CN109816794B - 一种基于管网属性数据的三维可视化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管线巡检技术领域，具体涉及一种基于管网属性数据的三维可视化系统，包括中心数据库和移动端；所述中心数据库，用于存储管网属性数字信息，包括管网的修建设计蓝图信息以及从管线上的传感器实时上传的监测数据；移动端包括：定位模块，数据获取模块,用于根据移动端的实时位置信息从中心数据库中获取管网属性数字信息；实时建模模块，用于根据获取得到的管网属性数字信息中的修建设计蓝图信息，生成管网3D模型；数据显示界面构建模块，用于根据获取的管网属性数字信息中的检测数据，生成实时显示管网内各管线所对应的检测数据的数据显示界面；AR模块，将管网3D模型及数据显示界面叠加到真实世界画面中以得到增强现实画面。

Description

一种基于管网属性数据的三维可视化系统及方法

技术领域

本发明涉及管网巡检技术领域，具体涉及一种基于管网属性数据的三维可视化系统及方法。

背景技术

计算机三维可视化是计算机领域十分热门及发展迅速的方向，大多数研究都把目标集中于在计算机里构建三维的物体并在计算机屏幕上逼真的还原真实世界，在影视、游戏、军事、科研领域都有非常多的应用实例，随着计算机技术的发展给三维可视化技术带来了巨大的变革，三维可视化技术使二维的、静态的空间信息表示向三维的、动态的场景发展，导致了空间信息三维可视化成为GIS发展的重要特征之一，采用计算机进行三维可视化可以很好地解决传统信息管理技术中存在的问题。

作为三维可视化技术的一项重要应用，现今又出现了增强现实技术(AugmentedReality，简称AR)，他是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、三维模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。这种技术1990年提出。随着随身电子产品CPU运算能力的提升，预期增强现实的用途将会越来越广。

近20多年来我国城市建设有了飞速发展，城市原有的地下管网已远远满足不了现代化发展的需要，旧的管网的更新、新的管网的设计施工、新的管网的规划都需要准确掌握地下管网的现状，这就给管网的巡检工作带来了很大的难度，长期以来，人们利用图纸、地面标记的等手段引导对于在埋设在地下的管网的巡检工作，由于图纸和地面标记不够直观，特别是图纸的阅读需要较高的知识和技能要求，要将二维的图纸与三维的真实世界在脑海中进行重合与重建，出现理解误差的几率很高，巡检工作的工作难度、准确性均难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于管网属性数据的三维可视化系统，利用管网属性数据虚拟出三维可视化的管网模型并套在现实世界中，降低了巡检工作的工作难度、提高其准确性。

本发明中的一种基于管网属性数据的三维可视化系统，包括：中心数据库和移动端；

所述中心数据库，用于存储管网属性数字信息，所述管网属性数字信息至少包括，管网的修建设计蓝图信息，以及从管线上的传感器实时上传的监测数据；

所述移动端包括：定位模块，用于获取移动端的实时位置信息；

数据获取模块,用于根据移动端的实时位置信息从中心数据库中获取管网属性数字信息；

实时建模模块，用于根据获取得到的管网属性数字信息中的修建设计蓝图信息，生成管网3D模型；

数据显示界面构建模块，用于根据获取的管网属性数字信息中的检测数据，生成实时显示管网内各管线所对应的检测数据的数据显示界面；

AR模块，用于按照管线的修建设计蓝图信息中各管线的空间位置信息，将所述管网3D模型及各管线所对应的数据显示界面叠加到真实世界画面中以得到增强现实画面。

本发明通过少量的管网属性数据对管网中的管线在真实世界中的状态进行描述，由于管线的三维形状较为单一简单，所以可以在移动端通过实时建模模块快速形成管网3D模型，并通过AR模块显示在真实世界的画面上叠加显示，管网直观的以其实际形状和位置显示在真实世界的画面里，从而引导巡检人员的工作；工作人员不必再利用图纸进行管线的寻找和估计其位置，降低了巡检难度，提高了巡检的效率和准确性。

进一步，所述管网修建设计蓝图信息包括二维平面电子管道地图；

所述移动端还包括二维平面电子管道地图显示模块，用于显示所述二维平面电子管道地图；

以及根据所述实时位置信息显示在所述二维平面电子管道地图上显示所述移动端的当前位置。

方便巡检时，工作人员找到在自己的所在地，并对管网进行选择。

进一步，所述管网修建设计蓝图信息还包括管道数据，所述管道数据包括管道的埋地走向、埋地深度、经纬坐标和管径尺寸；

可以清楚的描述管网的形态和分布，建模更为准确。

进一步，所述管网属性数据还包括管道信息，该管道信息包括用途、所属街道、所属部门信息。

方便核对巡检的目标管线。

进一步，所述监测数据包括当前气压数据、水压数据、电流强度数据、渗透度数据以及泄露数据。

更直观快速的得知管网的运行状况，排查故障。

本发明的另一方面还提供了一种基于管网属性数据的三维可视化方法，包括：

在中心数据库中，存储管网属性数字信息，所述管网属性数字信息至少包括，管网的修建设计蓝图信息，以及从管线上的传感器实时上传的监测数据；

移动端通过定位模块，获取实时位置信息；

数据获取模块根据移动端的实时位置信息从中心数据库中获取管网属性数字信息；

实时建模模块根据获取得到的管网属性数字信息中的修建设计蓝图信息，生成管网3D模型；

数据显示界面构建模块根据获取的管网属性数字信息中的检测数据，生成实时显示管网内各管线所对应的检测数据的数据显示界面；

AR模块按照管线的修建设计蓝图信息中各管线的空间位置信息，将所述管网3D模型及各管线所对应的数据显示界面叠加到真实世界画面中以得到增强现实画面。

本方法通过少量的管网属性数据对管网中的管线在真实世界中的状态进行描述，由于管线的三维形状较为单一简单，所以可以在移动端通过实时建模模块快速形成管网3D模型，并通过AR模块显示在真实世界的画面上叠加显示，管网直观的以其实际形状和位置显示在真实世界的画面里，从而引导巡检人员的工作；工作人员不必再利用图纸进行管线的寻找和估计其位置，降低了巡检难度，提高了巡检的效率和准确性。

进一步，所述管网修建设计蓝图信息包括二维平面电子管道地图；

二维平面电子管道地图显示模块，用于显示所述二维平面电子管道地图；

以及根据所述实时位置信息显示在所述二维平面电子管道地图上显示所述移动端的当前位置。

方便巡检时，工作人员找到在自己的所在地，并对管网进行选择。

进一步，所述管网修建设计蓝图信息还包括管道数据，所述管道数据包括管道的埋地走向、埋地深度、经纬坐标和管径尺寸；

可以清楚的描述管网的形态和分布，建模更为准确。

进一步，所述管网属性数据还包括管道信息，该管道信息包括用途、所属街道、所属部门信息。

方便核对巡检的目标管线。

附图说明

图1为本发明实施例中的基于管网属性数据的三维可视化系统的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

本实施例中的一种基于管网属性数据的三维可视化系统，基本如图1所示，包括：中心数据库和移动端。

中心数据库，设在后台服务器内，用于存储管网属性数字信息，所述管网属性数字信息至少包括，管网的修建设计蓝图信息，及从管线上的传感器实时上传的监测数据；所述管网修建设计蓝图信息包括二维平面电子管道地图；以及根据所述实时位置信息显示在所述二维平面电子管道地图上显示所述移动端的当前位置；所述管网修建设计蓝图信息还包括管道数据，所述管道数据包括管道的埋地走向、埋地深度、经纬坐标和管径尺寸；所述管网属性数据还包括管道信息，该管道信息包括用途、所属街道、所属部门信息。所述监测数据包括当前气压数据、水压数据、电流强度数据、渗透度数据以及泄露数据。

移动端包括：定位模块，用于获取移动端的实时位置信息；数据获取模块,用于根据移动端的实时位置信息从中心数据库中获取管网属性数字信息；实时建模模块，用于根据获取得到的管网属性数字信息中的修建设计蓝图信息，生成管网3D模型；数据显示界面构建模块，用于根据获取的管网属性数字信息中的检测数据，生成实时显示管网内各管线所对应的检测数据的数据显示界面；AR模块，用于按照管线的修建设计蓝图信息中各管线的空间位置信息，将所述管网3D模型及各管线所对应的数据显示界面叠加到真实世界画面中以得到增强现实画面；还包括二维平面电子管道地图显示模块，用于显示所述二维平面电子管道地图；

本实施例中的具体基于管网属性数据的三维可视化方法实施过程如下：

移动端采用智能手机、平板电脑或AR头戴设备，如微软公司出品的HoloLens；

本发明移动端的各个模块通过应用程序加载到设备内，并连接设备上的摄像头作为真实世界图像信息的来源，连接设备上的屏幕作为显示单元和输入单元，如果是AR头戴设备则还需连接该设备的输入部件，另外还会调用移动端的定位模块和姿态传感器。

到达巡检目的地附近后，打开应用程序，数据获取模块根据当前位置先从中心数据库获取其所在地附近的管网属性数据，首先通过二维平面电子管道地图显示模块显示附近的地图、地图上的管网通过线条显示，同时显示的还有移动端的当前位置，点选或者通过管网信息筛选，确定需要巡检的管线，进入AR模式；

此时实时建模模块根据从中心数据库的得到的管网修建设计蓝图信息中所述管道数据包括管道的埋地走向、埋地深度、经纬坐标和管径尺寸建立可视化的管网3D模型，叠加在通过摄像头采集的真实数据的画面上显示，工作人员可沿着管线开始巡检，由于这些管网属性数据清楚的描绘了管网的实际姿态、位置、形状以及走向，叠加在真实画面中的管网3D模然使得巡检人员的工作难度降低了不少，准确度也提高了；由于在巡检过程中，移动端的姿态和位置在实时的变化，所以AR模块根据移动端上的姿态传感器以及定位模块得到的姿态信息和实时定位信息，实时的将管网3D模型于在显示单元上显示的真实世界图像“找齐”。

显示的图像中的每一管线上，还同时通过数据显示卡片显示监测数据，包括当前气压数据、水压数据、电流强度数据、渗透度数据以及泄露数据；点击画面中的管线或数据显示卡片，还会弹出数据显示界面，显示所述管网属性数据还包括管道信息，该管道信息包括用途、所属街道、所属部门信息。

本实施例中，后台服务器内还设有用于与分析管网及网内的各设备的运行监控模块，如果运行监控模块通过其接收到的实时监测数据分析得知某处管线需要检修，则会在管网属性数据中增加该处需要检修的信息(包括检修点位置和所属管线)，移动端的AR模块则在相应位置的管线上显示警示标志或维修符号，提醒巡检的工作人员注意或者立即展开维修。通过管网上的各类传感器所传来的数据进行管网运行状态分析监控的部分，本实施例采用了现有技术，再次不做赘述。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，特别针对各类灾害的发生，与中心数据库并列的增设了灾后风险预警模块。

一些自然灾害的发生，如地震、洪水、海啸、泥石流、山体滑坡等，均有很大的可能造成管网被破坏，如果是在受灾地区，灾后势必对所有的管线进行全面的故障排差和先后加固。然而，一些距离灾害发生点较远的地区，例如，在地震灾害发生时，距离震中较远的地区，也许会有震感，但不会被视为受灾；然而，由于自然灾害会往往会造成地面以下地址结构的细微改变，使得管线敷设处的地质条件与当初设计建设时有了不同，如果足够严重，则地表也会出现较大改变，但大多数时候，对地表造成的改变比较细微，不容易被人观察到，或意识到。但这些改变则是造成管线发生位移甚至损坏的潜在因素，或许灾害发生后的一段时间内，无论从地表还是从传感器所回传的数据都显示一切正常，但当外在环境发生进一步变化，如建筑施工，或者是随着时间的推移，原本小的变化逐渐变大，如管道下的地层慢慢发生塌陷，管网就会突然迸发打的故障，严重的，可能会引起导致人员伤亡。

鉴于此，本实施例中的灾后风险预警模块从国家灾害系统获取实时的灾害通报，从中抓取出灾害的种类、严重程度、灾害发生地的定位信息等信息，通过设定的判别条件判别该灾害是否有可能对系统所属管网所在地下环境成影响；例如，发生震中位置距离管网中的某一管线100公里，强度为8级的地震，则有可能造成该管线所在地下环境的变化，如果此时从管线上的传感器回传的数据并未显示有故障或需要检修，则灾后风险预警模块向负责此段巡检的移动端派发预警性巡检任务，针对该段管线进行以配差分线为目的的巡查；如果发生覆盖范围最边缘位置距离管网中的某一管线100公里，级别为特大级的洪水，由于洪水这一灾害鲜有对距离里较远的地区造成地质结构影响，因此灾后风险预警模块对该灾害通报不做进一步处理；此类判断，可以通过事先写入的针对量化了的灾害通报内容的筛选规则来实现。

另外，按照上述的策略判断出的需要进行预警性巡查的管线很可能覆盖面较广，此时，灾后风险预警模块根据来自第三方的人口分布信息，根据该信息从上述管线中筛选出处于人口密集处的管线段优先派发预警性巡检任务，具体人口密集与否份额划分标准可以沿用官方标准。

另外，为了让风险的排查更准确、更智能；本实施例中的系统还包括了设置在个管线沿线的摄像头，所述摄像头沿管线的沿线间隔固定距离均布，每一摄像头上还设有用于实时监测该摄像头当前姿态的姿态传感器，摄像头每隔一段时间就对管线沿线的环境进行拍摄，并通过通信模块传输回灾后风险预警模块，与图像一起回传的还有拍摄时的摄像头的姿态信息；于是，收到灾害通报后，灾后风险预警模块对比灾害前后的环境图像，如果某一处摄像图采集的图像灾害前后差异超过设定范围，则可能是该灾害对管线所在地造成的影响较大，那么处于地下的管线也即有可能收到了影响，于是将该处列为重点巡检地区，优先级达到最高。在此过程中，为避免摄像头的姿态随其环境一同发生变化，如地表整体抬升，那么其拍摄的图像还是与灾害发前相同，此时根据灾害前后采集图像时摄像头的姿态信息的差异将灾后所采集到的图像信息进行旋转或补偿，则处理后的图像就可以反映出当前环境是否发生了变化，图像对比结果的更为准确。

本实施例针对地质灾害对管线所在地质环境可能造成不易为人所见的影响这一尚未被发觉的技术问题，根据灾害的发生，经过合理的条件预设来决定是否派发预警性巡检，降低了不易注意到的地质变化给管线的运行带来风险的概率，进一步保证了管线的安全运行，从而减少财产损失，并确保了人员安全。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种基于管网属性数据的三维可视化系统，其特征在于：中心数据库和移动端；

所述中心数据库，用于存储管网属性数字信息，所述管网属性数字信息至少包括，管网的修建设计蓝图信息，以及从管线上的传感器实时上传的监测数据；

所述移动端包括：定位模块，用于获取移动端的实时位置信息；

数据获取模块,用于根据移动端的实时位置信息从中心数据库中获取管网属性数字信息；

实时建模模块，用于根据获取得到的管网属性数字信息中的修建设计蓝图信息，生成管网3D模型；

数据显示界面构建模块，用于根据获取的管网属性数字信息中的检测数据，生成实时显示管网内各管线所对应的检测数据的数据显示界面；

AR模块，用于按照管线的修建设计蓝图信息中各管线的空间位置信息，将所述管网3D模型及各管线所对应的数据显示界面叠加到真实世界画面中以得到增强现实画面。

2.根据权利要求1所述的基于管网属性数据的三维可视化系统，其特征在于：所述管网修建设计蓝图信息包括二维平面电子管道地图；

所述移动端还包括二维平面电子管道地图显示模块，用于显示所述二维平面电子管道地图；

以及根据所述实时位置信息显示在所述二维平面电子管道地图上显示所述移动端的当前位置。

3.根据权利要求1所述的基于管网属性数据的三维可视化系统，其特征在于：所述管网修建设计蓝图信息还包括管道数据，所述管道数据包括管道的埋地走向、埋地深度、经纬坐标和管径尺寸。

4.根据权利要求1所述的基于管网属性数据的三维可视化系统，其特征在于：所述管网属性数据还包括管道信息，该管道信息包括用途、所属街道、所属部门信息。

5.根据权利要求1所述的基于管网属性数据的三维可视化系统，其特征在于：所述监测数据包括当前气压数据、水压数据、电流强度数据、渗透度数据以及泄露数据。

6.一种基于管网属性数据的三维可视化方法，其特征在于：包括，在中心数据库中，存储管网属性数字信息，所述管网属性数字信息至少包括，管网的修建设计蓝图信息，以及从管线上的传感器实时上传的监测数据；

移动端通过定位模块，获取实时位置信息；

数据获取模块根据移动端的实时位置信息从中心数据库中获取管网属性数字信息；

实时建模模块根据获取得到的管网属性数字信息中的修建设计蓝图信息，生成管网3D模型；

数据显示界面构建模块根据获取的管网属性数字信息中的检测数据，生成实时显示管网内各管线所对应的检测数据的数据显示界面；

AR模块按照管线的修建设计蓝图信息中各管线的空间位置信息，将所述管网3D模型及各管线所对应的数据显示界面叠加到真实世界画面中以得到增强现实画面。

7.根据权利要求6所述的基于管网属性数据的三维可视化方法，其特征在于：所述管网修建设计蓝图信息包括二维平面电子管道地图；

所述移动端还包括二维平面电子管道地图显示模块，用于显示所述二维平面电子管道地图；

以及根据所述实时位置信息显示在所述二维平面电子管道地图上显示所述移动端的当前位置。

8.根据权利要求6所述的基于管网属性数据的三维可视化方法，其特征在于：所述管网修建设计蓝图信息还包括管道数据，所述管道数据包括管道的埋地走向、埋地深度、经纬坐标和管径尺寸。

9.根据权利要求6所述的基于管网属性数据的三维可视化方法，其特征在于：所述监测数据包括当前气压数据、水压数据、电流强度数据、渗透度数据以及泄露数据。

10.根据权利要求6所述的基于管网属性数据的三维可视化方法，其特征在于：所述管网属性数据还包括管道信息，该管道信息包括用途、所属街道、所属部门信息。

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