CN111089560A - 一种基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，包括二维监测数据库，用于储存二维地图数据；三维监测数据库，用于储存三维模型数据；二维地图数据和三维模型数据均采用同一坐标系；属性数据库，用于储存用户数据和坐标系中多个坐标的监测数据；监测判断模块，用于获取监测数据，分析监测数据得到监测预警或监测曲线；数据推送模块，用于在接收到选点指令时，根据选点指令对应的坐标推送对应的二维地图数据和三维模型数据，以及在接收到数据查看指令时，推送数据查看指令对应的坐标的监测数据、监测预警或监测曲线。本发明中的预警系统极大地提高了监测数据的报送、预警效率，直接地提高地铁运营决策效率。
Description
技术领域
本发明属于地铁结构健康监测领域，主要涉及一种基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统。
背景技术
随着全国各城市轨道交通线网的快速发展，各城市运营的轨道交通线路迅速增加，随着新的轨道交通线路里程的增加以及既有线路运营期的延长，城市轨道交通的结构病害或将逐渐显现，另外伴随着城市轨道交通地铁保护区内土地开发显著增加，直观、快速、准确地监测城市轨道交通既有结构状况，对提高运营决策效率有重要意义。
为了直观、快速、准确地掌握城市轨道交通结构的变形情况，需要基于实景平台将地铁结构监测数据进行展示。基于三维实景模型的地铁结构监测预警系统具有直观、准确、便捷等优点，目前三维模型系统在国内管道、电网等领域得到较大的应用与推广。国内外虽然已有多家单位进行基于二维或者三维模型的地铁监控系统的研发，目前大多成果存在如下问题：
(1)系统集成化程度不高,大多数只是针对某一项目做出单一成果，没有形成运营监测的一整套综合解决方案，系统集成化程度不高；(2)现场适用性一般,大多数单位并没有城市轨道交通运营监测的现场经验，不了解城市轨道交通的特点，研发的系统不满足现场实际需求；(3)监测成果表达不丰富,大多数单位成果表达以数字表、变形曲线为主，成果表达简单单一，用户体验一般；(4) 工程信息单一,大多数单位成果还是以监测数据为主，缺少配套的其他辅助信息，如地表倾斜模型、沿线地物信息等，不利于综合分析和快速决策。
发明内容
本发明目的在于针对现有方法的缺陷，提供一种基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，为解决传统三维模型数据的利用提供了思路，对促进三维模型在轨道交通行业的应用服务具有积极意义,极大地提高了监测数据的报送、预警效率，直接地提高地铁运营决策效率。
为解决上述技术问题，本发明通过以下方案进行实施：
一种基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，包括：
二维监测数据库，用于储存二维地图数据；
三维监测数据库，用于储存三维模型数据；所述二维地图数据和所述三维模型数据均采用同一坐标系；
属性数据库，用于储存用户数据和所述坐标系中多个坐标的监测数据；
监测判断模块，用于获取所述监测数据，分析所述监测数据得到监测预警或监测曲线；
数据推送模块，用于在接收到所述选点指令时，根据所述选点指令对应的坐标推送对应的所述二维地图数据和所述三维模型数据，以及在接收到所述数据查看指令时，推送所述数据查看指令对应的坐标的所述监测数据、监测预警或监测曲线。
本发明的进一步改进在于，还包括显示模块，所述显示模块用于接收所述数据推送模块推送的数据并显示。
本发明的进一步改进在于，所述显示模块还用于接收用户的地图选择指令，所述地图选择指令包括二维查看指令和三维查看指令；
所述显示模块在接收到所述二维查看指令时显示所述选点指令对应的坐标的所述二维地图数据；
所述显示模块在接收到所述三维查看指令是显示所述选点指令对应的坐标的所述三维模型数据。
本发明的进一步改进在于，所述三维模型数据包括三维倾斜实景模型、BIM 设计模型、三维实景扫描模型和现场监测设备位置数据。
本发明的进一步改进在于，所述监测数据包括周边环境数据、地下车站数据、监测点数据、地形数据、BIM数据、线路设计数据、地质数据和房调与管线数据。
本发明的进一步改进在于，所述三维倾斜实景模型的生成方式为：
通过无人机多镜头飞行获利原始照片，利用Smart3D软件多台图形工作站并联处理生成三维模型，并辅助利用倾斜摄影单体化建模软件进行单体化处理。
本发明的进一步改进在于，所述三维实景扫描模型通过推扫式三维激光扫描仪扫描处理生成。
本发明的进一步改进在于，还包括移动端，用于接收用户的所述选点指令和数据查看指令，并显示所述数据推送模块推送的所述二维地图数据、所述三维模型数据或所述监测数据。
本发明的进一步改进在于，所述监测点数据包括静力水准仪数据和全站仪数据；
所述监测判断模块用于获取所述监测点数据，对所述监测点数据的最大值、变化速率、变化趋势进行分析得到所述监测曲线，并在所述最大值、变化速率、变化趋势超过预先设定的预警值时发出所述监测预警。
本发明的进一步改进在于，所述系统的架构包括客户端、数据服务器和 skyline应用服务器；
其中所述客户端设置有所述显示模块和所述指令获取模块；
所述数据服务器设置有所述属性数据库和数据推送模块；
所述skyline应用服务器设置有所述二维监测数据库、三维监测数据库和数据推送模块。
本发明的进一步改进在于，还包括数据修改模块，用于接收用户的指令以对所述二维数据库和所述属性数据库中的数据进行查询、编辑、分析或应用。
与现有技术相比，本发明的有益方法效果如下：
本发明公开的一种基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其具有可视化高和现实感强的特点，能给予用户直观、快速、准确的展示结构监测成果，本发明为解决传统三维模型数据的利用提供了思路，对促进三维模型在轨道交通行业的应用服务具有积极意义,极大地提高了监测数据的报送、预警效率，直接地提高地铁运营决策效率。
附图说明
图1为本发明实施例中所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统的系统模块示意图。
图2为本发明实施例中所述的预警系统的一种具体实施方案的系统架构示意图。
图3为本发明实施例中所述的预警系统的一种具体实施方案的系统模块示意图。
具体实施方式
为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图与具体实施方式对本发明的构思、具体步骤及产生的方法效果作进一步说明。
如图1所示，本实施例公开了一种基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，包括：二维监测数据库1，用于储存二维地图数据；三维监测数据库 2，用于储存三维模型数据；二维地图数据和三维模型数据均采用同一坐标系；属性数据库3，用于储存用户数据和坐标系中多个坐标的监测数据；监测判断模块4，用于获取监测数据，分析监测数据得到监测预警或监测曲线；数据推送模块5，用于在接收到选点指令时，根据选点指令对应的坐标推送对应的二维地图数据和三维模型数据，以及在接收到数据查看指令时，推送数据查看指令对应的坐标的监测数据、监测预警或监测曲线；显示模块6，用于接收数据推送模块推送的数据并显示。
具体的，二维地图数据和三维模型数据均采用WGS84坐标系，其中二维地图数据通过专用的坐标转换工具转换为WGS84坐标系；其中三维模型数据通过倾斜摄影方法或者3Dmax软件生成。
具体的在本实施例中，显示模块6还用于接收用户的地图选择指令，地图选择指令包括二维查看指令和三维查看指令。具体的，显示模块6在接收到二维查看指令时显示选点指令对应的坐标的二维地图数据；显示模块6在接收到三维查看指令是显示选点指令对应的坐标的三维模型数据。
具体的在本实施例中，三维模型数据包括三维倾斜实景模型、BIM设计模型、三维实景扫描模型和现场监测设备位置数据。具体的在本实施例中，三维倾斜实景模型的生成方式为：
通过无人机多镜头飞行获利原始照片，利用Smart3D软件多台图形工作站并联处理生成三维模型，并辅助利用倾斜摄影单体化建模软件进行单体化处理。
具体的在本实施例中，三维实景扫描模型通过推扫式三维激光扫描仪扫描处理生成。
具体的在本实施例中，监测数据包括周边环境数据、地下车站数据、监测点数据、地形数据、BIM数据、线路设计数据、地质数据和房调与管线数据。
具体的在本实施例中，还包括移动端，用于接收用户的选点指令和数据查看指令，并显示数据推送模块推送的二维地图数据、三维模型数据或监测数据。移动端可以方便用户实时在安卓、IOS平台上查看监测数据、预警统计、预警短信。
具体的在本实施例中，监测点数据包括静力水准仪数据和全站仪数据；监测判断模块用于获取监测点数据，对监测点数据的最大值、变化速率、变化趋势进行分析得到监测曲线，并在最大值、变化速率、变化趋势超过预先设定的预警值时发出监测预警。
具体的在本实施例中，系统的架构包括客户端、数据服务器和skyline应用服务器；其中客户端设置有显示模块和指令获取模块；数据服务器设置有属性数据库和数据推送模块；skyline应用服务器设置有二维监测数据库、三维监测数据库和数据推送模块。
具体的在本实施例中，还包括数据修改模块，用于接收用户的指令以对二维数据库和属性数据库中的数据进行查询、编辑、分析或应用。
接下来以本实施例中所述的预警系统的一种具体实施方案来对本技术方案做更详细的说明，具体方案的架构可参考图2，包括数据服务器、应用服务器和用户端(包括各功能模块)。
具体的，参考图3，鉴于三维系统的业务需求，本发明的系统中设置系统管理模块、数据管理模块、数据浏览模块、数据分析模块、预警管理模块、设备管理模块和项目管理模块。
其中，数据服务器包括二维数据库、三维数据库以及属性数据库。
二维数据库指地形数据、BIM数据、线路设计数据，本实施例中，该BIM 数据为地铁车站BIM设计模型，线路设计数据为地铁线路设计数据，其通过 SQLServer方式存储在各自独立的数据集中。
该三维数据库内部地表三维倾斜模型数据、三维BIM数据、地铁车站三维激光扫描数据。
属性数据库，包括专题属性数据和系统数据，这里的专题属性数据为储存地下车站、隧道监测点的属性和系统数据，这里的系统数据包块用户、日志等。
应用服务器包括二维数据应用模块、三维数据应用模块。
二维数据应用模块，其采用B/S架构，用于对所述二维数据库内的数据进行发布，便于用户查询、编辑、分析、应用。
三维数据管理模块，其采用B/S架构，用于对三维数据库内的三维倾斜模型、三维车站模型、三维隧道模型进行浏览、空间分析。
三维数据管理模块基于Skyline核心引擎，用于将遥感影像和DEM数据进行读取、转换处理，其中转换主要是指将不同数据源数据统一坐标系并进行简单的预处理，并创建三维场景，基于该三维场景导入倾斜三维模型、三维地铁车站模型及三维隧道模型。
本方案中所述的二维数据库和三维数据库信息通过局域网与用户端连接，方便完成变形监测结果的查询、浏览、分析和预警。其中变形监测结果主要通过静力水准仪自动监测、全站仪自动监测将数据实时传输到数据库，或者通过人工监测后处理将数据手工导入到数据库。重点对监测结果的最大值、变化速率、变化趋势进行分析，其中最大值、变化速率通过简单数值计算获得，变化趋势通过线性回归方法拟合获得。预警主要通过系统自动发送预警短信实现，当监测结果的最大值、变化速度、变化趋势超过预先设定的预警值时触发。同时，局域网连接可以增强敏感信息的保密和信息的安全性。
本实施例所公开的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其具有可视化高和现实感强的特点，能给予用户直观、快速、准确的展示结构监测成果，本发明为解决传统三维模型数据的利用提供了思路，对促进三维模型在轨道交通行业的应用服务具有积极意义,极大地提高了监测数据的报送、预警效率，直接地提高地铁运营决策效率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通方法人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本方法领域中方法人员依本发明构思在现有方法基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的方法方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，包括：
二维监测数据库，用于储存二维地图数据；
三维监测数据库，用于储存三维模型数据；所述二维地图数据和所述三维模型数据均采用同一坐标系；
属性数据库，用于储存用户数据和所述坐标系中多个坐标的监测数据；
指令获取模块，用于获取用户的选点指令和数据查看指令；
监测判断模块，用于获取所述监测数据，分析所述监测数据得到监测预警或监测曲线；
数据推送模块，用于在接收到所述选点指令时，根据所述选点指令对应的坐标推送对应的所述二维地图数据和所述三维模型数据，以及在接收到所述数据查看指令时，推送所述数据查看指令对应的坐标的所述监测数据、监测预警或监测曲线。
2.根据权利要求1所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块用于接收所述数据推送模块推送的数据并显示。
3.根据权利要求2所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，所述显示模块还用于接收用户的地图选择指令，所述地图选择指令包括二维查看指令和三维查看指令；
所述显示模块在接收到所述二维查看指令时显示所述选点指令对应的坐标的所述二维地图数据；
所述显示模块在接收到所述三维查看指令是显示所述选点指令对应的坐标的所述三维模型数据。
4.根据权利要求1所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，所述三维模型数据包括三维倾斜实景模型、BIM设计模型、三维实景扫描模型和现场监测设备位置数据。
5.根据权利要求1所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，所述监测数据包括周边环境数据、地下车站数据、监测点数据、地形数据、BIM数据、线路设计数据、地质数据和房调与管线数据。
6.根据权利要求4所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，所述三维倾斜实景模型的生成方式为：
通过无人机多镜头飞行获利原始照片，利用Smart3D软件多台图形工作站并联处理生成三维模型，并辅助利用倾斜摄影单体化建模软件进行单体化处理。
7.根据权利要求4所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，所述三维实景扫描模型通过推扫式三维激光扫描仪扫描处理生成。
8.根据权利要求1所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，还包括移动端，用于接收用户的所述选点指令和数据查看指令，并显示所述数据推送模块推送的所述二维地图数据、所述三维模型数据、所述监测数据、监测预警或监测曲线。
9.根据权利要求6所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，所述监测点数据包括静力水准仪数据和全站仪数据；
所述监测判断模块用于获取所述监测点数据，对所述监测点数据的最大值、变化速率、变化趋势进行分析得到所述监测曲线，并在所述最大值、变化速率、变化趋势超过预先设定的预警值时发出所述监测预警。
10.根据权利要求1所述的基于三维实景模型的地铁结构健康监测预警系统，其特征在于，还包括数据修改模块，用于接收用户的指令以对所述二维数据库和所述属性数据库中的数据进行查询、编辑、分析或应用。
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