数字孪生平台技术方案

1引言

1.1标识

1.2文档目的

本文档由系统架构师依据需求规格书和功能规格说明书,规划整个程序的设计架构,并对实现功能进行详细划分;明确各模块之间的接口规范,完成各类别对象的设计方案,详细阐述若干核心模块的具体实现细节,并对可能出现的问题制定相应的处理方案.

本设计方案作为概要设计的阶段的输入使用，并用于指导开发工作。

本文档可以作为项目验收标准之一；

本文档可以作为软件开发依据之一；

1.3文档结构

本文档包含"引言"部分,"项目概述"章节,"总体设计"模块,"系统功能设计"专节,"系统安全设计"小节以及"系统软硬件清单"附录等内容,旨在阐述项目的建设背景及目标,并详细说明项目的具体内容.其中,遵循了系统的总体设计理念,并对系统的整体架构进行了详细规划.此外,针对系统的功能模块及安全防护进行详细规划.

1.4读者对象

本文旨在满足不同受众的需求。其中：

• 系统分析者将通过该文获得优化方案；
• 设计者可以获得结构指导；
• 开发团队能获取技术细节；
• 测试机构则能了解性能基准。

软件开发人员小组根据该文档理解他们将要开发的系统。

测试小组基于该文档对系统行为的说明而规划了详细的测试计划、确定了具体的测试用例，并且详细规划了整个测试过程。

文档小组在本文和用户界面的基础上编写客户文档，如用户手册。

培训人员根据本文和用户文档编写培训材料。

1.5术语定义

2项目概述

2.1建设背景

数字孪生技术作为推动企业数字化转型的重要抓手和技术手段，在促进数字经济发展中发挥了关键作用。该技术已构建了通用适用的技术理论体系，并已在产品设计制造、工程建设以及相关学科分析等多个领域取得较为深入的应用成果。在当前我国科技自主性和数字安全意识日益增强的各个产业领域中，数字孪生技术以其高效的决策能力和深入的数据分析能力著称。其应用将有力促进数字化产业化与产业数字化进程的加速发展，并为国家数字经济战略目标的实现提供强有力的技术支撑。

近年来数字孪生得到了越来越广泛的传播与此同时随着物联网大数据云计算人工智能等新一代信息技术的不断发展进步其应用前景愈发广阔

为了更好地适应市场变化并延伸业务范围，公司应积极保持技术领先水平以推动数字孪生平台的研发工作。该平台的构建势如必然。

2.2建设目标

通过数字孪生技术的应用开发数字孪生基础平台，在三维场景渲染与交互的基础上，并支持三维场景呈现与交互，并提供场景 browsing, spatial measurement, virtual simulation, 和 spatial analysis功能。该平台整合了实景服务系统与时空信息云平台资源，在此基础上构建公共安全领域的数字孪生应用体系，并开发智慧城市建设相关管理平台。同时，在智慧城市 IOC, 城市管理, 交通, 和旅游等相关行业领域构建相应的应用体系。

2.3建设内容

斜率模型、BIM、空间信息数据等三维信息、平面信息数据和智能感知数据等多源信息协同处理，在构建数字化孪生环境中的空间呈现；

多层次呈现三维空间，涵盖外部环境、建筑主体、内部区域以及结构单元个体等细节。模型能够按照层次分布展示；

（3）具备气象、光照、应急、建筑物、视频融合等多种三维仿真能力；

（4）提供数字孪生场景中地名地址、路径规划、缓冲分析等分析功能；

（5）集成实景引擎，实现实景与三维场景的联动与切换；

基于数字孪生三维引擎平台，在构建数字化应用场景时，请注意其中包含公共安全领域的数字化孪生系统以及机器人智能管控平台。

3总体设计

3.1设计原则

本项目设计秉持科学性、客观性、实用性与前瞻性的指导原则。在充分利用现有建设系统的资源配置的同时，特别注重节约前期系统的建设资金投入，并准确反映分局立体化防控体系的实际应用需求。

项目设计原则如下：

1、技术的先进性、前瞻性和实用性

当前技术发展速度极快。项目所采用的技术展现出先进的技术水平，并预示着未来技术研发方向具有前瞻性。同时这些技术都具备显著的应用价值从而保证在项目完成后相当长的一段时间内不会出现技术落后的情况。在应用这些先进技术时我们始终坚持避免采用未经验证和不成熟的技术及概念以确保项目的顺利实施并保持技术领先地位。

2、厉行节约、经济性原则

在系统设计中遵循整合资源、节约利用、相互共享的原则；合理利用现有的系统资源，并尽量避免重复建设及浪费；充分运用现有建设应用系统，并对其进行优化升级；整合各部门现有的信息系统以及共享的信息资源；最大限度降低投资成本。

3、系统的开放性和安全性

以信息资源为基础建立的综合应用系统，在设计阶段需通过特定机制实现内外部系统的资源互通，并推动内部系统的功能整合以及外部系统的资源共享。该系统将构建统一的信息服务接口体系，在保证信息安全的前提下促进各子系统的协同工作能力提升。同时，在实际运行中需注意优化资源配置效率，在确保各业务功能充分开发的同时，则需采取相应的安全措施以保护敏感数据不被泄露或篡改；对于不同业务类型的需求则需采用差异化的技术方案来满足其特殊性要求；另外，在具体的实施过程中还应当根据实际应用场景的特点来制定合理的保障措施策略

4、保证规范的可扩展

系统设计遵循应用功能划分模块化与业务流程整合优化的设计原则。严格遵循平台内外部通信与数据共享的基本要求，并涵盖兼容性和互操作性的需求，在满足未来系统规模扩张计划、业务应用扩展目标以及配套软件升级规划的基础上构建完整的体系框架；同时严格遵守国家及行业相关的技术标准与规范要求，并确保系统的接口规范统一且标准化以实现信息资源的有效共享与系统的可扩展性保障。

5、延续性和兼容性

系统设计是基于前期项目建设而展开的,并非独立存在的单一项目.因此,在建设项目实施过程中必须重视与现有项目的衔接,其建设内容需全面考虑到与现有系统的延续性和兼容性等.

6、面向业务，面向实战

本系统设计遵循"以业务为导向""以实战为中心""以服务为基础"的设计原则，在实际运用中采用"实用性强""功能性突出""操作便捷性高"的标准进行考量。该系统设计全面反映立体防控体系建设的实际成效与作战能力水平。

3.2设计约束

本系统开发过程中需要遵循以下限制条件：

1）、系统体系结构主要采用B/S架构；

2）、客户端为标准Intel架构，浏览器为Chrome50及以上；

3. 在软件设计中需考虑采用物理隔离技术以确保网络环境的安全性，并对部分第三方服务系统实施通过互联网进行数据接入的策略。

3.3性能设计

伴随着互联网技术的全面普及,社会各层面对于业务系统响应时效的需求日益提高。当前在实践应用中普遍采用的一个核心指导原则是"3-5-8"效能管理法,已逐渐演变为行业内的通行做法。

遵循该原则，在以下情况下展现系统的性能特征：当客户向系统发送请求时，在3秒内完成响应则表现出卓越的表现；而在5秒内完成则能让客户感到满意；然而，在等待时间达到8秒或更久时，则可能导致客户的不满情绪。

1、并发用户数和吞吐量要求

系统应支持不少于1000用户的在线 concurrent access，在线与离线请求的比例设定为2:1，并行访问强度设定为20%。该系统必须能够处理至少2,888个每日高峰时期的 concurrent request。

2、响应时间要求

1）、系统平均响应时间(ART) ≤3秒；

2）、系统一般最大响应时间(MRT)≤5秒；

3.4运行环境

3.4.1网络拓扑

3.4.2主机环境

类别	配置	数量
系统应用服务器	结构：2U机架式CPU：2.1GHz/8-core处理器内存：16个DIMM插槽32G硬盘：8个2.5英寸硬盘位2T硬盘（固态硬盘）网卡：2GE扩展槽：7PCIe陈列卡：支持Raid0、1、10、5、50、60等，支持cache超级电容保护，提供raid状态迁移，raid配置记忆、自诊断、Web远程设置。光驱：内置光驱电源：标配热插拔电源，支持1+1冗余	2台
数据库服务器	CPU：2* 2.1GHz/8-core处理器内存：416G内存硬盘：2600G 系统盘，54T SATA数据盘，SR430卡网卡：2GE扩展槽：7PCIe陈列卡：支持Raid0、1、10、5、50、60等，支持cache超级电容保护，提供raid状态迁移，raid配置记忆、自诊断、Web远程设置。光模块：2GE+210GE无模块电源：2*550W电源	1台

3.4.3软件环境

应用服务器端：

主机操作系统：Windows 2012 R2或者Linux 7.0以上 （64位）

Java虚拟机：JDK1.8版本及以上

Web中间件：Tomcat7及以上

数据库：PostgreSQL、MySQL

客户端：

开发工具：Eclipse、JAVA

操作系统：Microsoft Windows 7及以上

浏览器版本：Chrome50及以上

3.5总体架构

3.5.1技术架构图

数字孪生平台-总体架构图

3.5.2功能结构图

数字孪生平台-功能结构图

3.5.3数据流程图

数字孪生平台-数据流程图

4系统功能设计

4.1数字孪生平台

4.1.1数字孪生基础平台

4.1.1.1数据融合

平台整合了多种三维建模数据（如倾斜摄影与BIM模型），结合实景影像资源，并通过多源物联网感知技术（包括传感器监测、视频采集及位置信息获取）构建感知层；同时针对公安系统应用需求与交通管理业务特点，在城管执法及旅游服务等领域开展专题化服务；最后通过异构数据的融合与动态展示功能，在基础地理要素（如POI）、二维地图及高精度地图等多种时空尺度下构建数字孪生底座

支持的数据格式包括GeoJson、3DTiles、glTF、GLB、PBF、JSON等；

该区域内的二维地图服务涵盖易智瑞地图、高德地图、天地图以及谷歌地图等版本，并且这些服务都支持OGC WMS、WMTS、MapServer、TMS和OSM等多种服务格式。

基于用户的特定需求，在数据融合的支持下主要涵盖的内容包括以下几点：具体包括以下表格所示。

场景渲染

序号	内容包括	标识	描述
1	专题数据	LD_SJRH_ZTSJ	公安、交通、城管、旅游等行业应用数据
3	三维数据	LD_SJRH _SWSJ	倾斜、BIM、人工模型等三维数据
4	POI数据	LD_SJRH_DTBZ	POI动态标注可视化
5	物联网数据	LD_SJRH_WLWJR	视频、传感器、GPS等数据
6	二维地图	LD_SJRH_EWDT	二维地图同步呈现
7	高精度地图	LD_SJRH_GJDDT

4.1.1.2地图浏览

平台支持数字孪生地图从室外、建筑物单体、室内、构件等多级显示。

4.1.1.2.1 三维浏览

通过与实景地图及鹰眼图的联动实现三维地图的支持功能。该系统可采用第一人称和第三人称视角进行查看，并根据指定路线进行漫游探索。固定点位进行旋转观察以获取更广阔的视野范围。系统提供多种多样的场景切换模式供用户选择。

该系统提供一个基于参数设置的场景切换功能，
能够生成预设循环播放序列，
允许通过API接口快速导入自定义动画配置文件。

4.1.1.2.2 实景浏览

实现对场景地图的加载显示功能，并使POI及相关组件自动反投至正确位置。对影像图像进行缩放和平移处理操作，并支持前移和后移功能的交互。系统能够根据当前定位点计算与其目标站点的距离，并通过点击探圈影像完成定位跳转至目标位置。支持在室外街景地图与其他室内全景图像之间灵活切换。

4.1.1.2.3 BIM浏览

平台提供多种BIM模型展示方式以满足多样化需求包括立体呈现、分类收纳以及层次分解等多种表现形式。具体来说机械类等BIM模型采用分解式展示内部结构而建筑类BIM模型则采用分层和抽屉的方式进行呈现。

该平台具备多种视图显示功能。其中一种功能是通过剖面视图详细展现建筑内部结构；而基于BIM技术生成的透视视图则展现了建筑的整体布局；将BIM模型作为主图表则展现了建筑的微观细节部分；这两种视图形式相互配合；此外在平面地图上标注了建筑内的各个重要 POI 信息；这些图形不仅展示了建筑的整体布局及空间关系；而且有助于快速定位到特定区域和位置

该平台具备BIM模型的检索、定位、标注以及编辑等功能。
通过本系统中的数据库系统（数据库），可搜索并识别出目标建筑结构的基本构件单元。
该系统不仅支持基本构件单元的修改和删除操作，在线设计环境中还可以方便地添加新的构件单元。
对于关注的重点建筑结构相关组件，则可以通过本系统进行标注操作，并支持图形绘制以及详细的文本说明方式。

4.1.1.3图形绘制

4.1.1.3.1点线面绘制

该平台允许用户在三维空间中创建点、线、面等基本几何图形，并提供预设的符号样式选项；同时支持扩展功能以及个性化定制。

4.1.1.3.2箭头绘制

该系统具备绘制各种类型攻击性矢量的能力，并且这些矢量能够应用于公安、应急等指挥调度工作。

4.1.1.4空间量测

4.1.1.4.1三维量测

该系统在三维空间量算方面实现了相应的计算需求，并且能够对物体的长度、高度、角度以及面积进行精确计算。

基于用户的普遍需求，并结合软件的友好性特点，场景浏览这一功能具体涵盖以下几个方面：包括但不限于数据检索、信息分类以及结果展示等。

空间量测

序号	内容包括	标识	描述
1	长度测量	LD_KJLC_CDCL	三维场景中的长度进行测量
2	高度测量	LD_KJLC_GDCL	三维场景中的高度进行测量
3	角度测量	LD_KJLC_JDCL	三维场景中的角度进行测量
4	面积测量	LD_KJLC_MJCL	三维场景中的面积进行测量

4.1.1.4.2实景量测

该系统能够实现对单体图像的距离与长度数据获取，并基于激光点云技术的多维空间数据构建能够实现对物体表面长度与面积的数据计算

4.1.1.5虚拟仿真

实现三维空间中的虚拟仿真实验系统，并涵盖气象、光照等场景功能模块

针对用户的普遍需求，并结合软件的友好性特点，在技术层面主要涉及的内容包括：如上表格所示

序号	内容包括	标识	描述
1	气象仿真	LD_XNFZ_QXFZ	支持雾雨雪晴等条件下气象仿真。
2	昼夜仿真	LD_XNFZ_GZFZ	支持早中晚多时段的太阳光照，呈现光照阴影。
4	点光源仿真	LD_XNFZ_DGYFZ
5	应急仿真	LD_XNFZ_YJFZ	支持在三维场景中呈现烟、火、爆炸等应急情况。
6	矢量建筑物仿真	LD_XNFZ_JZWFZ	矢量建筑物在三维场景中渲染成蓝色晶体模型
7	视频融合	LD_XNFZ_SPRH	实时视频流与三维模型点对点无缝融合
8	水淹仿真	LD_XNFZ_SYFZ
9	交通仿真	LD_XNFZ_JTFZ
10	预案推演仿真	LD_XNFZ_YATYFZ	指挥调度、模拟推演

4.1.1.5.1气象仿真

涵盖不同种类的天气现象，在场景中进行展现。通过仿真技术模拟大范围的大雪至小雪过程，并包括积雪覆盖地表以及建筑物屋顶等情况；同样地，在下雨过程中也能够模拟大范围的大雨至小雨过程，并包含地面积水这一细节；此外系统还能够接入气象部门提供的实时气象数据，在三维地图上实现对真实气象状况的实时更新与反馈。

4.1.1.5.2昼夜仿真

平台通过三维场景展现早间、正午时分至傍晚等不同时间段的太阳光效展示。白天时分，则整合了天空盒技术、标准太阳光效以及环境阴影处理效果；而在夜间段落，则融合了天空盒技术、具有夜晚视觉表现力的建筑模型细节以及点光源模拟效果。

4.1.1.5.3点光源仿真

平台在夜晚环境下能够模仿夜晚路灯、灯光以及道路发光情况与三维模型相互融合以呈现仿真景象。该系统具备控制灯光开关功能接人物联网控制器后可实现远程操作。点光源模拟与包含夜景的城市三维模型相互融合其仿真效果更加逼真。

4.1.1.5.4应急仿真

该技术可涵盖火灾等突发性事件的应急仿真特效技术，并支持地下管网喷水系统和报警装置的模拟应用。可用于构建公共安全和/or 应急指挥系统和/or 应急预案。

4.1.1.5.5矢量建筑物

基于二维矢量建筑信息，在三维空间中按照规定的高度参数生成蓝色晶体建筑模型；通过动态模拟抛物线运动、路网发射光线以及雷达扫描过程，在虚拟环境中展现多样化的动画效果；整合POI标注数据集，在关键建筑主体上附加具有明确指向性的标识符号（如三角锥形标示），实现重要建筑特征的有效识别和定位；该矢量建模技术不仅能够独立运行于BIM系统平台，还能够在多维度空间层面实现与其他三维建模方案的协同工作。

4.1.1.5.6视频融合

该系统可实现对RTSP、HLS等多种实时视频流的支持，并在三维场景中实现精准的点对点投射。其中部分RTSP视频可通过专用转换设备进行实时切换连接。

4.1.1.5.7水淹仿真

在极端天气状况下开展城市内涝或湖泊水位变化（波动）仿真研究。通过建立传感器数据采集系统，实时监测降雨强度、水位高度以及周边环境湿度等关键参数的变化情况。

从细微视角出发进行水淹仿真时，能够呈现出水面倒影、水流速度以及流动方向等细节特征，并展现出更为细腻的真实感。

4.1.1.5.8交通仿真

在智能交通系统中借助集成的交通物联网设备我们可以通过智能感知雷达采集道路状况信息并在三维地图上动态呈现道路上各车辆的具体位置移动速度以及行驶方向等关键参数与此同时系统还具备与红绿灯信号交互的能力从而实现道路行车状态的动态还原

4.1.1.5.9无人驾驶仿真

通过预先配置机器人（或无人汽车）的行驶路径，并基于目标位置计算出优化后的行驶路线，在平台内进行仿生编队自动驾驶操作。通过与机器人（无人汽车）之间的通信系统，在不接触的情况下即可远程调控其速度、车道等关键参数。

依托先进的车载高性能计算平台和路侧传感器装置，并结合视频设备和雷达设备进行实时感知与分析交通状况后，则该系统具备对无人车辆进行避障操作的能力。

无人驾驶系统模拟可用于多种工业领域的操作实践模拟训练。例如，在工业机器人巡防作业、快递外卖业务以及智慧港口中的智能交通系统与物流车辆的协同运作等其他相关领域中被广泛使用。

4.1.1.5.10预案推演仿真

基于应急和公共安全预案的模拟演练机制建设。在模拟事件发生后的场景下,按照既定的应急预案,对指挥调度行为的实时性进行评估。

应急预案演练工作顺利进行。模拟某大楼发生火灾等突发事件后的应急处置过程如下：
（1）组织疏散：大厦保安人员及工作人员协同指挥疏散受困人员至安全指定区域。
（2）治安维护：公安部门接警后迅速出警，在指定路段执行治安值守，并调阅周边监控录像记录现场状况。
（3）专业救援：消防部门接警后立即调度消防车辆及队员赶赴现场实施灭火救援作业。
（4）医疗支援：医疗机构接警后快速调派救护车、急诊科医疗团队赶赴现场开展急救工作。

该省公安应急预案演练过程中，在模拟警情发生时，则是以案发点为基准设置外围安全防线，在各楼层出入口布设监控摄像头，并在电梯间及外围区域布置三重防护屏障。演练阶段将组织警力进行周边区域巡逻，并对重点 suspect活动范围实施全时空监控与包围策略。

4.1.1.6空间分析

4.1.1.6.1坐标转换

整合基础时空序列数据、物联网感知数据以及各行业应用相关的专题数据库等地理空间信息库。运用几何变换等坐标转换手段实现此类数据与数字孪生三维地图的空间对齐。使其准确地呈现于该数字孪生三维地图中。

4.1.1.6.2 POI查询

时空大数据平台提供了地名地址查询服务，并具备对地点进行检索及定位的能力

4.1.1.6.3路径规划

遵循公司制定的导航图数据规范，在给定起始点与目标位置的基础上 offer路径规划服务。该服务可支持建筑内部不同楼层之间的导航路径规划。

4.1.1.6.4缓冲分析

基于当前位置信息，在其周围预先设定一个探测半径...之后，在该区域内具备在周边范围内自动获取摄像头和兴趣点等GIS数据的能力。

4.1.1.6.5管网分析

该平台提供地下管线相关分析功能，主要涵盖碰撞检测、连通性评估以及爆管影响分析。通过辅助决策工具为地下管网维护提供科学依据。

4.1.1.6.6空间计算

该平台支持基于这些关键的空间属性展开相关计算工作

4.1.1.7图表关联

平台集成多种数据可视化工具（如ECharts），支持地理信息图层与数据可视化组件的联动配置。涵盖柱状图、饼图、折线图以及雷达图等多种数据展示方式，并提供基础样式库供用户自定义并灵活配置。通过组件间的关联配置实现大数据可视化平台快速构建。

4.1.2时空大数据平台

4.1.2.1数据管理

4.1.2.1.1数据源管理

该系统可实现异构数据（即不同来源的数据）的存储与管理。文件型数据涵盖以下多种数据格式：Shape, GeoJson, Excel, CSV, GeoTiff。对于目录型数据的支持，则涵盖以下几种典型类型：TMS（Tiled Map Service）、ArcGIS切片层（Tile Layer）、矢量瓦片层（Vector Tile Layer）、三维切片层（3DTiles）。此外，在数据库领域也进行了广泛的支持工作，主要涉及Postgres, MongoDB, MySQL等常用数据库平台。

4.1.2.1.2图层管理

该平台提供图层编目管理功能，允许用户将已注册至平台的数据源用于创建并指定其对应的图层名称，并将其保存为相应的图层形式。

4.1.2.1.3元数据管理

对数据资源与服务资源的元数据信息实施管理与查询功能实现，并包含以下具体内容：具体包括数据表结构、空间范围以及坐标系等。其中的服务资源元数据信息则具体包含服务基本信息以及关联的数据源等。

4.1.2.1.2服务发布

该平台可将注册的地理图形数据资源通过发布功能提供为相关数据服务。
其中：

• 该平台可提供包括二维矢量地理信息系统（GIS）数据在内的多种地图服务类型。
• 该平台亦可提供基于遥感影像的数据获取方式。
• 该平台还支持基于TMS技术提供的地理图形分层文件以及矢量图层文件的地图展示功能，并提供基于三维分层技术的立体展示方式。

4.1.2.1.3数据更新

平台支持众包、API等方式对管理的数据进行更新。

4.1.2.2服务管理

通过发布功能获取服务资源查询结果、更新运行状态以及查看详细信息等操作。该系统的服务资源池主要包含数据类的服务、功能型的服务以及接口类的服务。平台还支持用户将第三方服务接入系统进行管理。

4.1.2.2.1数据服务

该数据服务主要服务于基础时空信息、各业务领域的专用数据以及物联网领域中的相关内容，旨在搭建相应的接口供公众获取。

4.1.2.2.2功能服务

系统为上层应用提供了基础功能服务接口，并支持其进行交互操作。该接口主要包括地图缩放、区域测量与数据查询等功能模块。具体而言，在服务管理方面主要包括以下几个部分：首先是基于地理空间的服务加载与配置管理；其次是地理空间数据的目录管理和分类浏览；此外还包括坐标系转换与投影变换等技术支撑功能。

4.1.2.2.3接口服务

支持空间地理信息系统数据集的Web API服务,可被第三方集成使用.支持技术支撑模块的设计与实现,便于集成及测试验证.

4.1.2.3地名地址管理

4.1.2.3.1精确匹配

由于人们在进行定位时往往习惯于使用地址要素的别名这一现象存在普遍性，在实际应用中我们发现当需要确定某一位置的具体信息时往往会倾向于引用与该位置相关的特定关键词或标签来进行描述和识别。基于此特性我们设计了一种能够根据输入的关键字快速检索出对应的标准地物编码并生成完整的地物信息查询结果的技术方案。该方案通过自然语言处理技术对输入的关键字进行语义分析并结合预先建立的地物编码数据库完成匹配过程从而实现精准的位置识别和信息提取功能。

4.1.2.3.2容错匹配

如果用户输入的地址存在不规范或错误的情况，则该匹配引擎能够通过识别同音字、通假字以及同义词来解析地址，并最终输出最精确的匹配信息。

4.1.2.3.3逆向匹配

将坐标信息转换为对应的地址，并将其在地图上进行呈现。基于用户的输入X、Y坐标值，通过逆向查询机制获取并确定该坐标对应的标准地址信息。

4.1.2.4运维管理

4.1.2.4.1用户管理

用于管理平台系统的用户基本信息（如用户名和密码）的功能模块中包含多个子功能：包括新增、修改以及删除操作的能力。

4.1.2.4.2权限管理

用以管理用户和应用菜单的权限关系，提供添加，编辑，删除功能。

4.1.2.4.3日志管理

统一管理平台对系统日志的操作记录进行集中监控，并采用列表形式呈现所有相关数据。该系统支持用户对存储的日志进行查阅，并且能够方便地追踪发生的所有异常事件及其具体原因。

4.1.2.4.4系统监控

实时监控系统对服务器及其相关数据服务的状态进行持续监测。其运行中的CPU负载和存储资源使用情况被详细记录下来，并纳入各系统的进程对资源需求的动态评估指标之中。对于数据服务而言，则通过跟踪每次请求过程中的行为特征来分析其运行效率与稳定性表现：包括但不限于每次请求过程中的行为追踪、每次请求过程中的行为特征统计以及基于这些特征建立的服务运行模式分析模型；同时通过收集与分析大量的历史数据来实现对服务质量的关键性能指标（KPI）的有效支撑与保障

4.2数字孪生应用

4.2.1公安数字孪生系统

4.2.1.1孪生地图

4.2.1.1.1大屏动画

一旦系统成功登录并进入主界面大屏后，则会自动播放预设动画序列以增强展示效果。对于室外部分的监控工作，在完成指定路线巡检后会对重点区域进行环视，并重点关注建筑周边区域。当完成室内外巡检任务后，在室内环境中将围绕虚拟模型展开环绕周遭的检查工作，并依次检查每层结构以确保完整性完整的一次性扫描完成后将启动预设动画循环播放功能以达到持续展示的效果

4.2.1.1.2BIM透视图

在该平台上（...），支持生成具有室内三维纹理效果的地图图元模型。系统能够展示各个物品元模型的位置及其外观特征，在此基础之上（在此基础上），我们支持设计生成具有透明效果的地图元模型。当切换透视模式时（当切换透视模式时），在整体视图模式下（在整体视图模式下），不仅能够观察当前层的模型信息（不仅能够观察当前层的模型信息），还具备向下层区域进行透视查看的能力（同时还具备向下层区域进行透视查看的能力）。这些功能特别适用于跨楼层围捕圈设置以及路径规划优化等实际应用场景（适用于跨楼层围捕圈设置以及路径规划优化等实际应用场景）。

4.2.1.1.3图层控制

警用要素层级管理采用图层控制技术实现对视频点位、人像识别、车牌识别等信息的开关展示/隐藏功能。点击任意一项元素即可查看其详细资料记录，并支持对包含10个子类别的警用要素图层进行动态配置管理。

4.2.1.1.4地图切换

该功能允许主图在二维、三维以及实景地图之间实现切换。当任意一个区域被选为主图时，默认情况下其余两个区域会被配置为鹰眼视图，并放置于屏幕底部的左右两侧位置。

4.2.1.1.5鹰眼图

当主图表完成二维或三维地图切换时，在鹰眼图表现在整体布局中呈现副图表信息。该系统设计使鹰眼图表在整体布局上具有良好的关联性，并突出显示整体地理分布情况；同时，在微观细节上与主图表相辅相成地提供信息支持。此外，在实际应用中可以通过鹰眼图表快速定位目标区域位置信息。

4.2.1.1.6第一人称浏览

采用第一人称视角的浏览方式，在地图微观场景中实现一种 browsing 流动功能。系统能够根据用户设定的特定路线或选定起始点与终点来生成相应的移动路线。进而实现以第一人称视角对所选区域进行深度探索与查看。

4.2.1.1.7 45度俯瞰浏览

从 45 度 俯视 角度 来看 ，这种 浏览 方式 在感受 上与 第一人 称 视角 下 的体 验具 有相 似之 处 。它 同样 属于 地图 细节 层面 的景 物分 析方 法 。通 过设定 特定 的 漫步 路线 或者 选定 起始 点和 终止 点来 自动生 成相 应的 漫步 路线 。进 而实 现基 于 45 度 俯视 视角 下 的地 图景 物 遍历 功能 。

4.2.1.2工具

4.2.1.2.1量测

该系统支持用户在三维地图中进行定制化设置以实现空间数据的精确量测。具体包括但不限于高度测量、角度测量等基础功能，并实时呈现计算结果供用户查看。

4.2.1.2.2搜索

输入关键字，搜索关联的POI信息，支持POI显示与定位。

4.2.1.2.3路径规划

操作者可在地图界面输入坐标点或选择任意起点和终点进行路径规划，并完成相应任务后生成路线数据以实现场景漫游体验。支持跨楼层的室内场景均能实时切换不同楼层之间的连接点位置。

4.2.1.2.4目标跟踪

利用嫌疑人手机号对目标人员实施定位操作，在2-3维地图上动态更新位置信息。

4.2.1.2.5警力标注

在三维地图中，用户能够自定义地标记警察标志。此外，在展示所有已标记的警察标志要素后，还可以执行删除和修改操作。并附加诸如名称和描述之类的实施属性信息。

4.2.1.2.6警情围捕

在突发警情发生时，在案发地点需设置嫌疑人围捕区。该围捕区被划分为三个区域：核心区、管控区及外围区，并将在地图上用不同颜色标注这三个区域。指挥中心的工作人员会调动周边巡逻警察协助搜查，在这一过程中持续观察嫌疑人动向直至将其 apprehend.

4.2.1.2.7电子围栏

设置多边形电子围栏和目标对象，当对象位置超出电子围栏时报警。

4.2.1.2.8视频接力

部署于嫌疑人行踪路径的摄像头进行实时变换，持续跟踪嫌疑人的行踪。

4.2.1.2.9视频融合

通过操作定位到地图上显示的视频点位，在线完成对显示在地图上的影像信息与三维模型的完美结合。当定位到目标位置时，在线完成对显示在地图上的影像信息与三维模型的完美结合，并使影像数据直接填充到对应位置，在二维地图上展示出真实对应于三维场景的画面内容，并使二维平面中的图像信息准确地反映出现有的实际场景情况。从而实现了画面在二维地图与三维场景之间的真实结合并形成完整的仿真效果。

4.2.1.2.10周边警力

在地图上圈选区域，显示圈内的警力资源。

4.2.2机器人数字孪生地图平台

通过数字孪生技术，在三维空间中实时呈现机器人的位置信息。该系统能够将机器人采集的热成像数据及实时视频图像相连接，并实现对这些数据的持续分析与处理。系统设计采用先进的算法模型，在保证计算效率的同时确保了分析结果的高度准确性和一致性。在实际运行过程中，系统能够快速响应环境变化并自动优化参数设置。

4.2.2.1数字孪生地图

4.2.2.1.1量测

用户能够在三维地图中自定义空间测量功能，并根据需求选择高度、角度以及长度和面积的精确测定方式。系统会实时呈现测得数据。

4.2.2.2图层控制

层级管理模块实现对机器人地图要素的层次化展示与管理功能。当选择特定地图要素时（如选择某个关键点），系统会自动展开其详细属性信息。该层级划分包含8项基本单元：包括高空视频桩节点、机器人操作平台、电子摄像头监控区域、红外摄像头感知空间、充电桩布置区、雨量计测站位置标示以及卷帘门操作界面等基础配置区域。

4.2.2.3地图切换

4.2.2.4气候仿真

当用户查看三维地图时，在气候模式下可以选择特定的环境设置，并通过变换不同的天气状况来观察地图的不同呈现方式。例如：阳光直射时的晴朗景象；入夜后的阴暗氛围；大风影响下的开阔空间；小范围内强降水量带来的积水区域；以及积水导致的地表下降现象。

4.2.2.5鹰眼图

主图在二维、三维地图间进行切换时，副图自动显示在鹰眼图中。

4.2.2.6地形仿真

三维地理信息可视化模块...支持基于数字高程数据集的地形模拟环境构建模块...其中其核心功能不仅包含展示数字化的地貌形态及其相关属性信息...并详细解析地势特征参数如等高线方向导数等关键指标...机器人可在不同地形环境下进行动态驾驶效果模拟研究

4.2.2.7机器人视角浏览

该方法即是采用机器人第一人称视角进行的特定场景下的导航操作。具体而言，在实际应用中可采取设定特定路径或手动指定起止点的方式进行路线规划，并基于此生成完整的漫游路线。其主要功能是实现机器人在设定的路径上以第一人称视角对相关区域进行全方位的环境感知与数据采集。

4.2.2.8俯瞰浏览

俯瞰式浏览与第一人称视角浏览具有相似性，并同样属于地图微观区域内的导航模式。用户可通过预先规划路线或手动设置起止点来完成导航任务；随后系统会从45度俯视角度对场景进行深度探索。

4.2.2.9手动浏览

用户可以通过键盘和小鼠来操控观察视角的变换，并执行拖拽平移、缩放操作以及前后移动等基本操作；系统还支持手动设置深入细节观察区域并自由探索地图中的微观场景区域。

4.2.2.10搜索

对各图层要素进行搜索、定位。

4.2.2.2实时监控

4.2.2.2.1实时监控

可实时显示机器人当前的状态, 正在执行的任务,实时位置等。

4.2.2.2.2任务控制

后台系统具备当前选中的机器人执行特定任务时暂停、挂起或返航的能力，并能切换至人工操作模式；在执行过程中能够实时调整机器人的运行速度与转向方向等关键参数；确保在完成任务后及时切换回全自动化模式以保证系统的稳定性与安全性。

4.2.2.2.3实时位置/信息

实时显示选中机器人的当前位置和单个任务的轨迹。

4.2.2.2.4实时视频

即时呈现选中机器人上两种类型的摄像头的画面，并通过视频播放器内的调节按钮来实现对这两种摄像头的调节和控制。

4.2.2.2.5巡检部件

监控页面中显示机器人当前任务下检测的部件信息。

4.2.2.2.6设备状态

监控页面中显示当前机器人上的各顶设备的实时运行状态。

4.2.2.2.7异常告警

当出现异常时，可在界面上以红色文字/图片等方式醒目的提示操作员。

当遇到突发重大问题时，可采用多种通讯手段将信息传递至指定的紧急联系人手机上。

4.2.2.2.8语音对讲

支持机器端和后台软件之间的语音对讲功能。

4.2.2.2.9模拟驾驶

在地图中，在选择一个机器人实例的前提下，在完成路线规划后进行模拟驾驶训练，并从机器人视角实时监控道路行驶状况

5系统安全设计

5.1数据传输安全设计

本系统的数据传输安全设计主要依赖于机房内网络安全设备的基础保障作用。该系统包含多台关键服务器节点，在这些节点上存储着大量重要数据或是支撑整个系统运行的核心功能单元；这些节点同时也是遭受黑客攻击的重点对象之一。因此建议在信息网络管理中心现有安全措施的基础上实施改进方案：即在每个服务器上安装基于主机保护机制的入侵检测装置并实现实时监视与网段监控功能；同时对所有接入服务器的人及终端设备均需建立严格的认证流程。

网络安全采用了以下措施：配置防火墙装置；部署网络入侵检测系统（NIDS）；利用自动化工具辅助检查和人工审查两种方法对安全漏洞进行扫描。

防火墙：实现了对外部应用程序访问的严格控制，并采取措施阻止外部未经授权的网络攻击和数据窃取行为；

入侵检测系统：旨在识别来自信息中心外部的外来系统入侵，并作为支撑持续优化网络信息安全的重要手段。

漏洞扫描工具：对系统的安全漏洞进行自动扫描，报告系统的安全漏洞。

5.2应用系统安全性设计

5.2.1用户权限

保障系统安全的方法是依靠用户身份认证和权限管理这两种手段来实现的。
每个用户都拥有独特的系统模块使用权利。
根据不同的角色设置相应的功能权限设置。
采用访问控制机制来规范用户的访问行为以确保系统的安全性

系统安全防护工作主要包含四个核心方面：身份认证、权限管理、安全审计以及数据备份恢复方案。其中针对身份认证和权限管理的部分采用统一的身份认证流程，并实施分权的权限管理机制。

身份认证：用于识别用户身份；

访问控制：用于数据的访问授权与控制；

安全审计：用于记录用户对数据和资源的访问。

针对各种需求, 系统提供了两类安全管理模式. 其中一类基于现有架构, 提供了组织机构. 角色. 用户. 权限的管理功能, 用户只需在登录界面输入账号信息即可完成操作. 另一类则通过整合现有资源实现统一身份认证.

基于系统的安全管理系统为服务系统提供了统一的管理体系，在该体系下涵盖了多个核心的安全保障模块。具体而言包括：用户的账号配置与权限设置、用户的访问权限控制以及相关的日志记录追踪；此外还包含数据访问的安全管控措施和变更操作的安全防护机制等多方面的安全保障措施。

用户管理主要负责实现组织架构、角色划分、用户身份信息的确定以及日常维护与更新等内容，这些要素共同构成了以下的安全控制模型。

权限管理模型

每个用户或角色都可以被赋予对可访问的系统功能与数据进行控制的能力，并且不同权限等级的用户在登录系统时通常会见到不同的界面功能与数据展示。

5.2.2Web应用

Web应用程序的网络安全难以在网络边界处实施有效的防护措施，并且多种多样的攻击手段使得彻底消除风险变得困难。因此，在软件开发过程中应采取安全编码措施，通过代码设计从源头上消除潜在的安全漏洞，并实现未雨绸缪、主动防御的目标。

Web程序的安全威胁主要包含跨站脚本漏洞及其引起的相关风险。
其中一类是跨站脚本漏洞问题（Cross-Site Scripting, XSS），这类问题通常通过不安全的外部资源输入导致恶意代码被注入到网页界面中。
另一类则是SQL注入问题（SQL Injection），这类问题多发生在数据库操作中。
针对上述两种常见威胁的具体表现形式及应对策略，
在实际开发过程中应当遵循以下原则与技术措施来保障应用系统的安全性。

1、XSS跨站脚本攻击

1）漏洞成因

由于WEB程序未能对用户提交的变量中的HTML代码进行过滤或转换而导致这一现象的原因十分简单

2）漏洞形式

这里所说的形式，实际上是指WEB输入的形式，主要分为两种：

显示输入

隐式输入

其中直观体现用户的操作必须进行数据录入（...），然而隐式的操作通常无需用户提供任何数据。然而在某些情况下（...），用户可以选择通过额外的数据干预这一过程。

显示输入又可以分为两种：

输入完成立刻输出结果

在输入完成时先将数据存储于本地文本文件或数据库中，并在完成后将处理后的结果输出至客户端系统；而隐式的输入通常除了处理常规情况外，则可以通过服务器端或Web应用程序来处理异常信息的机制来实现这一功能。

3）漏洞危害

比较典型的危害包括但不限于：

获取其他用户Cookie中的敏感数据

屏蔽页面特定信息

伪造页面信息

拒绝服务攻击

突破AABB信息系统网络内网不同安全设置

与其它漏洞结合，修改系统设置，查看系统文件，执行系统命令等

4）其它

通常情况下,上述的危害往往会伴随着页面发生形变.而所谓的跨站脚本攻击漏洞,则是指通过对方网站实施攻击的行为,在一定程度上能够隐藏发起者的身份.

5）解决方法

应防止跨站脚本执行漏洞的发生。这要求程序员与用户共同采取措施。一方面，程序员需过滤或转换所有来自用户的HTML代码，并限定用户的提交数据长度；另一方面，则要求用户不应轻易访问他人的链接，并禁止浏览器运行JavaScript和ActiveX代码。

2、SQLINJECTION数据库注射攻击

1）SQLInjection定义

所谓SQL Injection（即）是一种通过向包含有SQL语句执行功能的应用程序（如Web应用程序）中提交经过精心构造的数据请求的方法（即），其本质是通过巧妙设计的数据输入形式绕过应用程序中的安全机制（例如数据库管理系统的默认权限控制）。这种方法使得未授权访问或数据获取成为可能（即），从而突破了传统的SQL查询权限限制（例如防止未经许可的数据读取或修改）。

2）SQLInjection原理

随着Web应用程序日益复杂,大多数Web应用程序通常会采用数据库作为后端支持系统,而Web应用程序则会接收用户的搜索参数用于构造查询指令,这意味着用户提供的一些搜索参数能够一定程度上影响最终结果。然而若Web应用程序对用户的输入进行较为宽松的过滤机制,攻击者可能向系统发送恶意输入数据,即使这些恶意数据经过处理后仍然无法触发明显的异常反应,甚至可能导致该查询语句按照攻击者的意愿执行,尽管组合后的查询语句存在语法错误也会被系统执行。

3）SQLInjection危害

SQL Injection的危害主要包括：

暴漏敏感信息

提升WEB应用程序权限

操作任意文件

执行任意命令

SQLInjection 技巧

利用SQL Injection的攻击技巧主要有如下几种：

逻辑组合法：通过组合多种逻辑查询语句，获得所需要的查询结果。

异常信息提取法：特意设计一系列查询语句去测试数据库运行状态，在此过程中出现的异常记录中包含了重要的原始数据。

有限列举法：被恰当地构建为查询语句的数据库系统能够迅速列举任意数据存储在其中的信息。

移花接木法：利用数据库已有资源，结合其特性立刻获得所需信息。

4）预防手段

要做到预防SQL Injection, 数据库管理员应做到：

应用系统使用独立的数据库帐号，并且分配最小的库，表以及字段权限

禁止或删除不必要的存储过程

必须使用的存储过程要分配合理的权限

屏蔽数据库错误信息

5）WEB程序员则应做到

对用户输入内容进行过滤

对用户输入长度进行限制

注意查询语句书写技巧

5.2.3 审计日志

本系统必须配备全面的日志管理功能。为了确保每位员工的所有工作行为均被详细记录下来，并涵盖所有重要数据变更的情况，请放心采用该系统方案设计。该系统将帮助我们全面监控整个计算机房的安全状态，并防止个别工作人员利用职务之便进行不正当行为。对于每位员工的所有动作均实施详细记录，并且对于关键表在执行前后的状态变动也要做出详细登记。我们的设计还特别考虑到了方便管理员根据实际需求快速调取相关日志信息这一重要需求

系统日志功能可归纳为三个方面：

不仅能够追踪不同系统的运行状态变化情况；还能够生成针对恶意攻击事件的详细日志；同时还能捕捉并存储因安全漏洞导致的功能异常行为。

2）负责识别各类安全事故，并通过实时监测捕捉各类安全事件。系统需详细记录每起事故的发生时间、具体位置及事件性质等关键信息。

3）保存、维护和管理日志。

按照日志产生的系统可分为系统日志和审核业务日志。

1、系统日志

首先, 系统对安全性事件进行记录, 生成安全日志记录. 安全性事件涵盖登录/ logout 系统操作以及密码变更等各类操作. 通常情况下, 操作系统、数据库管理系统和应用系统各自具备独立的日志功能, 会产生相应的安全日志记录. 为了确保系统的正常运行, 建立统一的管理与规划体系以实现各系统的日志协调工作, 避免遗漏性检查.

此外，在系统运行期间应当配备专职人员定期对审计日志进行分析，并及时识别潜在的安全隐患，在发现问题后采取相应的防范措施以防止安全事故的发生。

2、业务操作日志

系统各业务单元应当实时生成运行为日志，并对各子系统的功能操作、用户登录行为、口令变更以及退出操作等进行详细记录。这些记录应当由专职人员负责对这些记录进行分析工作：一方面及时发现可疑行为后，并采取相应控制措施以确保系统的安全性；另一方面，则需监控各项业务操作的具体流程及其发生时间。

5.3数据存储安全性设计

数据安全涵盖着数据处理过程、信息传递环节以及存储与恢复机制三个方面。本系统在制定信息安全策略时特别强调"数据资源中心"这一核心区域的安全保障方案。

数据使用安全主要依靠通过权限调控来保障数据安全。此外日志追踪了数据库操作记录便于明确责任归属确保数据安全有据可依。

6系统软硬件清单

序号	名称	数量	备注
1	数字孪生基础平台	1	含软件使用说明书
2	时空大数据平台	1	含软件使用说明书
3	公共安全数字孪生系统	1	含软件使用说明书
4	机器人管控平台	1	含软件使用说明书