CN106384191A - 基于3dgis和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统和管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统包括：用户管理模块、实际进度数据采集模块、施组计划模块、三维形象进度显示模块、统计分析模块、进度预警模块和日志记录模块；所述实际进度数据采集模块包括数据填报、数据审核及入库功能；施组计划模块可实现工点施组计划的制定、录入；所述三维形象进度显示模块包括三维场景导入、隧道工点模型导入、三维漫游、进度显示功能；统计分析模块可实现进度数据的统计分析，输出统计报表；进度预警模块包括预警人员配置和短信提醒功能；日志记录模块可实时记录用户登录信息、进度填报信息、审核信息。本发明可以实现铁路隧道施工进度的精细化和三维可视化管理。

Description

基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统和 管理方法

技术领域

本发明属于铁路及城市轨道交通建设的信息化技术领域，具体涉及一种基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统和管理方法。

背景技术

随着铁路基础设施建设的快速发展，在建和拟建的铁路中隧道含量很大，长隧道、特长隧道数量很多。目前我国隧道施工进度的展示和管理主要是采用报表和二维横道图形方式，数据采集标准化、自动化程度低、现势性差，数据粒度粗，存在数据采集困难、数据统计分析不方便、进度显示不形象直观等问题。隧道建设数量的不断增加和施工过程中信息的复杂性和即时性，给施工管理带来很大压力，亟需现代化的管理手段。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种标准化和自动化程度高、现势性好、易于数据采集和数据统计分析、进度显示形象直观的基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统。

本发明的另一目的是提供一种利用上述管理系统进行铁路隧道施工进度管理的方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统，包括用户管理模块、实际进度数据采集模块、施组计划模块、三维形象进度显示模块、统计分析模块、进度预警模块和日志记录模块，所述用户管理模块用于进行用户登录、注销、人员管理和权限配置；所述实际进度数据采集模块用于进行数据填报、数据审核及数据入库；所述施组计划模块用于进行计划制定和计划录入；所述三维形象进度显示模块用于三维场景加载、隧道工点模型导入、三维漫游和进度显示；所述统计分析模块用于进行进度统计分析和报表输出；所述进度预警模块用于进行预警人员配置和短信提醒；所述日志记录模块用于实时记录用户登录信息、进度填报信息和审核信息。

所述用户登录为用户输入用户名和密码登录系统，非法账号不能登录系统；所述注销为用户退出系统、系统删除保存的用户账户信息；所述人员管理为对系统用户进行添加、删除和修改；所述权限配置为对系统用户权限进行管理，所述系统用户权限包括管理员权限、数据填报权限、数据审核权限、计划制定权限、统计分析权限和三维浏览权限。

所述数据填报为具有数据填报权限的用户利用二维图形化的施工数据填报系统填报进度数据；所述数据审核为具有数据审核权限的用户利用二维图形化的施工数据审核系统审核用户填报的进度数据；所述数据入库为具有数据审核权限的用户将审核通过的数据录入数据库。

所述计划制定为制定隧道工点的计划进度，包括每个工作面的计划开工时间和计划完成时间；所述计划录入为将制定的工点计划进度录入数据库中。

所述三维场景加载为对铁路线路周围真实场景渲染生成的三维虚拟地理场景进行加载；

所述隧道工点模型导入为将隧道工程三维模型加载到所述三维场景中；所述三维漫游为对隧道工点显示效果进行多角度浏览；所述进度显示为拖动时间轴，在三维场景中显示隧道工点任意时间点的进度。

所述进度统计分析为在数据库中对工点实际进度数据和计划进度数据进行查询和统计分析，提取工点日、周、月、年、开累分部、分项工程数据；所述报表输出为将进度统计分析的结果输出为报表。

所述预警人员配置为配置需要发送短信预警提醒的人员；所述短信提醒为根据计划进度与实际进度对比计算出的超前或滞后工天，制定预警等级，超过定义等级将自动发短信给相关人员，进行进度报警。

一种基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理方法，采用权利要求1-7中任一项所述的基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统进行隧道施工进度管理，所述管理方法包括：三维场景建立；隧道工点模型分解与导入；实际进度数据的采集；计划进度数据入库；三维形象进度显示；生成进度报表和进行进度预警。

所述三维场景建立包括将铁路线路区域的数字影像数据处理生成正射影像，将数字高程数据处理生成数字高程模型，然后将所述正射影像与数字高程模型叠加渲染生成虚拟三维场景。

所述隧道工点模型分解与导入包括以下步骤：

1)采用参数化建模方式，从二维设计图中自动提取工点设计参数；

2)对隧道工点模型进行分解，将其分为明洞、洞门、初支、仰拱、衬砌、斜井、洞室和侧沟；

3)利用3Ds Max提供的接口生成三维模型；

4)制作隧道工点部件的三维导入表，包括定义部件编号、计算其地理坐标和姿态参数；

5)依据所述三维导入表中的地理坐标和姿态参数将工点模型导入3DGIS平台进行显示和管理。

所述实际进度数据的采集包括以下步骤：

1)将所提取的工点设计参数存入基础参数数据库中；

2)从数据库中获取工点设计参数，生成明洞、洞门、开挖、初支、仰拱、衬砌、斜井、洞室和侧沟的二维平面图，利用Openlayers提供的组件和接口实现工点矢量图的快速绘制、渲染、平移和缩放；

3)从二维矢量图上点击矢量要素进行进度填报，所述明洞、洞门、开挖、初支、仰拱、衬砌、斜井进度通过输入实际完成长度来表示，洞室用完成和未完成两种状态表示，填报完成后提交给审核人员；

4)审核人员对填报的进度数据进行审核，对不合格的数据进行标记，退回修改，如果全部合格则将数据录入实际进度数据库中。

所述计划进度数据入库是将工点的计划进度录入数据库中，具体为采用横道图的方法制定工点施组计划并录入数据库。

所述三维形象进度显示，是利用所述录入数据库的实际进度数据和计划进度数据，根据进度数据计算和修改所述隧道工点模型的每个构件的颜色，实现隧道施工三维形象进度显示。

所述生成进度报表，是对所述实际进度数据和计划进度数据进行统计、对比分析，提取工点日、周、月、年、开累(自开工以来累计完成)分部、分项工程数据，生成进度报表。

所述进行进度预警，是对所述实际进度数据和计划进度数据进行对比分析，计算出超前或滞后工期，制定预警等级，对超过定义等级，自动发短信给相关人员，进行进度报警。

本发明的有益效果是，

1、本发明通过图形化的施工数据填报系统，大幅提高了施工数据采集效率，大大减少了用户的输入工作量，数据标准化程度高；

2、本发明通过图形化的施工数据审核系统，对填报的进度数据进行审核，使进度审核非常形象直观、易操作，降低了审核人员的劳动强度，保障了数据的准确性；

3、本发明采集的进度数据可驱动隧道工程三维模型，在3DGIS平台中进行三维形象进度展示，能全面、形象直观地展示施工过程的时空特性，有助于施工管理者对工程进度的宏观把握；

4、本发明可对进度数据进行统计分析，自动生成各种统计报表，大幅度减少了用户统计分析工作量，提高了隧道施工进度管理水平和效率；

5、本发明通过进度预警模块对计划进度与实际进度进行对比分析，计算滞后或超前工天，根据预警等级自动发送短信给管理人员，保障工程进度。

附图说明

图1是本发明的管理系统的功能模块组成图；

图2是本发明的铁路隧道施工进度管理方法的流程图；

图3是本发明的管理方法中隧道工点模型的分解与导入流程图；

图4是本发明的管理方法中实际进度数据采集方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的管理系统和管理方法进行详细说明。

如图1所示，本发明的基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统包括：用户管理模块、实际进度数据采集模块、施组计划模块、三维形象进度显示模块、统计分析模块和日志记录模块。

所述用户管理模块用于进行用户登录、注销、人员管理和权限配置。其中：

用户登录是指用户输入用户名和密码登录系统，非法账号不能登录系统，系统根据用户输入的用户名和密码，从数据库用户表中查找，匹配成功则登录系统；

注销是指用户退出系统，系统删除浏览器cookies和session中保存的用户账户信息，注销后需要重新登录才能使用系统；

人员管理是指系统管理员用户对系统用户进行添加、删除、修改等操作，数据库用户表中保存用户名、密码、部门等信息，密码用md5加密的方式存储；

权限配置是指系统管理员用户对系统用户权限进行管理，所述系统用户权限包括管理员权限、数据填报权限、数据审核权限、计划制定权限、统计分析权限和三维浏览权限。每个用户都有自己的权限，拥有数据填报权限的用户可以使用二维图形化的施工数据填报系统填报进度数据；拥有数据审核权限的用户可以使用二维图形化的施工数据审核用户填报的进度数据；拥有计划制定权限的用户可以使用施组计划模块制定计划；拥有统计分析权限的用户可以使用统计分析模块进行报表输出；拥有三维浏览权限的用户可以登陆3DGIS平台查看工点三维形象进度。

所述实际进度数据采集模块用于进行数据填报、数据审核及入库。其中：

数据填报是指具有数据填报权限的用户利用二维图形化的施工数据填报系统填报进度数据，具体为选择工点，从基础参数数据库中获取工点参数，利用Openlayers提供的组件和接口实现隧道工点矢量图的快速绘制、渲染、平移、缩放，点击矢量要素进行进度填报，填报完成后提交给审核人员进行审核；

数据审核是指具有数据审核权限的用户利用二维图形化的施工数据审核系统审核用户填报的进度数据，具体为在二维工点矢量图上，需要审核的要素高亮表示，点击要素查看进度信息，对不合格的数据进行标记，退回修改，如果全部合格则进入下一步，将数据录入实际进度数据库中；

数据入库是指具有数据审核权限的用户将审核通过的数据录入数据库，入库的数据锁死不能再修改。

所述施组计划模块用于工点施组计划的制定和录入，采用横道图的方法制定工点施组计划，记录每项任务、工点部件的起始和完成时间，并录入数据库中。

所述三维形象进度显示模块用于进行三维场景加载、隧道工点模型导入、三维漫游和进度显示。其中：

三维场景加载是指将铁路线路周围真实场景渲染生成的三维虚拟地理环境加载到3DGIS平台中进行显示；

隧道工点模型导入是指将隧道工程三维模型加载到三维场景中，通过制作隧道工点部件三维导入表，包括部件编号定义、地理坐标计算、姿态参数计算，依据三维导入表中的地理坐标和姿态参数，姿态参数包括俯仰角、偏航角和翻滚角，实现隧道工点部件的无缝拼接和组装；

三维漫游是指在三维场景中对隧道工点显示效果进行全方位、多角度浏览；

进度显示是指拖动时间轴，从数据库中获取当前时间工点的实际进度和计划进度，计算出工点模型每个构件的完成状态，在三维场景中通过修改模型颜色表示进度状态，如已完成的用蓝色表示，未开始的用灰色表示，实际进度超过计划进度用红色表示，实际进度滞后计划进度用黄色表示。

所述统计分析模块用于进行进度数据的统计分析，从数据库中对进度数据进行统计查询，能够提取日、周、月、年、开累(开工以来累计完成)分部和分项工程数据，输出统计报表；

所述进度预警模块用于进行预警人员配置和短信提醒。其中：

预警人员配置是指配置需要发送短信预警提醒的人员，在数据库中记录人员的姓名和手机号；

短信提醒是指根据计划进度与实际进度对比计算出的超前或滞后工天，制定预警等级，超过定义等级将自动发短信给相关人员，进行进度报警。

所述日志记录模块用于实时记录用户登录信息、进度填报信息、审核信息，这些信息保存在数据库中，保证每项数据库操作都有记录可循，保障数据安全。

参见图2-图4，本发明的基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理方法，包括以下步骤：三维场景建立、隧道工点模型分解与导入、建立二维图形化的施工数据填报系统、建立二维图形化的施工数据审核系统、建立实际进度数据库、建立计划进度数据库、基于进度数据驱动模型进行三维形象进度显示、生成进度报表和进行进度预警。具体步骤如下：

1、三维场景建立：将铁路线路区域的数字影像数据处理生成正射影像DOM，将数字高程数据处理生成数字高程模型DEM，然后将正射影像与数字高程模型叠加渲染生成虚拟三维场景。

2、隧道工点模型分解与导入：按工程分解粒度，将隧道工点模型分为明洞、洞门、初支、仰拱、衬砌、斜井、洞室和侧沟，导入3DGIS平台中进行显示和管理，隧道工点模型采用参数化建模方式，从二维设计图纸中自动提取参数，利用3Ds Max提供的接口生成三维模型；从二维设计图纸中自动提取参数，在AutoCAD平台下进行二次开发，依据专业设计图纸规范，建立读图规则，依据定义的读图规则进行解译，以图层、颜色、线型为依据，对设计图纸中注记、构件多段线、截面结构参数进行提炼，提取设计参数。为了表现进度，明洞、初支、仰拱、衬砌、斜井和侧沟需要基于围岩等级按长度进一步分解，一般可以按5米一截进行分解，洞门和洞室不需要进一步分解。制作隧道工点部件三维导入表，包括部件编号定义、地理坐标计算和姿态参数计算，依据三维导入表中的地理坐标和姿态参数，实现隧道工点部件的无缝拼接和组装。部件编号定义：其中初支、仰拱、衬砌的编号由工点类型、工点编号、工作面编号、部件类型、围岩等级、围岩编号和块号组成，明洞、斜井编号由工点类型、工点编号、部件类型、部件编号、围岩等级、围岩编号和块号组成，侧沟编号由工点类型、工点编号、部件类型和块号组成，如编号为2-31-1-cq-5-11-0，其中2表示隧道，31表示隧道工点编号，1表示工作面编号，cq表示衬砌，5表示围岩等级，11表示围岩编号，0表示分段块号。

3、进行二维图形化的施工数据填报：将二维设计图纸中自动提取的参数存入数据库，从数据库中获取工点参数，利用Openlayers提供的组件和接口实现工点矢量图的快速绘制、渲染、漫游和缩放，点击矢量要素进行进度填报，明洞、洞门、开挖、初支、仰拱、衬砌和斜井进度通过输入实际完成长度来表示，洞室用完成和未完成两种状态表示。为了保证数据的真实性，用户填报的进度数据需通过审核人员审核才能录入数据库，一般是施工单位内业人员进行数据填报，监理单位审核人员进行审核。

4、进行二维图形化的施工数据审核：对用户填报的进度数据进行审核，需要审核的数据在矢量图上高亮显示，通过点击查看填报的进度信息，对不合格的数据进行标记，退回修改，如果全部合格则进入下一步，将数据录入实际进度数据库中。

5、建立实际进度数据库：将审核通过的进度数据录入数据库中，入库之前需要对数据进行逻辑一致性检查，如初支没有完成，仰拱、衬砌不可能完成。入库后的数据不能更改。

6、建立计划进度数据库：将工点的计划进度录入数据库中，具体为：采用横道图的方法制定工点施组计划录入数据库，包括每个工作面的计划起始时间和计划完成时间，如隧道入口工作面的计划开始时间为2016年8月20日，计划完成时间为2017年9月20日。

7、基于进度数据驱动模型进行三维形象进度显示：从数据库中查找获取工点某日期实际进度数据和计划进度数据，根据进度数据计算工点模型每个构件的完成状态，根据状态修改每个构件的颜色，实现隧道施工三维形象进度显示。如已完成的用蓝色表示，未开始的用灰色表示，实际进度超过计划进度用红色表示，实际进度滞后计划进度用黄色表示。

8、生成进度报表：对进度数据进行统计查询，能够提取日、周、月、年、开累分部、分项工程数据，生成进度报表。如可以统计查询当前所有隧道工点开挖、初支、仰拱、衬砌等日、周、月、年、开累的完成数量、剩余数量等。

9、进度预警：对实际进度数据和计划进度数据进行对比分析，计算出超前或滞后工期，制定预警等级，超过定义等级时，自动发短信给相关人员，进行进度报警。如定义红色、橙色、黄色、蓝色四级预警等级，红色滞后60天，橙色滞后40天，黄色滞后20天，蓝色滞后10天，当超过黄色预警等级时，自动给相关管理人员发短信进行提醒。

Claims (15)

1.一种基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统，其特征在于：包括用户管理模块、实际进度数据采集模块、施组计划模块、三维形象进度显示模块、统计分析模块、进度预警模块和日志记录模块，

所述用户管理模块用于进行用户登录、注销、人员管理和权限配置；

所述实际进度数据采集模块用于进行数据填报、数据审核及数据入库；

所述施组计划模块用于进行计划制定和计划录入；

所述三维形象进度显示模块用于三维场景加载、隧道工点模型导入、三维漫游和进度显示；

所述统计分析模块用于进行进度统计分析和报表输出；

所述进度预警模块用于进行预警人员配置和短信提醒；

所述日志记录模块用于实时记录用户登录信息、进度填报信息和审核信息。

2.如权利要求1所述的铁路隧道施工进度管理系统，其特征在于：

所述用户登录为用户输入用户名和密码登录系统；

所述注销为用户退出系统、系统删除保存的用户账户信息；

所述人员管理为对系统用户进行添加、删除和修改；

所述权限配置为对系统用户权限进行管理，所述系统用户权限包括管理员权限、数据填报权限、数据审核权限、计划制定权限、统计分析权限和三维浏览权限。

3.如权利要求1所述的铁路隧道施工进度管理系统，其特征在于：

所述数据填报为具有数据填报权限的用户利用二维图形化的施工数据填报系统填报进度数据；

所述数据审核为具有数据审核权限的用户利用二维图形化的施工数据审核系统审核用户填报的进度数据；

所述数据入库为具有数据审核权限的用户将审核通过的数据录入数据库。

4.如权利要求1所述的铁路隧道施工进度管理系统，其特征在于：

所述计划制定为制定隧道工点的计划进度，包括隧道每个工作面的计划开工时间和计划完成时间；

所述计划录入为将制定的工点计划进度录入数据库中。

5.如权利要求1所述铁路隧道施工进度管理系统，其特征在于：

所述三维场景加载为对铁路线路周围真实场景渲染生成的三维虚拟地理场景进行加载；

所述隧道工点模型导入为将隧道工程三维模型加载到所述三维场景中；

所述三维漫游为对隧道工点显示效果进行多角度浏览；

所述进度显示为拖动时间轴，在三维场景中显示隧道工点任意时间点的进度。

6.如权利要求1所述铁路隧道施工进度管理系统，其特征在于：

所述进度统计分析为在数据库中对工点实际进度数据和计划进度数据进行查询和统计分析，提取工点日、周、月、年、开累分部、分项工程数据；

所述报表输出为将进度统计分析的结果输出为报表。

7.如权利要求1所述的铁路隧道施工进度管理系统，其特征在于：

所述预警人员配置为配置需要发送短信预警提醒的人员；

所述短信提醒为根据计划进度与实际进度对比计算出的超前或滞后工天，制定预警等级，超过定义等级将自动发短信给相关人员，进行进度报警。

8.一种基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理方法，其特征在于：采用权利要求1-7中任一项所述的基于3DGIS和工程三维模型的铁路隧道施工进度管理系统进行隧道施工进度管理，所述管理方法包括：三维场景建立；隧道工点模型的分解与导入；实际进度数据的采集；计划进度数据入库；三维形象进度显示；生成进度报表和进行进度预警。

9.如权利要求8所述的铁路隧道施工进度管理方法，其特征在于：所述三维场景建立包括将铁路线路区域的数字影像数据处理生成正射影像，将数字高程数据处理生成数字高程模型，然后将所述正射影像与数字高程模型叠加渲染生成虚拟三维场景。

10.如权利要求8所述的铁路隧道施工进度管理方法，其特征在于：所述隧道工点模型的分解与导入包括以下步骤：

1)采用参数化建模方式，从二维设计图中自动提取工点设计参数；

2)对隧道工点模型进行分解，将其分为明洞、洞门、初支、仰拱、衬砌、斜井、洞室和侧沟；

3)利用3Ds Max提供的接口生成三维模型；

4)制作隧道工点部件的三维导入表，包括定义部件编号、计算其地理坐标和姿态参数；

5)依据所述三维导入表中的地理坐标和姿态参数将工点模型导入3DGIS平台进行显示和管理。

11.如权利要求10所述的铁路隧道施工进度管理方法，其特征在于，所述实际进度数据的采集包括以下步骤：

1)将所提取的工点设计参数存入基础参数数据库中；

2)从数据库中获取工点设计参数，生成明洞、洞门、开挖、初支、仰拱、衬砌、斜井、洞室、侧沟的二维平面图，利用Openlayers提供的组件和接口实现工点矢量图的快速绘制、渲染、平移和缩放；

3)从二维矢量图上点击矢量要素进行进度填报，所述明洞、洞门、开挖、初支、仰拱、衬砌、斜井进度通过输入实际完成长度来表示，洞室用完成和未完成两种状态表示，填报完成后提交给审核人员；

4)审核人员对填报的进度数据进行审核，对不合格的数据进行标记，退回修改，如果全部合格则将数据录入实际进度数据库中。

12.如权利要求11所述的铁路隧道施工进度管理方法，其特征在于，所述计划进度数据入库是将工点的计划进度录入数据库中，具体为采用横道图的方法制定工点施组计划并录入数据库。

13.如权利要求12所述的铁路隧道施工进度管理方法，其特征在于，所述三维形象进度显示是利用所述录入数据库的实际进度数据和计划进度数据，根据进度数据计算和修改所述隧道工点模型的每个构件的颜色，实现隧道施工三维形象进度显示。

14.如权利要求12所述的铁路隧道施工进度管理方法，其特征在于，所述生成进度报表，是对所述实际进度数据和计划进度数据进行统计、对比分析，提取工点日、周、月、年、开累分部、分项工程数据，生成进度报表。

15.如权利要求12所述的铁路隧道施工进度管理方法，其特征在于，所述进行进度预警，是对所述实际进度数据和计划进度数据进行对比分析，计算出超前或滞后工期，制定预警等级，对超过定义等级，自动发短信给相关人员，进行进度报警。