CN106897825A - 能源管道三维可视化及信息化建模系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能源管道3D可视化及信息化建模系统及其方法，该系统及其方法采用“空间分层——管理对象分类”的技术路线，对全厂能源管道建立三维拓扑图，以三维拓扑图建立对应三维模型，解决能源管道走向不明确的问题；根据实际管理精度对三维模型进行拆分及编码，每条管道所含管段编码方法为“类型‑区域‑主支管‑顺序码”，解决能源管道无法作为管理单元的问题，实现能源管道的精细化管理；根据三维模型拆分及编码结果建立管道信息库，信息库标准信息与三维管段关联，实现动力能源管道三维模型与信息的双向互联，解决能源管道管理困难、信息零散混乱的问题。

Description

能源管道三维可视化及信息化建模系统及其方法

技术领域

本发明属于能源管道运维管理领域，具体涉及一种针对卷烟企业、卷烟厂能源管道尤其是地下隐蔽工程的可视化及信息化建模方法，特别是涉及全厂动力供给管道，如蒸汽管道、压缩空气管道等。

背景技术

随着我国卷烟厂全面实现生产装备的机械化、自动化，企业整体信息化水平已基本满足企业管理需要，但在能源及关键设备日常运营维护方面，依靠传统单一的管理方式及维护手段无法满足企业安全、高效、节能生产的要求，因此对动力能源管道信息的形象化、数字化管理的需求也就更显得迫切。

然而，目前还没有一种比较完善的针对卷烟厂动力能源管道标准化管理方法，造成日常运营的极大不便利。在日常维修维护工作中，工作人员需要找到需维护或维修的管道，首必须先找到相关施工图纸，但通常施工图纸与现场并不完全相符，导致工作人员不能准确定位到管道位置，需进行大面积开挖式排除，不但浪费大量的人力、物力，破坏大面积绿化等区域。采用三维可视化的方式展示动力能源管道的准确位置、管道与管道的相对位置是解决上述问题的有效手段。

但在三维建模方面存在如下问题，导致动力能源管道三维模型难以有效辅助运维管理：

1.烟厂企业能源管道多属于地下隐蔽工程，种类多、分布广，且竣工图纸多与现场不相符，导致管道走向不明确、管理难度大、维修风险高。

2.在维修过程中，针对维修对象缺少相关参数信息，在快速查询、快速定位、备品替换支持方面难以满足高效维护的目的。

3.烟厂企业全厂管道没有管理划分及唯一编码方法，导致在管理过程无法实现能源管道信息化与标准化管理，精细化管理目标难以实现。

发明内容

本发明提供一种能源管道三维可视化及信息化建模系统及其方法，其目的在于解决如下一个或多个技术问题：

1.传统CAD图纸在企业运维过程中难以有效维护，图纸中所表达的管线多与现场不符。本发明采用网格区域的方法，利用断点开挖的方式，探测地下隐蔽管道的整体布局，建立管道三维拓扑图，解决CAD图纸与现场不符、管道走向不明确等问题，实现能源管道三维可视化查看。

2.在卷烟企业日常管理过程中，因能源管道无统一的管理标识码，在传统MIS(管理信息系统)中无法作为一个确定管理单元而进行管理，导致维护凌乱、数据不统一。利用本专利提供的编码方法，根据企业实际管理精度划分管理单元，并唯一编码，解决传统MIS无法管理能源管道的问题，弥补卷烟企业能源管道信息化空白。

3.由于缺乏有效信息载体，卷烟企业能源管道参数信息相对分散(如CAD图纸、采购清单、操作说明书等)，传统MIS技术难以实现信息的有效关联汇总。利用本专利提供的信息建模方法，以三维拓扑图为信息载体，建立管道信息标准参数库，管道三维模型与管道信息库通过标识编码关联，实现三维模型与运维信息的互联互通，解决运维过程传统MIS技术无法实现管道三维模型与信息互联互查等问题。

本发明技术总路线采用“空间分层——管理对象分类”的方法，即：对全厂的空间区域网格式划分，确定卷烟厂厂区平面坐标原点，该坐标原点可采用市政规划坐标，亦可根据管理便捷性采取厂区标志性点位，每个区域独立唯一编码。对全厂能源管道分类并独立唯一编码，根据现场探测建立管道三维拓扑图及标准信息库，依据实际管理精度对能源管道进行拆分，拆分出的管段进行编码标识，通过唯一标识在管道三维拓扑图中关联管道三维模型与管道信息。

本发明的技术方案为：

一种能源管道3D可视化及信息化建模系统，系统包括：

三维可视平台，其将三维管道信息进行三维展示；

三维管道模型模块：对能源管道建立三维拓扑图，以三维拓扑图建立对应三维模型；

管道信息库模块：根据管道的坐标拆分及编码进行匹配建立管道信息库，信息库标准信息包括管道的三维坐标信息、类型；

三维可视平台与三维管道模型模块、管道信息库分别互联；

管道信息库模块中的每一三维管段模型与管道信息库中的相应的三维管道的信息通过编码进行双向互联，实现能源管道三维模型与管道信息的双向互联。

在一个具体例中，还包括三维编码关联模块：对每条管道的若干管段进行编码并记录一一对应的匹配关系供系统调取，编码中的代码组成包括：类型、区域、其关联支管或主管、所在位置。

在一个具体例中，所述的三维编码关联模块包括：

区域划分模块：对需要进行规划的区域进行划分及编码；

能源管道分类及编码模块：对能源管道进行分类及编码；

区域选择模块：选取具体区域；

管道选择模块：选取起始管道；

编码及信息采集模块：根据实际管理精度对三维模型进行拆分及编码，每条管道所含管段编码方法为“类型-区域-主支管-所在位置”；根据三维模型拆分及编码结果建立管道信息库，信息库标准信息与三维管段关联。

一种能源管道3D可视化及信息化建模方法，采用空间分层——管理对象分类，对能源管道建立三维拓扑图，以三维拓扑图建立对应三维模型；

对能源管道进行分类及编码，每条管道内所含的管段被相应编码为类型-区域-主支管-所在位置；

根据三维模型的坐标拆分及编码结果进行匹配建立管道信息库，信息库标准信息与三维管道的编码进行关联，实现动力能源管道三维模型与管道信息的双向互联。

在一个具体例中，具体实施步骤如下：

步骤1：对需要进行规划的区域进行划分及编码；

步骤2：对能源管道进行分类及编码；

步骤3：选取具体区域；

步骤4：选取起始管道；

步骤5：根据实际管理精度对三维模型进行拆分及编码，每条管道所含管段编码方法为“类型-区域-主支管-所在位置”；根据三维模型拆分及编码结果建立管道信息库，信息库标准信息与三维管段关联。

在一个具体例中，能源管道所在区域为厂区；方法包括如下步骤：

步骤S1：确定厂区平面坐标系，确定全厂各区域与区域、能源管道与区域的相对坐标位置，确定三维建模过程中能源管道空间位置及走向，建立能源管道空间信息；

步骤S2：在确定厂区平面坐标系后，根据厂区实际管理范围进行网格式划分并编码，该编码是对应区域的唯一标识，形成厂区区域编码对照表；

步骤S3：根据管道类型名称对全厂能源管道进行分类并对分别编码，形成能源管道编码对照表；

步骤S4：在已划分的区域内，选取一网格，进行管道探测并标记入信息库。

在一个具体例中，通常坐标原点为市政规划时所确定的原点，该原点对应实际地理位置中的经纬度信息。

在一个具体例中，给水管道地下隐蔽管道探测方法如下：

在一区域内，标记管道起点的三维坐标S1(Xs1,Ys1,Zs1)及管道流向，确定起始管段基本走向；

沿管道流向射线方向，在该区域内探测是否有经过该射线的给水井，若存在给水井，则需判断该管道是否通过该给水井，判断依据为该给水井内的给水管道走向与管道流向是否一致，若一致，则记录该井的空间坐标；

若给水井内的给水管道走向与管道流向不一致，说明该给水管道走向变更，根据施工规范，从起点，每间隔设定距离开挖一个探测点，并标记为C1、C2……，当Cn点越过该给水管段，确定该管段在Cn-1与Cn之间变向，缩短探测间隔，确定变向位置坐标，即为该给水管道第一管段的终点坐标；

以第一管段终点坐标为第二管段起始坐标，重复上述探测过程，直到该区域内给水管道末端坐标及流向一致；

提取各管段坐标点，确定该区域给水管道三维拓扑图，建立其对应三维模型。

在一个具体例中，在重点拆分区域的拆分标准为管道一个弯头形成一个拆分带有坐标的管段。

在一个具体例中，在进行管道分段拆分编码采集录入数据录的数据特征包括:

对于一条穿过多个房间或区域的管道，则根据每个房间拆分为一段管道的数据；

在一房间或区域内，对于主管设有分路的管道，入口主管及各分路进行分别拆分编码形成为数据，主管的编码按照编码规则依次编码，顺序码按照房间或区域从头至尾编码形成为数据；

如果支管直接连接设备，则独立拆分编码形成为数据；如果支管上又有连接其他支管，且每个支管连接设备或通向其他房间，则入口处支管及各路支管分别拆分编码形成为数据。

附图说明

图1是本发明的建模及方法的一个实施例的流程图；

图2是本发明的建模系统及方法中厂区坐标原点一个实施例的确定示意图；

图3是本发明的建模系统及方法中一个实施例的厂区区域划分及编码示意图；

图4是本发明的建模系统及方法中一个实施例的地下隐蔽管道探测过程示意图；

图5是本发明的建模系统及方法中一个实施例的地下隐蔽观点探测结果示意图；

图6是本发明的建模系统及方法中一个实施例的管段拆分示意图；

图7是本发明的建模系统及方法中一个实施例的管道三维模型与信息库关联图；

图8是本发明的建模系统及方法中的三维编码关联模块的细分的一个实施例结构图。

具体实施方式

现结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1，以卷烟厂为例，能源管道三维可视化及信息建模系统，系统包括：

三维可视平台，其将三维管道信息进行三维展示；三维管道模型模块：对能源管道建立三维拓扑图，以三维拓扑图建立对应三维模型；管道信息库模块：根据管道的坐标拆分及编码进行匹配建立管道信息库，信息库标准信息包括管道的三维坐标信息、类型；三维可视平台与三维管道模型模块、管道信息库分别互联；管道信息库模块中的每一三维管段模型与管道信息库中的相应的三维管道的信息通过编码进行双向互联，实现能源管道三维模型与管道信息的双向互联。还包括三维编码关联模块：对每条管道的若干管段进行编码并记录一一对应的匹配关系供系统调取，编码中的代码组成包括：类型、区域、其关联支管或主管、所在位置。

在一个具体例中，所述的三维编码关联模块包括：区域划分模块：对需要进行规划的区域进行划分及编码；能源管道分类及编码模块：对能源管道进行分类及编码；区域选择模块：选取具体区域；管道选择模块：选取起始管道；编码及信息采集模块：根据实际管理精度对三维模型进行拆分及编码，每条管道所含管段编码方法为“类型-区域-主支管-所在位置”；根据三维模型拆分及编码结果建立管道信息库，信息库标准信息与三维管段关联。

一种能源管道3D可视化及信息化建模方法，采用空间分层——管理对象分类，对能源管道建立三维拓扑图，以三维拓扑图建立对应三维模型；

对能源管道进行分类及编码，每条管道内所含的管段被相应编码为类型-区域-主支管-所在位置；

根据三维模型的坐标拆分及编码结果进行匹配建立管道信息库，信息库标准信息与三维管道的编码进行关联，实现动力能源管道三维模型与管道信息的双向互联。

具体实施步骤如下：

1)确定卷烟厂厂区平面坐标系，如图2所示。建立全厂区平面坐标系的目的是确定全厂各区域与区域、能源管道与区域的相对坐标位置，确定三维建模过程中能源管道空间位置及走向，建立能源管道空间信息。通常坐标原点为市政规划时所确定的原点，该原点可对应实际地理位置中的经纬度信息。

2)在确定厂区平面坐标系后，根据烟厂区域实际管理范围进行网格式划分并编码，该编码是对应区域的唯一标识。区域划分示意如图3所示，每个区域对应的编码如下表表1所示。

表1是厂区区域编码对照表；

3)根据管道类型名称对全厂能源管道进行分类并对分别编码，编码对应表如下表2所示。

表2管道类型编码对照表

4)在已划分的区域内，选取一网格，以动力车间室外区域(DA)为例，探测管道以给水(GS)管道为例，如图4所示，图中实线表示给水管道，虚线表示给水管道流向法线延长线。地下隐蔽管道探测方法具体如下：

4.1在DA所示区域内，已知SH管道起点坐标S1(Xs1,Ys1,Zs1)及管道流向(Xp，Yp，Zp)，确定起始管段基本走向。

4.2沿管道流向射线方向，在DA内探测是否有经过该射线的给水井，若存在给水井，则需判断该管道是否通过该给水井。判断依据为该给水井内的给水管道走向与一致。若一致，则记录该井空间坐标J(Xj，Yj，0)，且DA区域内给水管道第一管道终点坐标为E1(Xj，Yj，Zp)(此时管道坡度可忽略不计)。

4.3若给水井内的给水管道走向与不一致，说明该给水管道走向变更，根据施工规范，从S点，每间隔6m开挖一个探测点，并标记为C1、C2……，当Cn点越过该给水管段，确定该管段在Cn-1与Cn之间变向，缩短探测间隔，确定变向位置坐标，即为该给水管道第一管段的终点坐标E1(Xe1,Ye1,Ze1)。

4.4同理，以第一管段终点坐标为第二管段起始坐标S2(S2,Y2,Z2)，重复上述探测过程，直到DA区域内给水管道末端坐标En(Xen,Yen,Zen)及流向(Xpn，Ypn，Zpn)。

4.5提取管段坐标点S1(Xs1,Ys1,Zs1)、J(Xj，Yj，Zj)、E1(Xe1,Ye1,Ze1)、……、En(Xen,Yen,Zen)，确定DA区域给水管道三维拓扑图，如图5所示，建立其对应三维模型。

5)根据管理要求对每种类型管道进行拆分，实现精细化管理目标。管段拆分原则以卷烟厂能源管道管理规定及办法、现场维修人员的职责范围、厂区的划分等确定。以动力车间蒸汽管道为例说明，如图6所示，具体拆分步骤如下：

a)关键区域，如锅炉房、空压站等房间或区域需详细拆分，拆分标准为管道一弯一拆。

b)其他区域按照房间或区域拆分，如管道从房间1穿到房间二，则拆分为2根管道。

c)房间内如果主管分为2路或2路以上，则入口主管及各分路分别拆分，如房间2所示。

d)主管编码按照编码规则依次编码，顺序码按照房间或区域从头至尾编码，如图所示。

e)支管拆分：

f)如果支管直接连接设备，独立拆分，如房间3支管DL_ZQ_C_1005

g)如果支管上又有连接其他支管，且每个支管连接设备或通向其他房间，则入口处支管及各路支管分别拆分，如房间3所示DL_ZQ_C_1006、DL_ZQ_C_1007、DL_ZQ_C_1008所示。

6)在管道拆分基础上，确定管段编码原则为“类型-区域-主支管-顺序码”，管道编码由4个单元组成，共9位，如下所示：

GH DL Z 1001

4个单元分别为：

i.管道类型代码2位，GH表示给水管道，须参照管道类型编码表；

ii.所属区域代码2位，DL表示动力车间，须参照区域编码表；

iii.主支管代码1位，Z表示主管，C表示支管；

iv.管段顺序号4位，其中第一位为所在建筑楼层编码，地下管线标记为0，后三位为顺序码。

7)建立管道信息库。管道信息包含内容为管段标准参数，包括规格、管径、长度、材质、种类、类型、介质、品牌、规格、设计压力、制造单位、用途、实施单位、实施单位联系方式等。信息库采用关系数据库(具体根据卷烟企业应用而定)存储。每个管段信息采集来源包括CAD图纸、采购清单或合同、施工说明等。每个管段信息作为一个节点存储，该节点的主键为对应管道编码，从而建立管段三维模型与对应信息的关联关系，如图7所示。

本方法的有益效果是：

1.建立能源管道尤其是地下隐蔽部分的可视化三维模型，加大隐蔽工程质量管理力度，有效消除由此引起的安全隐患，促进全厂动力能源设备及管道管理标准化工作，进一步保证烟厂的安全生产。

2.能源管道三维模型信息化：本方法所建立的三维模型突破传统静态模型弊端，具备信息化特征，这些信息可以在能源管道运维管理过程中维护更新。

3.能源管道三维可视管理标准化：采用本方法的三维建模过程以管理对象编码为主线，每个能源管道三维模型均具备一个唯一编码标识，奠定能源管道管理标准化基础。

4.信息有效性：用本方法所建立的能源管道三维模型所承载的信息均是实际项目现场采集，信息可靠有效。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本案的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本案进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本案的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本案技术方案的精神，其均应涵盖在本案请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种能源管道3D可视化及信息化建模系统，其特征在于，系统包括：

三维可视平台，其将三维管道信息进行三维展示；

三维管道模型模块：对能源管道建立三维拓扑图，以三维拓扑图建立对应三维模型；

管道信息库模块：根据管道的坐标拆分及编码进行匹配建立管道信息库，信息库标准信息包括管道的三维坐标信息、类型；

三维可视平台与三维管道模型模块、管道信息库分别互联；

管道信息库模块中的每一三维管段模型与管道信息库中的相应的三维管道的信息通过编码进行双向互联，实现能源管道三维模型与管道信息的双向互联。

2.根据权利要求1所述的一种能源管道3D可视化及信息化建模系统，其特征在于，还包括三维编码关联模块：对每条管道的若干管段进行编码并记录一一对应的匹配关系供系统调取，编码中的代码组成包括：类型、区域、其关联支管或主管、所在位置。

3.根据权利要求2所述的一种能源管道3D可视化及信息化建模系统，其特征在于，所述的三维编码关联模块包括：

区域划分模块：对需要进行规划的区域进行划分及编码；

能源管道分类及编码模块：对能源管道进行分类及编码；

区域选择模块：选取具体区域；

管道选择模块：选取起始管道；

编码及信息采集模块：根据实际管理精度对三维模型进行拆分及编码，每条管道所含管段编码方法为“类型-区域-主支管-所在位置”；根据三维模型拆分及编码结果建立管道信息库，信息库标准信息与三维管段关联。

4.一种能源管道3D可视化及信息化建模方法，其特征在于，

采用空间分层——管理对象分类，对能源管道建立三维拓扑图，以三维拓扑图建立对应三维模型；

对每条管道的若干管段进行编码，编码中的代码组成包括：类型、区域、其关联支管或主管、所在位置；

根据三维模型的坐标拆分及编码结果进行匹配建立管道信息库，信息库标准信息与三维管道的编码进行关联，实现动力能源管道三维模型与管道信息的双向互联。

5.根据权利要求4所述的一种能源管道三维可视化及信息建模方法，其特征在于，具体实施步骤如下：

步骤1：对需要进行规划的区域进行划分及编码；

步骤2：对能源管道进行分类及编码，每条管道内所含的管段被相应编码为类型-区域-主支管-所在位置；

步骤3：选取具体区域；

步骤4：选取起始管道；

步骤5：根据实际管理精度对三维模型进行拆分及编码，每条管道所含管段编码方法为“类型-区域-主支管-所在位置”；根据三维模型拆分及编码结果建立管道信息库，信息库标准信息与三维管段关联。

6.根据权利要求4所述的一种能源管道三维可视化及信息建模方法，其特征在于，能源管道所在区域为厂区；方法包括如下步骤：

步骤S1：确定厂区平面坐标系，确定全厂各区域与区域、能源管道与区域的相对坐标位置，确定三维建模过程中能源管道空间位置及走向，建立能源管道空间信息；

步骤S2：在确定厂区平面坐标系后，根据厂区实际管理范围进行网格式划分并编码，该编码是对应区域的唯一标识，形成厂区区域编码对照表；

步骤S3：根据管道类型名称对全厂能源管道进行分类并对分别编码，形成能源管道编码对照表；

步骤S4：在已划分的区域内，选取一网格，进行管道探测并标记入信息库。

7.根据权利要求4所述的一种能源管道三维可视化及信息建模方法，其特征在于，通常坐标原点为市政规划时所确定的原点，该原点对应实际地理位置中的经纬度信息。

8.根据权利要求4所述的一种能源管道三维可视化及信息建模方法，其特征在于，给水管道地下隐蔽管道探测方法如下：

在一区域内，标记管道起点的三维坐标S1(Xs1,Ys1,Zs1)及管道流向，确定起始管段基本走向；

沿管道流向射线方向，在该区域内探测是否有经过该射线的给水井，若存在给水井，则需判断该管道是否通过该给水井，判断依据为该给水井内的给水管道走向与管道流向是否一致，若一致，则记录该井的空间坐标；

若给水井内的给水管道走向与管道流向不一致，说明该给水管道走向变更，根据施工规范，从起点，每间隔设定距离开挖一个探测点，并标记为C1、C2……，当Cn点越过该给水管段，确定该管段在Cn-1与Cn之间变向，缩短探测间隔，确定变向位置坐标，即为该给水管道第一管段的终点坐标；

以第一管段终点坐标为第二管段起始坐标，重复上述探测过程，直到该区域内给水管道末端坐标及流向一致；

提取各管段坐标点，确定该区域给水管道三维拓扑图，建立其对应三维模型。

9.根据权利要求4所述的一种能源管道三维可视化及信息建模方法，其特征在于，在重点拆分区域的拆分标准为管道一个弯头形成一个拆分带有坐标的管段。

10.根据权利要求4至9任一项所述的一种能源管道三维可视化及信息建模方法，其特征在于，在进行管道分段拆分编码采集录入数据录的数据特征包括:

对于一条穿过多个房间或区域的管道，则根据每个房间拆分为一段管道的数据；

在一房间或区域内，对于主管设有分路的管道，入口主管及各分路进行分别拆分编码形成为数据，主管的编码按照编码规则依次编码，顺序码按照房间或区域从头至尾编码形成为数据；

如果支管直接连接设备，则独立拆分编码形成为数据；如果支管上又有连接其他支管，且每个支管连接设备或通向其他房间，则入口处支管及各路支管分别拆分编码形成为数据。