CN102930598B - 使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统，它包括至少一个监控终端，每个监控终端将采集的监控数据上传给相应的监控主机，监控主机将收到的监控数据通过TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台，监控平台对实时采集的监控数据进行分析处理，将分析结果以flash动画方式实时展示监测设备状态，并公开了利用此系统采集的监控设备的监控数据建立三维模型的方法，并在三维模型中增加状态展示组件和定位模块，完成对隧道内监控设备的状态展示和定位。这种立体直观的展示方式提高了用户体验效果，快速定位功能，方便用户快速查找相关设备，提高工作效率，在隧道内设备产生报警、发生故障和事故的时候，能及时找到设备并解除安全隐患。

Description

使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种定位并展示隧道检测设备状态的系统及方法，尤其涉及一种使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统及方法。

背景技术

随着城市化规模扩大建设速度加快，相应的城市附属设施建设同样发展迅速，电力电缆供电网络也得以快速发展，规模庞大的地下供电网络，电缆分布众多。电力行业是国家的命脉，直接关系到一个国家的生存与发展，在此行业中需要实时监控的设备种类非常繁多，监控数据非常庞大，如何将枯燥乏味的监控数据采用形象直观生动的方式进行展示，如何在设备发生故障时能够快速定位设备在隧道中的位置，这对电力在线监控行业提出了更高的要求。

现有技术中，不能将隧道内的设备状态清晰的展示出来，而且当隧道内的设备出现故障时，不能尽快定位出现故障的设备，进而不能尽快找出出现故障的设备，这就使隧道内的工作人员增加了很多工作量，而且不能直观的看到隧道内设备的状态。

申请号为201010234194.3，专利名称为三维隧道检测系统，这个专利虽然也描述了对隧道的三维建模，但只是描述了对模拟三维隧道模型的开挖面进行分块，根据现实实施工中采集到的开挖信息对模拟三维隧道模型进行分块模拟开挖，并没有解决如何对整个隧道内的设备状态进行展示及对故障设备如何进行定位。

申请号为201080028088.8，专利名称为对象内的植入设备的空间和形状表征，这个专利虽然使用了三维模型，但只是描述了重建三维模型以及将设备的模型与对象内部预定部署状态下的设备的理想模型相比较，并没有涉及到建立三维模型的具体方法，更没有涉及到在模型中如何进行设备定位以及展示设备状态，并且在对三维模型的使用领域和用途上也存在本质的区别。

申请号为200980158401.7，专利名称为使用便携式电子设备记录产生三维模型，此专利虽然使用了三维模型，但该专利是通过电子设备的移动来调整三维模型的显示部分来反映设备的移动，通过电子设备中移动感测组件、定位电路来反映设备的移动和设备在模型中的定位，此专利重点在于建模，而且设备没有状态变化，而本发明的重点是利用三维模型进行对设备实时监控，模型中设备是静止的，不能移动，设备状态的监测是通过设备的监测模块显示终端状态的变化；本发明中设备的定位不是通过定位电路来定位，而是通过三维模型中的定位模块来进行定位的。

申请号为201010123317.6，专利名称为一种人体骨科手术导航模板的制作方法及其阴模，此专利中尽管用到了三维模型，但是只是通过采集患者的原始数据，在计算机建立三维模型，在此模型基础上创建阴模三维模型，并没有在模型中用到设备，更不能显示设备的状态以及对设备的定位，所以此专利对模型的使用不仅在方式和方法上和本发明有本质区别，在使用领域和用途上也是相去甚远。

申请号为：200910177293.X，专利名称为一种工厂工艺流程的三维可视化方法，此专利中虽然提到了三维模型，但只是涉及到了三维模型的创建，并未提及三维模型中有设备，更没有设备的状态显示和设备的定位，所以此专利对模型的使用比较简单，在使用领域和用途上和本发明差别较大。

申请号为：201120475706.5，一种基于虚拟现实的地铁运营机电设备报警展示系统，此专利中虽然也用了三维模型，但是没有提及三维模型具体创建的方法，本发明中详细的阐述了三维模型的创建方法；三维模型存储源不同，此专利采用三维数据库存储模型及模型的空间分布数据，加载速度慢，性能低，虽然此专利中也提到了设备状态展示，但是此专利中状态展示只是设备正常和报警的展示，状态通过提示框显示，状态显示比较单一，此专利中有设备定位，但是此专利中定位的实现是通过报警设备标识码信息在三维模型库中进行查找和匹配，从而定位到报警设备，这种定位方法不仅浪费时间，而且定位效率较低。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统及方法，它具有提高了用户体验效果、快速定位和提高工作效率的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统，它包括至少一个监控终端，每个监控终端将采集的监控数据上传给相应的监控主机，监控主机将收到的监控数据通过TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台，监控平台对实时采集的监控数据进行分析处理，将分析结果以flash动画方式实时展示监测设备状态。

所述监控终端安装在电力隧道内，对电力隧道中各种环境数据进行采集，然后将数据上传给监控主机。监控终端是一种采用高集成度及超低功耗设计的硬件设备，可以检测隧道内温度、湿度、烟雾、水位、井盖、各种有毒有害气体，也可以对电缆护层接地电流及故障电流进行检测，以及终端控制设备：控制隧道照明、通风、排水终端。各监测终端均采用超低功耗设计，实现了常规功耗下无法实现的实时监测和数据采集。

所述监控终端采用高集成度及超低功耗设计，由前端信号调理模块、电源和通信模块、嵌入式处理单元、数据存储单元组成，监控终端采用壁挂式外壳结构设计，防护等级达到IP68标准，嵌入式处理单元分别与前端信号调理模块、电源和通信模块、数据存储单元连接。

所述监控主机是采集监控终端采集到的设备数据，然后将数据封装后传送给监控平台，监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台。

所述监控平台具备数据接收、数据处理、告警产生、实时监视、历史查看的功能。监控平台支持多种常用设备的接入，能够快速对所监控的设备进行控制与数据响应，且拥有开放式的架构，便于扩展功能及第三方平台的接入。

基于一种使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统的一种使用三维模型展示隧道检测设备状态的方法，具体步骤为：

步骤一：利用监控终端所采集的监控设备的监控数据，制作三维基础模型；

步骤二：在三维基础模型中增加设备实时状态展示效果组件，所述实时状态展示效果组件包括文本信息展示组件、光照效果展示组件、声音效果展示组件、动画效果展示组件、控制响应组件；

步骤三：对三维模型进行配置，生成配置文件；

步骤四：根据步骤三中对生成的配置文件，生成三维场景效果；在三维隧道场景中加载编辑后的设备模型；

步骤五：在三维场景中增加数据通信控制模块，用于接收监控设备实时状态，与用户之间的交互性操作；

步骤六：根据数据通讯模块获取到的设备状态信息调用三维模型中的相关组件进行效果展示。

所述步骤三的具体步骤为：利用三维模型布局编辑模块，编辑模型在隧道场景中对应的摆放坐标信息和角度信息，编辑完成后将模型相关信息保存成对应的配置文件。

基于所述一种使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统的一种使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的方法，具体步骤为：

步骤一：利用监控终端所采集的监控设备的监控数据，制作三维模型；

步骤二：在三维模型中增加设备实时状态展示效果组件，所述实时状态展示效果组件包括文本信息展示组件、光照效果展示组件、声音效果展示组件、动画效果展示组件、控制响应组件；

步骤三：对三维模型进行配置，生成配置文件；利用三维模型布局编辑模块，编辑模型在隧道场景中对应的摆放坐标信息和角度信息，编辑完成后将模型相关信息保存成对应的配置文件；

步骤四：根据步骤三中对生成的配置文件，生成三维场景效果；在三维隧道场景中加载编辑后的设备模型；

步骤五：在三维场景中增加数据通信控制模块，用于接收监控设备实时状态，与用户之间的交互性操作；

步骤六：根据数据通讯模块获取到的设备状态信息调用三维模型中的相关组件进行效果展示；

步骤七：对电力隧道中的各个设备进行编号，并对三维场景中的设备模型进行编号，设备编号和设备模型编号一一对应，不允许重复，当需要查看某个设备时，先确定设备编号，利用设备编号找到设备模型编号，利用设备模型编号，在三维模型中获取该设备的位置信息并对其进行定位并展示。

所述步骤七的具体步骤为：

（1）将设备信息及设备编号与设备模型对象的引用信息添加到三维模型字典中，根据设备编号获取到设备模型编号，利用设备模型编号获取设备模型对象的引用信息；

（2）在三维模型中点击设备模型编号，通过设备模型编号对应的设备获取到三维模型的对象引用，通过此对象引用切换到被定位设备模型的三维坐标处，调整三维界面使定位设备模型清楚展示，从而实现整个定位过程。

本发明的有益效果：

1.通过本发明可以在三维场景中采用文字、声音、光照、动画效果全方位展示监控设备的实时状态，这种立体直观的展示方式大大提高了用户体验效果，在三维场中漫游时有一种身临其境的感觉。快速定位功能，方便用户快速查找相关设备，提高工作效率，在隧道内设备产生报警、发生故障和事故的时候，能及时找到设备并解除安全隐患。

2.本发明中的定位采用内存映射方式实现，可以通过编号直接定位到设备，不需要在模型库中进行查找和匹配操作，从而节省了查找和匹配设备的时间，使定位的效率更高。

3.本发明是根据不同的配置文件可以生成不同的三维场景，根据配置文件动态加载三维模型，具有加载速度快，性能高的优点。

附图说明

图1为使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的方法系统示意图；

图2为监控设备状态在三维场景中实时展示方法流程图；

图3为三维模型编辑模块结构图；

图4为通信控制模块数据流程图；

图5为三维模型字典结构图；

图6为监控设备快速定位流程图。

其中，1.监控平台，2.监控主机，3.监控终端。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1，如图1所示，使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的方法系统示意图，它包含监控平台1，以及与监控平台1依次连接的监控主机2和监控终端3。

监控主机2安装在变电站内，作为监控平台1与监控终端3之间的媒介，实现监控平台1网络通信与监控终端3的通信协议的转换，实现对监控终端3的远程供电，通讯巡检等一系列功能。

监控终端3可以对电缆护层接地电流及故障电流进行检测，监控终端3采用超低功耗设计，实现了常规功耗下无法实现的实时监测和采集。

监控终端3与监控主机2之间采用总线连接，由监控主机2远程供电，通信采用轮询方式。

如图2所示：本图描述了制作动态三维模型以及生成三维场景的主要步骤：

首先需要制作三维基础模型，创建出符合实际要求的三维基础模型，根据隧道以及监控设备现场真实情况，通过三维制作软件制作出相应的三维基础模型，此三维模型为标准模型，是进行模型编辑的基础。

模型编辑，在基础模型制作完毕之后，再经过三维模型编辑模块编辑，根据监控设备自身特点添加不同的效果展示组件。将制作好的三维模型通过三维模型编辑模块加工处理，根据模型自身特点，增加实时状态展示效果组件。本方法中共包括五种效果组件，用于处理各种不同的展示效果，分别是文本信息展示组件、光照效果展示组件、声音效果展示组件、动画效果展示组件、控制响应组件。

模型布局，编辑好的模型就可以通过模型布局模块将三维模型布局到三维场景的相应位置处，配置完毕后将模型的坐标位置信息和角度保存到配置文件中。

生成三维场景，通过模型布局生成的配置文件，在三维隧道场景中加载编辑后的设备模型。加载不同的配置文件就可以创建不同的三维场景效果生成三维场景效果。

数据通信，三维场景中增加数据通信控制模块，用于接收监控设备实时状态，与用户之间的交互性操作。例如在三维模型中点击风机打开按钮，通过通信控制模块控制真实的风机转动，同时将风机运转状态信息回传到此设备模型中，调用模型中的动画效果组件展示风机转动效果。在生成好的三维场景中通过数据通信模块实时获取设备状态信息。

状态效果展示，根据数据通讯模块获取到的设备状态信息调用三维模型中的相关组件进行效果展示。将获取到的状态信息传递到三维模型中，通过对应的效果展示组件展示出监控设备的当前状态。

如图3所示：描述了三维模型编辑模块中包含的效果展示组件，其中包含有文本组件、光照组件、声音组件、动画组件、和操作控制组件。

文本组件：用于显示三维文本文字，可以设置文字大小、字体、颜色等属性，所显示的文本内容会自动调整显示角度，是文字正面永远朝向摄像机镜头方向。为了提高性能，所显示的文字只有在摄像机到的一定范围内才会显示，超出此范围则自动消失。

光照组件：可以生成点光源、平行光源和聚光灯光源，点光源类似于照明灯泡效果，平行光源类似于太阳光效果，聚光灯光源与聚光灯效果一致。可以通过属性调整光照强度、颜色、范围等改变灯光效果，也可以采用动画效果间隔显示光源效果，例如可以模拟报警器灯间隔闪烁的效果。

声音组件：用于增加发声效果，通过配置播放指定的声音文件，声音文件支持mp3、wav格式。

动画组件：能够实现位置移动效果、转动效果、摆动效果。移动效果可以控制模型移动，转动效果可以实现类似开门关门以及风机转动的效果。摆动效果类似于钟摆效果。

操作控制组件：主要用于将三维模型中的操作控制通知到通信控制模块中。例如在三维场景中将控制风机转动的指令发送到通信控制模块中。

如图4所示：描述了监控设备状态动态展示的基本通信流程，本流程一共分为监控设备、通信控制模块和三维模型三个部分，其中监控设备向通信控制模块提供设备的实时状态信息；通信控制模块负责状态信息和操作控制信息的传递功能；三维模型根据设备状态展示不同的状态效果。

当设备发生状态变化时，状态信息首先会传到通信控制模块中，通信控制模块接收到状态信息后，经过处理转换成三维模型能够接收的设备状态信息，处理完毕后将处理后的设备状态信息传入三维模型中，三维模型根据传入的状态调用相应的效果组件进行状态展示。

当在三维模型中进行设备操作控制时，首先将控制指令从三维模型传到通信控制模块中，通信控制模块对操作控制指令进行处理，将控制指令处理成监控设备能够接受的形式，处理完毕后将指令发送给要控制的监控设备。

如图5所示：展示三维模型字典的组织结构，三维模型字典保存了以设备编号为键值、以模型对像引用为数值的数据信息。设备编号在字典中不允许重复。通过设备编号可以快速检索到模型对象的引用信息，通过此引用信息可以获取到模型所处的三维坐标位置。通过此坐标信息就可以控制摄像机进行定位操作。

如图6所示：此图展示了三维模型中的定位流程：

1.获取设备编号信息，可以通过在界面中选择获取。

2.在三维模型字典中，查找设备编号所对应的设备模型对象引用信息。如果查找到则进入下一步操作，反之则结束定位操作。

3.每个设备模型都包含X轴Y轴和Z轴的坐标信息，根据设备模型对象引用，可以获取到设备模型在三维场景中的三维坐标信息。

4.在三维模型中点击设备模型编号，通过设备模型编号对应的设备获取到三维模型的对象引用，通过此对象引用切换到被定位设备模型的三维坐标处，调整三维界面使定位设备模型清楚展示，从而实现整个定位过程。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统，其特征是，它包括至少一个监控终端，每个监控终端将采集的监控数据上传给相应的监控主机，监控主机将收到的监控数据通过TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台，监控平台对实时采集的监控数据制作三维模型，在三维模型中增加设备实时状态效果组件，并对三维模型进行配置生成配置文件，进而生成三维场景效果，同时在三维隧道场景中加载编辑后的设备模型，监控平台对实时采集的监控数据处理结果以flash动画方式实时展示监测设备状态，所述监控终端安装在电力隧道内，对电力隧道中各种环境数据进行采集，然后将数据上传给监控主机；所述监控平台具备数据接收、数据处理、告警产生、实时监视、历史查看的功能；监控平台支持多种常用设备的接入，能够快速对所监控的设备进行控制与数据响应，且拥有开放式的架构，便于扩展功能及第三方平台的接入，所述监控主机是采集监控终端采集到的设备数据，然后将数据封装后传送给监控平台，监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台；

所述设备实时状态效果组件包括文本信息展示组件、光照效果展示组件、声音效果展示组件、动画效果展示组件和控制响应组件。

2.基于权利要求1所述使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统的使用三维模型展示隧道检测设备状态的方法，其特征是，具体步骤为：

步骤一：利用监控终端所采集的监控设备的监控数据，制作三维模型；

步骤二：在三维模型中增加设备实时状态展示效果组件，所述实时状态展示效果组件包括文本信息展示组件、光照效果展示组件、声音效果展示组件、动画效果展示组件、控制响应组件；

步骤三：对三维模型进行配置，生成配置文件；

步骤四：根据步骤三中对生成的配置文件，生成三维场景效果；在三维隧道场景中加载编辑后的设备模型；

步骤五：在三维场景中增加数据通信控制模块，用于接收监控设备实时状态，与用户之间的交互性操作；

步骤六：根据数据通讯模块获取到的设备状态信息调用三维模型中的相关组件进行效果展示。

3.如权利要求2所述的使用三维模型展示隧道检测设备状态的方法，其特征是，所述步骤三的具体步骤为：利用三维模型布局编辑模块，编辑模型在隧道场景中对应的摆放坐标信息和角度信息，编辑完成后将模型相关信息保存成对应的配置文件。

4.基于权利要求1所述使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的系统的使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的方法，其特征是，具体步骤为：

步骤一：利用监控终端所采集的监控设备的监控数据，制作三维模型；

步骤二：在三维模型中增加设备实时状态展示效果组件，所述实时状态展示效果组件包括文本信息展示组件、光照效果展示组件、声音效果展示组件、动画效果展示组件、控制响应组件；

步骤三：对三维模型进行配置，生成配置文件；

步骤四：根据步骤三中对生成的配置文件，生成三维场景；在三维场景中加载编辑后的设备模型；

步骤五：在三维场景中增加数据通信控制模块，用于接收监控设备实时状态，与用户之间的交互性操作；

步骤六：根据数据通讯模块获取到的设备状态信息调用三维模型中的相关组件进行效果展示；

步骤七：对电力隧道中的各个设备进行编号，并对三维场景中的设备模型进行编号，设备编号和设备模型编号一一对应，不允许重复，当需要查看某个设备时，先确定设备编号，利用设备编号找到设备模型编号，利用设备模型编号，在三维模型中获取该设备的位置信息并对其进行定位并展示。

5.如权利要求4所述的使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的方法，其特征是，所述步骤三的具体步骤为：利用三维模型布局编辑模块，编辑模型在隧道场景中对应的摆放坐标信息和角度信息，编辑完成后将模型相关信息保存成对应的配置文件。

6.如权利要求4所述的使用三维模型定位并展示隧道检测设备状态的方法，其特征是，所述步骤七的具体步骤为：

(1)将设备信息及设备编号与设备模型对象的引用信息添加到三维模型字典中，根据设备编号获取到设备模型编号，利用设备模型编号获取设备模型对象的引用信息；

(2)在三维模型中点击设备模型编号，通过设备模型编号对应的设备获取到三维模型的对象引用，通过此对象引用切换到被定位设备模型的三维坐标处，调整三维界面使定位设备模型清楚展示，从而实现整个定位过程。