CN105938613B - 一种基于bim和vr智慧城市管网综合平台及其管理方法和构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台及其管理方法和构建方法，包括：监测设备，部署于城市管网的关键监测位置，且与BIM中心服务平台无线通信；管控阀，部署于城市管网的关键管控位置，且与BIM中心服务平台无线通信；BIM中心服务平台，由城市管网相关的三维真实城市场景模型数据库和管控模块组成；以及VR虚拟现实平台，与BIM中心服务平台进行信息交互。本发明通过三维真实城市场景模型结合VR虚拟现实平台实现对城市管网的监测和管控，以提供管控效率和及时性，降低人力、物力成本。
Description
技术领域
本发明涉及城市管网监控技术领域，特别涉及一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台及其管理方法和构建方法。
背景技术
城市地下管线历来是城市的“血管”和“神经”，地下管线涉及给水、雨水、污水、燃气、电力、路灯、有线电视、工业等十多种地下管线，形成了一张错综复杂的地下管线网络（即城市管网），传统的二维管理方式难以准确、直观地显示地下电力管线交叉排列的空间位置关系。
“数字城市”（digital city） 是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真-虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。在数字城市中融入三维管网，即结合地理信息系统（GIS）技术、数据库技术和三维技术，直观显示地下管线的空间层次和位置，以仿真方式形象展现地下管线的埋深、材质、形状、走向以及工井结构和周边环境，极大地方便了排管、工井占用情况、位置等信息的查找，为今后地下电力管线资源的统筹利用和科学布局、管线占用审批等工作提供了准确、直观、高效的参考。
但是，目前城市管网系统只能针对监测的数据建模并输入数字城市模型展示，在城市管网的综合管理工作中，在管网设计施工阶段，需要根据管线设计参数（包括标高，尺寸，型号等）对施工和材料生产进行管理，在运营管理阶段，需要对城市管网的运行状况进行实时的监测和管控，其手段一般是通过监测设备对各管线状态进行监测，以及通过管控开关对各管线进行开关控制，目前仅在数字城市模型中无法实现实时监测和快速反应管控的功能。
有鉴于此，本发明人提出一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台及其管理方法和构建方法，其通过三维真实城市场景模型结合VR虚拟现实平台实现对城市管网的监测和管控，为城市管网的施工和运营管理提供依据。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台，包括：
监测设备，部署于城市管网的关键监测位置，且与BIM中心服务平台无线通信，用于采集城市管网的监测数据并将其发送至BIM中心服务平台；
管控阀，部署于城市管网的关键管控位置，且与BIM中心服务平台无线通信，用于接收并执行BIM中心服务平台的管控指令；
BIM中心服务平台，BIM中心服务平台由城市管网相关的三维真实城市场景模型数据库和管控模块组成；
其中，所述三维真实城市场景模型数据库中包含一融合了城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型的三维真实城市场景模型，所述三维真实城市场景模型数据库用于向VR虚拟现实平台发送轻量的可视化模型数据；
所述管控模块内置管控策略，其用于接收监测设备回传的监测数据，并将监测数据并入三维真实城市场景模型数据库中，还用于接收VR虚拟现实平台的管控指令对内置的管控策略进行修正，并将监测数据结合内置的管控策略得到管控执行指令，并发送给管控阀，用于对管控阀实施管控；以及
VR虚拟现实平台，与BIM中心服务平台进行信息交互，VR虚拟现实平台接受并展示来自BIM中心服务平台的轻量的可视化模型数据；VR虚拟现实平台还用于输入管控指令。
所述监测数据包括给水水质数据、地下道水位数据、燃气泄漏数据和漏电数据。
所述虚拟现实平台为一虚拟现实设备，其包括数据收发模块、显示屏和指令输入模块，所述指令输入模块为一按键输入板，数据收发模块通过无线或有线网络与BIM中心服务平台连接，显示屏用于显示三维真实城市场景模型数据，指令输入模块用于输入管控指令，数据收发模块用于接收模型数据和发送管控指令。
一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台的管理方法，包括以下步骤：
S1.监测设备将其采集到的监测数据发送至BIM中心服务平台的管控模块，管控模块将监测数据并入三维真实城市场景模型数据库中，与其存储的模型数据进行融合后，提供与三维真实城市场景模型对应的轻量的可视化模型数据给VR虚拟现实平台，进行虚拟实景显示；
S2. 管控人员通过VR虚拟现实平台可以看到与城市管网实时监测相关的三维真实城市场景模型，若需要可以向BIM中心服务平台的管控模块发送管控指令用于修正其内置的管控策略；
S3.管控模块将监测数据结合内置的管控策略得到管控执行指令，并将该管控执行指令发送至管控阀，对城市管网中的管控阀依据管控执行指令实施管控。
一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台的构建方法，包括以下步骤：
步骤一、通过数字摄影测量获得城市三维信息，通过工程测量获得工程测量数据，结合城市三维信息和工程测量数据建立三维真实城市场景模型、城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型，将城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型融合进三维真实城市场景模型中，并在BIM中心服务平台建立三维真实城市场景模型数据库来管理三维真实城市场景模型，还在BIM中心服务平台设立内置了管控策略的管控模块；
步骤二、根据监测设备BIM模型和管控阀BIM模型部署城市管网各关键位置的监测设备和管控阀，并使监测设备和管控阀与三维真实城市模型数据库中的监测设备BIM模型和管控阀BIM模型相对应；
步骤三、建立VR虚拟现实平台，VR虚拟现实平台与BIM中心服务平台建立信息交互关系；
步骤四、BIM中心服务平台向VR虚拟现实平台输出融合了城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型融合的三维真实城市模型数据，三维真实城市模型在VR虚拟现实平台向用户展示出来。
所述步骤一中，三维真实城市场景模型的构建方式为：数字摄影测量从航片上采集城市三维信息，生成数字城市模型和正射影像，将正射影像映射到数字城市模型上，形成三维真实城市场景模型。
所述步骤一中，各BIM模型与三维真实城市场景模型融合过程是：将城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型、管控开关BIM模型放置到三维真实城市场景模型时，指定专业BIM三维模型、监测设备BIM模型、管控阀BIM模型放置在三维真实城市场景模型中的BIM三维模型的比例尺、坐标系标准及模型族库建立规则。
所述步骤二中，根据常年城市管网事故和维修统计数据分析得出城市管网关键部位并设置监测设备和管控阀，其中监测设备包含水质监测设备、地下道水位监测设备、燃气泄漏检测设备和漏电监测设备。
采用上述方案后，本发明的有益效果是：本发明的BIM中心服务平台中的三维真实城市场景模型数据库对所有模型数据进行统一管理，这些模型数据通过发送给VR虚拟现实平台实现可视化，BIM中心服务平台中的管控模块则将监测数据进行处理，通过将监测数据并入模型数据并转发至VR虚拟现实平台，让管控人员在三维真实城市场景模型查看城市管网内的数据变化，依此在VR虚拟现实平台下达管控指令，经管控模块的处理后实现对管控阀的控制，因此本发明结合BIM与VR，将BIM模型与数字城市融合于一体，并入监测数据后能够更为直观的展示城市管网运行状态及其变化情况，大大减少城市管网问题排查的时间和问题响应的时间，降低了人力、物力的耗损，使城市管网问题处于安全预防状态，相比以往的数字城市，大大降低城市管网问题发生。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明揭示的一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台，包括：
监测设备1，部署于城市管网的关键监测位置，且与BIM中心服务平台无线通信，用于采集城市管网的监测数据并将其发送至BIM中心服务平台；
管控阀2，部署于城市管网的关键管控位置，且与BIM中心服务平台无线通信，用于接收并执行BIM中心服务平台的管控指令；
BIM中心服务平台3，BIM中心服务平台由城市管网相关的三维真实城市场景模型数据库31和管控模块32组成；
其中，所述三维真实城市场景模型数据库31中包含一融合了城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型的三维真实城市场景模型，所述三维真实城市场景模型数据库用于向VR虚拟现实平台发送轻量的可视化模型数据；
所述管控模块32内置管控策略，其用于接收监测设备回传的监测数据，并将监测数据并入三维真实城市场景模型数据库中，还用于接收VR虚拟现实平台的管控指令对内置的管控策略进行修正，并将监测数据结合内置的管控策略得到管控执行指令，并发送给管控阀，用于对管控阀实施管控；以及
VR虚拟现实平台4，与BIM中心服务平台进行信息交互，VR虚拟现实平台接受并展示来自BIM中心服务平台的轻量的可视化模型数据；VR虚拟现实平台还用于输入管控指令。
所述监测数据包括给水水质数据、地下道水位数据、燃气泄漏数据和漏电数据。
所述虚拟现实平台为一虚拟现实设备，其包括数据收发模块、显示屏和指令输入模块，所述指令输入模块为一按键输入板，数据收发模块通过无线或有线网络与BIM中心服务平台连接，显示屏用于显示三维真实城市场景模型数据，指令输入模块用于输入管控指令，数据收发模块用于接收模型数据和发送管控指令。
一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台的管理方法，包括以下步骤：
S1.监测设备1将其采集到的监测数据发送至BIM中心服务平台3的管控模块31，管控模块31将监测数据并入三维真实城市场景模型数据库32中，与其存储的模型数据进行融合后，提供与三维真实城市场景模型对应的轻量的可视化模型数据给VR虚拟现实平台4，进行虚拟实景显示；
S2. 管控人员通过VR虚拟现实平台4可以看到与城市管网实时监测相关的三维真实城市场景模型，若需要可以向BIM中心服务平台3的管控模块发送管控指令用于修正其内置的管控策略；
S3.管控模块31将监测数据结合内置的管控策略得到管控执行指令，并将该管控执行指令发送至管控阀，对城市管网中的管控阀依据管控执行指令实施管控。
一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台的构建方法，包括以下步骤：
步骤一、通过数字摄影测量获得城市三维信息，通过工程测量获得工程测量数据，结合城市三维信息和工程测量数据建立三维真实城市场景模型、城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型，将城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型融合进三维真实城市场景模型中，并在BIM中心服务平台建立三维真实城市场景模型数据库来管理三维真实城市场景模型，还在BIM中心服务平台设立内置了管控策略的管控模块；
步骤二、根据监测设备BIM模型和管控阀BIM模型部署城市管网各关键位置的监测设备和管控阀，并使监测设备和管控阀与三维真实城市模型数据库中的监测设备BIM模型和管控阀BIM模型相对应；
步骤三、建立VR虚拟现实平台，VR虚拟现实平台与BIM中心服务平台建立信息交互关系；
步骤四、BIM中心服务平台向VR虚拟现实平台输出融合了城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型融合的三维真实城市模型数据，三维真实城市模型在VR虚拟现实平台向用户展示出来。
所述步骤一中，三维真实城市场景模型的构建方式为：数字摄影测量从航片上采集城市三维信息，生成数字城市模型和正射影像，将正射影像映射到数字城市模型上，形成三维真实城市场景模型。
所述步骤一中，各BIM模型与三维真实城市场景模型融合过程是：将城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型、管控开关BIM模型放置到三维真实城市场景模型时，指定专业BIM三维模型、监测设备BIM模型、管控阀BIM模型放置在三维真实城市场景模型中的BIM三维模型的比例尺、坐标系标准及模型族库建立规则。
所述步骤二中，根据常年城市管网事故和维修统计数据分析得出城市管网关键部位并设置监测设备和管控阀，其中监测设备包含水质监测设备、地下道水位监测设备、燃气泄漏检测设备和漏电监测设备。
以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台，其特征在于，包括：
监测设备，部署于城市管网的关键监测位置，且与BIM中心服务平台无线通信，用于采集城市管网的监测数据并将其发送至BIM中心服务平台；
管控阀，部署于城市管网的关键管控位置，且与BIM中心服务平台无线通信，用于接收并执行BIM中心服务平台的管控指令；
BIM中心服务平台，BIM中心服务平台由城市管网相关的三维真实城市场景模型数据库和管控模块组成；
其中，所述三维真实城市场景模型数据库中包含一融合了城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型的三维真实城市场景模型，所述三维真实城市场景模型数据库用于向VR虚拟现实平台发送轻量的可视化模型数据；
所述管控模块内置管控策略，其用于接收监测设备回传的监测数据，并将监测数据并入三维真实城市场景模型数据库中，还用于接收VR虚拟现实平台的管控指令对内置的管控策略进行修正，并将监测数据结合内置的管控策略得到管控执行指令，并发送给管控阀，用于对管控阀实施管控；以及
VR虚拟现实平台，与BIM中心服务平台进行信息交互，VR虚拟现实平台接受并展示来自BIM中心服务平台的轻量的可视化模型数据；VR虚拟现实平台还用于输入管控指令。
2.如权利要求1所述的一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台，其特征在于：所述监测数据包括给水水质数据、地下道水位数据、燃气泄漏数据和漏电数据。
3.如权利要求1所述的一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台，其特征在于：所述虚拟现实平台为一虚拟现实设备，其包括数据收发模块、显示屏和指令输入模块，所述指令输入模块为一按键输入板，数据收发模块通过无线或有线网络与BIM中心服务平台连接，显示屏用于显示三维真实城市场景模型数据，指令输入模块用于输入管控指令，数据收发模块用于接收模型数据和发送管控指令。
4.一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台的管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.监测设备将其采集到的监测数据发送至BIM中心服务平台的管控模块，管控模块将监测数据并入三维真实城市场景模型数据库中，与其存储的模型数据进行融合后，提供与三维真实城市场景模型对应的轻量的可视化模型数据给VR虚拟现实平台，进行虚拟实景显示；
S2. 管控人员通过VR虚拟现实平台可以看到与城市管网实时监测相关的三维真实城市场景模型，若需要可以向BIM中心服务平台的管控模块发送管控指令用于修正其内置的管控策略；
S3.管控模块将监测数据结合内置的管控策略得到管控执行指令，并将该管控执行指令发送至管控阀，对城市管网中的管控阀依据管控执行指令实施管控。
5.一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、通过数字摄影测量获得城市三维信息，通过工程测量获得工程测量数据，结合城市三维信息和工程测量数据建立三维真实城市场景模型、城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型，将城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型融合进三维真实城市场景模型中，并在BIM中心服务平台建立三维真实城市场景模型数据库来管理三维真实城市场景模型，还在BIM中心服务平台设立内置了管控策略的管控模块；
步骤二、根据监测设备BIM模型和管控阀BIM模型部署城市管网各关键位置的监测设备和管控阀，并使监测设备和管控阀与三维真实城市模型数据库中的监测设备BIM模型和管控阀BIM模型相对应；
步骤三、建立VR虚拟现实平台，VR虚拟现实平台与BIM中心服务平台建立信息交互关系；
步骤四、BIM中心服务平台向VR虚拟现实平台输出融合了城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型和管控阀BIM模型融合的三维真实城市模型数据，三维真实城市模型在VR虚拟现实平台向用户展示出来。
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7.如权利要求5所述的一种基于BIM和VR智慧城市管网综合平台的构建方法，其特征在于：所述步骤一中，各BIM模型与三维真实城市场景模型融合过程是：将城市管网各专业BIM模型、监测设备BIM模型、管控开关BIM模型放置到三维真实城市场景模型时，指定专业BIM三维模型、监测设备BIM模型、管控阀BIM模型放置在三维真实城市场景模型中的BIM三维模型的比例尺、坐标系标准及模型族库建立规则。
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