CN106919987A

CN106919987A - 虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法

Info

Publication number: CN106919987A
Application number: CN201710135636.0A
Authority: CN
Inventors: 韩祖杰; 宁新稳; 王�华; 赵文
Original assignee: Third Railway Survey and Design Institute Group Corp
Current assignee: Third Railway Survey and Design Institute Group Corp
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: CN106919987B

Abstract

本发明公开了一种虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法，技术步骤包括：高速铁路客运专线三维可视化平台建设、高速铁路客运专线设备运维信息模型建模、高速铁路客运专线设备运维信息模型管理和高速铁路客运专线设备运维信息应急响应。本发明能准确、详尽地描述设备及其运维状态，直观地查看设备所处位置、其周围地理环境及与邻近设备之间的空间关系，能对任意里程区间内设备及状态进行查询与统计，能够以空间分析、统计算法、数据库技术等辅助制定设备维修方案，在设备报警后，实现灾害点的快速定位，并结合道路网、居民区、医院、消防设施分布等信息辅助制定应急响应方案，有助于提高设备的管理效率和运行安全。

Description

虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法

技术领域

本发明属于铁路设备运行维护管理领域，特别是涉及一种虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作方法。

背景技术

目前高速铁路客运专线设备运行维护工作以电子台账为基础在二维平台下进行，方式落后、效率低下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法，将高速铁路客运专线设备、台账与运维实时状态数据进行信息模型化处理，采用数据库管理技术加以优化组织，放置于逼真的三维虚拟现实场景中进行管理，使用户直观地了解设备及其周边的地理环境状况，为设备检修提供丰富的信息支持。当设备发生事故报警时，快速排查事故原因，并根据事发地的周边资源(包括设备资源、国家公共资源等信息)进行快速应急响应。

一种虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法，包括以下步骤：

S1)高速铁路客运专线三维可视化平台建设：获取基础地理数据，模拟竣工后地形，更新地形地貌；然后，采用金字塔技术分级组织基础地理数据和实体模型数据，实时绘制实体模型，从而实现海量地理数据和实体模型数据的优化组织和表达；将高速铁路客运专线运维管理所需二维信息以矢量的方式，经坐标转换后与三维地理场景融合，搭建完备的高速铁路客运专线三维可视化平台；

S2)高速铁路客运专线设备运维信息模型建模：根据设备体量、需求、规范性和重复性差异分层次建立高速铁路客运专线设备信息模型，录入设备台账并建立台账表之间的关联及设备信息模型与台账关联，实现设备台账模型化；再通过接收与分析传感器数据，结合日常巡检与周期检修信息，实现设备实时状态模型化，构建完整的高速铁路客运专线设备运维信息模型；

S3)高速铁路客运专线设备运维信息模型管理：将已建立的高速铁路客运专线设备运维信息模型导入步骤S1)搭建的高速铁路客运专线三维可视化平台中，建立信息模型与三维场景关联，然后进行基于空间运算的路径、距离与统计分析，依据三维场景内选取的起点、终点位置自动生成最短路径，实现空间距离分析，统计区域面积、资产和设备信息，自动生成报表；

S4)高速铁路客运专线设备运维信息应急响应：根据设备报警快速定位，通过空间运算、统计分析、三维形象展示辅助方案决策，计算最佳救援路线，估算影响范围，绘制疏散、救援路线及居民撤离范围，为应急救援方案的制定提供辅助。

而且，步骤S1)中，所述的高速铁路客运专线运维管理所需二维信息包括铁路中线、道路、植被、水系、境界、注记、电力、管线和救援疏散通道。

而且，步骤S1)中，所述的S1-高速铁路客运专线三维可视化平台建设中采用高分辨率数码相机或机载激光雷达获取基础地理数据；采用金字塔技术分级组织基础地理数据和实体模型数据，根据当前浏览分辨率，计算视窗范围，即时加载相应的金字塔数据，从而实现海量地理数据和实体模型数据的优化组织和表达。

而且，步骤S2)中，高速铁路客运专线设备运维信息模型建模包括设备信息模型建模、设备台账模型化和设备实时状态模型化三方面的内容；

所述的设备台账模型化的步骤包括：第一步，在录入设备台账前，人工对高速铁路客运专线设备台账表的完备性和公有数据项进行规则化，包括表格完备性、列名注释规则化和数据格式规则化；第二步，批量自动录入表格和数据；第三步，采用松散的分级连接方式快速建立数据表间名称关联，建立所述的数据表间名称关联为建立名称检索表、名称汇总表和名称对应表；第四步，建立设备信息模型与台账关联。

所述的设备实时状态模型化指接收视频监控、风速计、雨量计、异物侵限、变形监测等传感器数据，根据传感器与设备的里程值，建立传感器与设备关联，分析传感器实时数据，判断关联设备的实时状态，并结合日常巡检与周期检修信息予以补充和校正。

而且，步骤S2)中，所述分层次建立高速铁路客运专线设备信息模型包括：

对于体量大、要求高、信息丰富的重点设施采用手推式激光扫描方法获取外部形态、主体结构、内部设备设施的精细三维数据，人工辅助建模实现设备设施单体化与属性信息采集；

对于体量小、要求高的设施根据设计与施工图纸采用建筑信息模型技术建模；

对于体量大、要求高、规范性高的设施采用参数化建模技术建模；

对于体量大、要求低、重复性高的设施建立通用模板形成模板库。

而且，步骤S3)中，高速铁路客运专线设备运维信息模型管理中的建立信息模型与三维场景关联过程为：输入设备名称或选择台账中设备名称时，可快速定位到三维场景中的具体位置，查看该设备的外观和内部子设备、相关台账信息、周围地理环境及邻近设备；在三维场景中选择某个三维点位，查询该点位相关的设备名称，组成设备查询列表，从设备查询列表中确定待查询设备，查看其台账信息和设备实时状态信息。

而且，步骤S4)中，高速铁路客运专线设备运维信息应急响应过程中根据设备报警快速定位后，查找的范围包括逃生设备、救援通道、疏散通道、消防设施、道路网、医院或者居民区。

本发明的有益效果为：

高速铁路客运专线设备运维信息模型技术是将建筑信息模型技术引入到高速铁路客运专线设备运维领域的一种技术，能准确、详尽地描述设备及其运维状态。本发明能够直观地查看设备所处位置、其周围地理环境以及与邻近设备之间的空间关系，能够对任意里程区间内设备及其状态进行查询与统计，能够以空间分析、统计算法、数据库技术等辅助制定设备维修方案，在设备报警后，实现灾害点的快速定位，并结合道路网、居民区、医院、消防设施分布等信息辅助制定应急响应方案，有助于提高设备的管理效率和运行安全。

附图说明

图1为本发明的制作与管理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，一种虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法包括以下步骤：S1)高速铁路客运专线三维可视化平台建设、S2)高速铁路客运专线设备运维信息模型建模、S3)高速铁路客运专线设备运维信息模型管理和S4)高速铁路客运专线设备运维信息应急响应。

S1-高速铁路客运专线三维可视化平台建设：

首先，采用高分辨率数码相机或机载激光雷达获取基础地理数据，经航测遥感软件处理及人工编辑后，得到数字正射影像(DOM，Digital Orthophoto Map)与数字高程模型(DEM，Digital Elevation Model)，将数字正射影像与数字高程模型导入三维平台，建立虚拟三维地理环境，根据铁路工点设计图纸与施工图纸，对地理环境进行编辑，模拟竣工后地形，更新地形地貌；

然后，采用金字塔技术分级组织基础地理数据和实体模型数据，具体为：对数字正射影像与数字高程模型根据分辨率进行采样，形成分辨率由粗到细、数据量由小到大的金字塔数据；根据需求对实体模型的三维网格数据进行逐级简化，形成不同表现粒度的金字塔数据，同一实体模型不同粒度的金字塔数据构成该模型的细节层次模型。根据当前浏览分辨率，计算视窗范围，即时加载相应的数字正射影像、数字高程模型金字塔数据，绘制视窗内所有实体的相应层的细节层次模型，实现实体模型的实时绘制，从而实现海量地理数据和实体模型数据的优化组织和表达；

最后，将铁路中线、道路、植被、水系、境界、注记、电力、管线、救援疏散通道等高速铁路客运专线运维管理所需二维信息以矢量的方式，经坐标转换后与三维地理场景融合，搭建完备的高速铁路客运专线三维可视化平台。

S2-高速铁路客运专线设备运维信息模型建模：

包括高速铁路客运专线设备信息模型建模、设备台账模型化和设备实时状态模型化三个方面。

首先，高速铁路客运专线设备信息模型建模：高速铁路客运专线设备种类众多，数量庞大，包括：通信、信息、信号、电力、牵引变电、接触网、给排水、机务等设施和设备，根据设备体量、需求、规范性、重复性差异分层次建立信息模型。具体如下：

对于体量大、要求高、信息丰富的重点设施(如车站、大型枢纽)采用手推式激光扫描方法获取外部形态、主体结构、内部设备设施的精细三维点云数据，将三维点云数据导入专业三维场景制作软件(如3ds Max 2012)，人工对三维点云数据进行编辑，构造三角网格，对每个网格添加材质，对三角网格进行切割，实现设备设施单体化，并附加属性信息；

对于体量小、要求高的设施(如变电所、通信所、中继站、信息中心、基站)根据设计与施工图纸，在建筑信息建模软件(如Revit 2012)内，首先建立轴网、标高、楼层、断面等基本信息，然后创建梁、柱、墙、门、窗、楼板、屋顶、天花板、扶手、楼梯等结构的族，再然后逐层根据图纸，对梁、柱、墙等族按照具体尺寸和位置实例化为构件，添加实例化构件，最后完善细节，包括划分房间、创建室外台阶、雨棚、坡道等。

对于体量大、要求高、规范性高的设施(如路基、隧道、桥梁)采用参数化建模技术建模，首先在参数化建模软件(如Revit 2012的参数化建模模块)中建立设施的参数化模型，然后解析图纸得到不同设施的参数值，最后在参数化建模软件中修改该设施的参数值，自动绘制三维模型；

对于体量大、要求低、重复性高的设施(如接触网、侧沟、转辙机、防护栅栏、逃生梯、限高架)在三维建模软件(如3ds Max 2012)中人工制作通用模型，形成通用模型库，并批量添加设备的属性信息。

其次，设备台账模型化：高速铁路客运专线设备台账涵盖专业广、表格多、表关系复杂，逐一填写并建立表间关系费时费力，为提高效率、简化数据结构，采取以下步骤：

第一步，在录入设备台账表前，人工对高速铁路客运专线设备台账表的完备性和公有数据项(如车站名称、起始里程、终止里程、线路、行别、侧别等)进行规则化，包括表格完备性、列名注释规则化与数据格式规则化。表格完备性指所有数据表必须具备表名注释和列名注释；列名注释规则化指公有数据项采用统一的列名注释，如地震监控安装地点表、工务维修分中心涵洞设备表、路基资料表中均包括设备的里程信息，要求列名注释包含“里程”字段；数据格式规则化指公有数据项采用统一、规范的数据值，如同一车站在不同的数据表中名称应一致。

第二步，批量自动录入表格和数据：读取台账表，按照第一步建立的规则，自动解析表名、列名、表注释、列注释及单元格数值，在数据库中自动建立表，并填写表的记录值。

第三步，采用松散的分级连接方式快速建立数据表间名称关联，名称关联即建立名称检索表、名称汇总表和名称对应表，名称检索表中的表名称用于存储汇总表的表名，包括车站表、区间表、线路表、专业表、施工单位表、桥梁表、隧道表、牵引变电站表、中继站表、基站表，名称汇总表中存储线路中所有该汇总项目名称，如车站表存储线路中所有车站名称，名称对应表中列出所有包含当前内容的子表名称及相应的字段名称。

第四步，建立设备信息模型与台账关联：将设备名称与第三步建立的台账表间名称关联相对应，可用设备名称检索台账。

最后，设备实时状态模型化：首先，接收视频监控、风速计、雨量计、异物侵限、变形监测等传感器数据，然后，根据传感器与设备的里程值，建立传感器与设备关联，再然后，分析传感器实时数据，判断关联设备的实时状态，最后，结合人工上传的设备日常巡检与周期检修信息予以补充和校正。

S3-高速铁路客运专线设备运维信息模型管理：

首先，对已建立的高速铁路客运专线设备运维信息模型进行模型数据格式转换，计算模型插入点位置、调整角度、进行尺寸拉伸，导入步骤S1)搭建的高速铁路客运专线三维可视化平台中；

其次，建立设备运维信息模型的里程关联，即建立里程关联方法表(包括点关联、区间段关联)和相应的里程对应表，里程对应表存储该关联方法所包含的子表名称及相应的字段名称；

然后，建立里程与三维场景坐标之间的转换关系，从而通过里程关联，建立设备运维信息模型与三维场景关联，包括：名称检索和位置检索。名称检索的步骤为：首先，输入设备名称或选择台账中设备名称，然后，由里程关联表查询该设备的里程值，再然后，根据里程值与三维场景坐标值之间的转换关系，计算设备在三维场景中的坐标，最后，根据坐标快速定位到三维场景中的具体位置，查看该设备的外观和内部子设备、相关台账信息、实时状态信息、周围地理环境及邻近设备。位置检索的步骤为：首先，在三维场景中选择某个三维点位，然后，根据里程值与三维场景坐标值之间的转换关系，计算当前选择的三维坐标点的里程值，再然后，由里程关联表查询该里程相关设备名称，组成设备查询列表，最后，从设备查询列表中确定待查询设备，查看其台账信息和设备实时状态信息。

最后，进行基于空间运算的路径、距离与统计分析，首先，依据三维场景内选取的起点、终点位置构造路径的起点和终点，根据铁路线路、道路构造二维路径图，采用Dijkstra算法求解最短路径；其次，设备的里程值经换算得到设备在三维场景中的坐标，结合地形、电力、管线、铁路线路、道路等矢量，分析设备的覆盖区域，计算不同设备之间的距离，优化巡检路线；最后，依据三维场景内选取的闭合空间范围，通过位置检索搜索范围内设备，计算区域面积，统计区域内资产、设备信息，自动生成报表。

S4-高速铁路客运专线设备运维信息应急响应：

根据设备报警，快速定位并显示传感器监控信息，查找附近的逃生设备、救援通道、疏散通道、消防设施、道路网、医院、居民区等，通过最短路径计算最佳逃生路线与救援路线，根据灾害类型和等级估算影响范围，在三维管理系统中直观绘制疏散、救援路线及需撤离的居民区范围，辅助应急救援方案决策，提高设备的管理效率和运行安全。

Claims

1.一种虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法，其特征在于：步骤S1)中，所述的高速铁路客运专线运维管理所需二维信息包括铁路中线、道路、植被、水系、境界、注记、电力、管线和救援疏散通道。

3.根据权利要求1所述的一种虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法，其特征在于：步骤S2)中，所述分层次建立高速铁路客运专线设备信息模型包括：

4.根据权利要求1所述的一种虚拟现实环境下高速铁路客运专线设备运维信息模型的制作与管理方法，其特征在于：步骤S2)中，在录入设备台账前，人工对高速铁路客运专线设备台账表的完备性和公有数据项进行规则化，包括表格完备性、列名注释规则化和数据格式规则化。