从平面到孪生：一个智慧档案库房空气质量 3D 可视化监控系统的落地全流程

[文书库 A]
├── 多气体传感器 × 6（PoE）
├── 温湿度记录仪 × 3（PoE）
├── 甲醛传感器 × 1（RS485）
└── UV 传感器 × 1（4–20mA）
    │
    └──→ [PoE 交换机 A] ──┐
                           │
[特藏库 B]                 │
├── 多气体传感器 × 2（PoE）│
└── 温湿度记录仪 × 2（PoE）│
    │                     │
    └──→ [PoE 交换机 B] ──┼──→ [边缘网关] ──→ [监控主机]
                           │
[技术用房 C]               │
├── 多气体传感器 × 2（PoE）│
└── 温湿度记录仪 × 1（PoE）│
    │                     │
    └──→ [PoE 交换机 C] ──┘
    
[公共区域 D]
└── 多气体传感器 × 1（PoE）
    │
    └──→ [PoE 交换机 A]

[监控主机]
├── HONSOR-V1.0 平台
├── 3D 可视化引擎
├── 数据库（InfluxDB + MySQL）
└── Web 服务器（Nginx）

# 边缘网关配置示例
connections:
  - name: modbus_tcp_sensors
    type: modbus_tcp
    host: 192.168.1.100
    port: 502
    devices:
      - id: AIR-A-01
        type: multi_gas
        registers:
          pm25: {addr: 0x0001, type: float}
          pm10: {addr: 0x0003, type: float}
          tvoc: {addr: 0x0005, type: float}
          co2: {addr: 0x0007, type: float}
      - id: TH-A-01
        type: temp_humidity
        registers:
          temp: {addr: 0x0001, type: float}
          humi: {addr: 0x0003, type: float}

  - name: snmp_sensors
    type: snmp
    version: v2c
    community: public
    devices:
      - id: TH-A-02
        oids:
          temp: 1.3.6.1.4.1.2021.13.16.2.1.2.1
          humi: 1.3.6.1.4.1.2021.13.16.2.1.2.2

  - name: rs485_sensors
    type: modbus_rtu
    port: /dev/ttyS1
    baud: 9600
    devices:
      - id: HCHO-A-01
        type: formaldehyde
        registers:
          value: {addr: 0x0001, type: float}

  - name: analog_sensors
    type: analog
    channels:
      - id: UV-A-01
        type: 4_20ma
        range: [0, 100]  # UV 指数

// 边缘侧数据清洗伪代码
function cleanData(rawData) {
  // 1. 量程过滤
  if (rawData.pm25 < 0 || rawData.pm25 > 1000) {
    return {quality: 'invalid', reason: 'out_of_range'};
  }
  
  // 2. 跳变抑制（5秒内变化超过50%视为异常）
  const lastValue = getLastValue(rawData.asset_id, 'pm25');
  if (lastValue && Math.abs(rawData.pm25 - lastValue) / lastValue > 0.5) {
    return {quality: 'doubtful', reason: 'sudden_jump'};
  }
  
  // 3. 一致性校验（多传感器交叉验证）
  const neighborValues = getNeighborValues(rawData.space_id, 'pm25');
  const avg = calculateAverage(neighborValues);
  if (Math.abs(rawData.pm25 - avg) / avg > 0.3) {
    return {quality: 'doubtful', reason: 'inconsistent_with_neighbors'};
  }
  
  // 4. 物理合理性（湿度高时PM2.5可能偏高）
  const humidity = getLatestValue(rawData.space_id, 'humidity');
  if (humidity > 70 && rawData.pm25 < 10) {
    return {quality: 'doubtful', reason: 'unreasonable_low_pm25'};
  }
  
  return {quality: 'good', value: rawData};
}

CAD 图纸
  ↓（提取墙体、门窗、柱子）
SketchUp 粗模
  ↓（简化细节，保留关键结构）
Blender 精模
  ↓（添加材质、UV 展开、优化面数）
glTF/glB 格式
  ↓（压缩、LOD 生成）
3D 可视化引擎加载

县档案馆
├── 3F
│   ├── 文书库A
│   │   ├── A区
│   │   │   ├── 01列
│   │   │   │   ├── 1.5m（传感器高度）
│   │   │   │   │   ├── TH-A-01（温湿度）
│   │   │   │   │   └── AIR-A-01（空气质量）
│   │   │   │   ├── 0.5m（底层）
│   │   │   │   └── 2.0m（顶层）
│   │   │   └── 02列
│   │   └── B区
│   └── 特藏库B
│       ├── 柜内
│       │   ├── CAB-01
│       │   │   └── TH-B-01
│       │   └── CAB-02
│       └── 柜外
│           └── AIR-B-01

{
  "scene_id": "county_archive_3f",
  "version": "1.0",
  "spaces": [
    {
      "space_id": "3F-WS-A-01-1.5",
      "path": ["县档案馆", "3F", "文书库A", "A区", "01列", "1.5m"],
      "position": {"x": 2.4, "y": 1.5, "z": 0.6},
      "bounds": {"min": [2.0, 1.3, 0.5], "max": [2.8, 1.7, 0.7]},
      "assets": [
        {
          "asset_id": "TH-A-01",
          "type": "temp_humidity",
          "metrics": ["temp", "humidity"],
          "update_interval": 30
        },
        {
          "asset_id": "AIR-A-01",
          "type": "multi_gas",
          "metrics": ["pm25", "pm10", "tvoc", "co2"],
          "update_interval": 30
        }
      ],
      "visualization": {
        "type": "volume",
        "color_mapping": {
          "metric": "pm25",
          "ranges": [
            {"min": 0, "max": 35, "color": "#00ff00"},
            {"min": 35, "max": 75, "color": "#ffff00"},
            {"min": 75, "max": 150, "color": "#ff9900"},
            {"min": 150, "max": 500, "color": "#ff0000"}
          ]
        }
      }
    }
  ]
}

// Three.js 数据绑定伪代码
class DataDrivenRenderer {
  constructor(scene, dataBus) {
    this.scene = scene;
    this.dataBus = dataBus;
    this.bindings = new Map();
    
    // 订阅数据更新
    this.dataBus.on('data_update', (data) => {
      this.updateObject(data);
    });
  }
  
  // 绑定空间与数据
  bindSpace(spaceId, object3D, metrics) {
    this.bindings.set(spaceId, {
      object: object3D,
      metrics: metrics,
      lastValues: {}
    });
  }
  
  // 更新对象状态
  updateObject(data) {
    const binding = this.bindings.get(data.space_id);
    if (!binding) return;
    
    // 更新缓存值
    binding.lastValues[data.metric] = data.value;
    
    // 根据指标类型更新渲染
    switch (data.metric) {
      case 'pm25':
        this.updatePM25Visualization(binding.object, data.value);
        break;
      case 'temp':
        this.updateTemperatureVisualization(binding.object, data.value);
        break;
      case 'humidity':
        this.updateHumidityVisualization(binding.object, data.value);
        break;
    }
    
    // 更新信息面板
    this.updateInfoPanel(data.space_id, binding.lastValues);
  }
  
  // PM2.5 可视化：颜色渐变 + 粒子效果
  updatePM25Visualization(object, pm25) {
    let color;
    if (pm25 <= 35) color = 0x00ff00;      // 优
    else if (pm25 <= 75) color = 0xffff00; // 良
    else if (pm25 <= 150) color = 0xff9900;// 轻度污染
    else color = 0xff0000;                 // 重度污染
    
    object.material.color.setHex(color);
    object.material.emissive.setHex(color);
    object.material.emissiveIntensity = 0.2;
    
    // 添加粒子效果（污染严重时）
    if (pm25 > 150) {
      this.addParticleEffect(object, pm25);
    }
  }
}

// 历史回放控制器
class HistoryPlayback {
  constructor(dataSource, renderer) {
    this.dataSource = dataSource;
    this.renderer = renderer;
    this.playbackSpeed = 1; // 1x, 2x, 5x, 10x
    this.isPlaying = false;
    this.currentTime = null;
  }
  
  // 加载历史数据
  async loadHistory(startTime, endTime) {
    this.historyData = await this.dataSource.query({
      start: startTime,
      end: endTime,
      metrics: ['pm25', 'temp', 'humidity']
    });
    
    this.currentTime = startTime;
  }
  
  // 开始回放
  play() {
    this.isPlaying = true;
    this.playbackLoop();
  }
  
  // 回放循环
  playbackLoop() {
    if (!this.isPlaying) return;
    
    // 获取当前时间点的数据
    const currentData = this.historyData.filter(
      d => d.ts === this.currentTime
    );
    
    // 更新 3D 场景
    currentData.forEach(data => {
      this.renderer.updateObject(data);
    });
    
    // 更新时间轴 UI
    this.updateTimeline(this.currentTime);
    
    // 前进时间
    this.currentTime += 30 * 1000 * this.playbackSpeed; // 30秒间隔
    
    // 继续循环
    setTimeout(() => this.playbackLoop(), 100); // 100ms 刷新率
  }
}

+-------------------------------------------------------+
| 标题栏：县档案馆 3F 空气质量监控系统                  |
+-------------------------------------------------------+
| 工具栏：漫游 | 飞行 | 聚焦 | 测量 | 截图 | 全屏       |
+-------------------------------------------------------+
|                                                       |
|              3D 场景区域                              |
|              （可旋转、缩放、平移）                   |
|                                                       |
|    [传感器图标]  [密集架模型]  [热力图叠加]           |
|                                                       |
+-------------------------------------------------------+
| 信息面板：                                            |
| - 当前选中：文书库A-01列-1.5m                        |
| - PM2.5: 45 μg/m³ (良)  [趋势图]                     |
| - 温度: 21.3℃  [趋势图]                              |
| - 湿度: 52%RH  [趋势图]                               |
| - 更新时间: 2026-09-18 14:30:00                      |
+-------------------------------------------------------+
| 时间轴：=====|=====|=====|=====|=====|=====|=====    |
|         08:00  10:00  12:00  14:00  16:00  18:00     |
| [播放] [暂停] [快进] [慢放] [循环]                   |
+-------------------------------------------------------+
| 告警栏：[2条未处理] PM2.5超标(文书库A-03列) 14:25    |
+-------------------------------------------------------+

# 联动规则配置文件
rules:
  # PM2.5 超标联动
  - name: pm25_high_alarm
    condition:
      metric: pm25
      operator: ">"
      threshold: 75
      duration: 300  # 持续5分钟
    actions:
      - type: 3d_highlight
        target: space
        color: 0xff9900
        blink: true
      - type: notification
        channels: ["web", "wechat", "sms"]
        level: warning
        message: "库房{{space_id}} PM2.5超标：{{value}}μg/m³"
      - type: device_control
        target: "purifier_{{space_id}}"
        command: "turn_on"
        params: {mode: "high"}
      - type: video_capture
        target: "camera_{{space_id}}"
        duration: 30

  # 湿度高联动（防霉）
  - name: humidity_high_mold_risk
    condition:
      metric: humidity
      operator: ">"
      threshold: 60
      and:
        metric: temp
        operator: "between"
        min: 18
        max: 28
      duration: 1800  # 持续30分钟
    actions:
      - type: 3d_highlight
        target: space
        color: 0xff6600
      - type: notification
        level: critical
        message: "库房{{space_id}}霉变风险：湿度{{humidity}}%，温度{{temp}}℃"
      - type: device_control
        target: "dehumidifier_{{space_id}}"
        command: "turn_on"
      - type: log
        content: "触发防霉联动：启动除湿机"

  # 新装修区域甲醛联动
  - name: formaldehyde_alarm
    condition:
      metric: formaldehyde
      operator: ">"
      threshold: 0.08  # mg/m³
    actions:
      - type: 3d_highlight
        target: space
        color: 0xff0000
        blink: true
      - type: notification
        level: critical
        channels: ["web", "wechat", "sms", "call"]
      - type: device_control
        target: "ventilation_{{space_id}}"
        command: "turn_on"
        params: {mode: "maximum"}
      - type: access_control
        target: "door_{{space_id}}"
        command: "lock"
        reason: "甲醛超标，禁止进入"

1. 边缘网关检测到 PM2.5 = 82 μg/m³ (>75)
2. 持续 5 分钟确认（防误报）
3. 触发 pm25_high_alarm 规则
4. 事件总线广播告警事件
5. 3D 引擎响应：
   a. 高亮对应空间区域（橙色闪烁）
   b. 弹出告警信息面板
   c. 自动聚焦到异常区域
   d. 关联摄像头抓拍
6. 平台执行：
   a. 发送微信/短信通知运维人员
   b. 下发指令启动空气净化器
   c. 记录告警日志和处置记录
7. 运维人员通过 3D 界面确认：
   a. 查看实时数据和历史趋势
   b. 检查净化器运行状态
   c. 填写处置结果
8. PM2.5 降至 65 μg/m³ 后，自动解除告警
9. 3D 场景恢复正常显示