方案的短板是：传统的GIS系统购置和维护成本较高，缺乏生产监控系统所要求的接口丰富、实时性强、可靠性高、开发部署快捷等功能，最终无法实现真正意义上的实时控制和监视功能；同时，绝大多数自动化和GIS集成工程应用中，用户也不需要专业GIS的大部分厚重且专业的功能到SCADA平台，两者之间的融合，主要是数据和交互界面的互通互联，通常只需在SCADA 用户界面中嵌入部分GIS功能即可。

   （3）方案之三是“伪GIS图”：在SCADA软件界面直接嵌入固定尺寸和分辨率、静态、定比例尺的瓦片合成图作为地底图，然后在此基础上进行监控画面开发。这种方式适合区域固定、功能需求极为简单的场合，缺点也是比较明显的：除了形似，不具备GIS系统的任何功能。

3.ICONICS的解决之道

   ICONICS公司在2007年推出了集SCADA，虚拟现实（3D），地理信息系统（GIS）与一体的自动化和信息化管理平台GENESIS64，并在过去的7年时间持续完善接口、强化功能、提升性能。在图形化开发平台GraphWorX64中，可以通过加载内置的EarthWorX SOA组件，载入第三方GIS，比如Google Map/Bing Map等，再通过图层管理以及SmartPin等技术，借助其强大的图形化开发能力完成基于GIS的分布式信息化项目的开发和部署。

   EarthWorX可以连接在线或离线的谷歌、ArcGIS、Bing等在国内大量应用的地图服务，同时支持开放地理空间信息联盟 （Open Geospatial Consortium-OGC）等组织的开放性的行业标准如：（Web地图服务）WMS，支持分布式部署和基于云的部署方式。这些功能和特点大大改善了SCADA系统中，GIS集成的可行性和灵活性，用户可以集成支持行业标准的任意第三方Web地图服务，比如Map Server等开源、免费且专业的GIS应用。

EarthWorX64组件开发界面

   此外，EarthWorX64实现了与GraphWorX64内置三维引擎的深度融合，可以实现高程图到三维地形图的自动转换，三维监控场景的部署，以及相互调用和数据交互，不但实现了基于GIS的信息化集成，还可以实现地理环境模拟，周边地形仿真与生产监控相结合的从全局到整体，整体到局部等多层级，多维度的GIS信息化集成。

任性—两步生成三维地形图

4.典型应用

   ICONICS的集成GIS功能以其开发快速，易于集成，获得了国内外众多用户的认可，并开创性的用于多个行业的工程项目，如轨道交通、风力发电、石油天然气、智慧城市（供水，供热，供气等管网系统）、采矿工程等多个行业。

   在风力发电监控工程实践中，不但实现了分布式风电场的GIS信息化集成实现了集团级的风力发电场的监控，通过加载特定区域的在线实时地图，利用SmartPin技术可以实现定制信息的集成，还可以调出可视化的仪表盘实现信息的展现；同时，融合GENESIS64的三维地形图以及虚拟现实，我们可以针对某个机组实现其地形的还原，通过虚拟现实技术，实现风机位置的精确定位，现场微网的组网监视，机房的三维实时监控等功能。

具有专利的SmartPin技术与GIS结合

风电场三维地形及环境仿真

GIS与SCADA监控的多维度融合

   在市政管网的实践中，我们同样借助了EarthWorX64，实现了管网，泵站等设施的分布式部署和监控；针对管网的仿真，除了上述提到的地形仿真，虚拟现实融合，我们还提供了管网自动生成的解决方案，只需要提供关键节点的坐标数据，就可以有针对性地生成管网的三维监控环境，我们只需将其与实时数据绑定，设计与实时数据驱动的发仿真运行动画，完善数据交互方式，就实现了管网系统的多维度，多层级的GIS集成。

GraphWorX64管线参数化生成

市政管网监控与GIS、图纸集成

3D场景与实时控制集成

5.玩出味道

   （1）数据一体化：实时数据全部来自SCADA支撑平台的监控级实时数据接口和实时数据库，数据一体化可以实现地理信息、监控设备信息和过程实时信息的有机统一，保证数据的唯一性和数据共享。

   （2）功能分布一体化：功能统一设计，合理分布。SCADA平台集成了所需GIS功能，保证了SCADA系统的先进性和稳定性。

   （3）借助于GENESIS 64平台的虚拟现实技术，实现了SCADA，3D，GIS系统的集成和融合。

ICONICS－生产管理和全息化监控软件全球领导厂商

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