CN112733232A - 一种基于bim的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，属于桥梁信息检测领域。本发明包括：1)利用建模软件构建桥梁的BIM三维模型；2)分析模型的二、三维视图信息，根据模型树构建索引关系；3)导出模型的IFC文件，解析所述IFC文件的结构并设置访问接口，解析模型并构件之间的组合关系；通过二次开发将所述BIM三维模型封装为obj格式，得到封装模型，导出构件参数信息和几何模型文件，应用所述访问接口提取数据信息至云存储服务器并保存；4)实现桥梁三维模型和信息的可视化展示；5)构建桥梁信息检测与可视化系统；6)构建桥梁信息采集硬件系统。

Description

一种基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法

技术领域

本发明属于桥梁信息检测领域，尤其是一种基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法。

背景技术

近年来，随着经济的不断发展，基础设施的建设不断推进。据不完全统计，我国大型桥梁工程建设的数量已超过80万座，稳居世界第一，然而随着这些基础设施建设数量的持续增长，使用过程中各种安全性问题也不断涌现，例如近些年桥梁坍塌事故不断发生，造成了大量的经济损失和人员伤亡。因此，针对这些基础设施的安全信息检测成为工业领域里的一个重要问题。传统的人工检测方法耗时耗力，还有可能会对检测人员的人身安全构成威胁。除此以外，检测精度也随着检测人员的经验技术而异，具有不确定性，这些因素都限制了桥梁安全信息检测技术的发展。

发明内容

本发明的目的在于传统的桥梁检测方法因检测人员的操作具有不确定性的缺点，提供一种基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，包括以下步骤：

1)基于目标桥梁信息，利用建模软件构建桥梁的BIM三维模型；

2)分析所述BIM三维模型的二、三维视图信息，根据模型树构建索引关系；

3)导出所述BIM三维模型的IFC文件，解析所述IFC文件的结构并设置访问接口；

通过二次开发提取所述IFC文件中桥梁模型的几何参数并将其封装为obj格式，导出桥梁模型的几何参数信息和构件属性信息，应用所述访问接口提取数据信息至云存储服务器并保存；

4)结合WebGL技术，以Three.js为整体框架实例化场景，通过OBJLoder.js将所述封装模型导入场景中，实现模型的三维可视化，通过OrbitCortrols.js控件实例化漫游，实现用户交互；

5)重构桥梁模型设置独立构建分类标识框，通过ajax调用云服务器中存储的对应信息到分类标示框内，实现桥梁检测信息的可视化展示；

6)构建桥梁信息采集节点，所述桥梁信息采集节点用于采集桥梁的各种信息存储于云服务器，供所述桥梁信息检测与可视化系统调用。

7)整合以上信息，搭建前端页面和后台服务框架，实现桥梁信息检测与可视化系统的集成。

进一步的，步骤3)中进行二次开发包括：

301)以原模型构件分类为基础，以构件Id为映射键，应用ODBC技术访问模型信息数据库，整合相关联信息；

302)将整合后的相关联信息导出置于obj格式对应几何信息分割处。

303)通过设置的信息访问接口导出桥梁几何模型参数和构件属性参数。

进一步的，步骤7)具体包括：

701)应用Maven管理系统拓展库搭建Maven管理框架；

702)应用SpringBoot分布式框架封装系统功能接口；

703)以Spring、SpringMVC、Mybatis为后端架构，构件服务以BootStrap、JQuery为前端架构，设计构建桥梁信息检测与可视化系统；

704)应用Tomcat为部署编译项目，搭建Mysql数据库存储相关信息。

705)通过web浏览器打开部署文件即可查阅系统。

进一步的，桥梁信息采集节点包括信息采集模块、数据传输模块、单片机和电源；

所述电源用于供电；

所述信息采集模块用于将采集到的数据传送至单片机；

所述单片机用于处理数据并传送至数据传输模块；

所述数据传输模块为lora模块，用于将数据传送至云服务器。

进一步的，信息采集模块包括温湿度传感器、压力传感器、风速传感器和频率传感器。

进一步的，温湿度传感器的型号为AM2320，通过I2C协议与单片机进行通信。

进一步的，单片机的型号为STM32F107VCT6。

进一步的，压力传感器的型号为PTH503，风速传感器型号为RS-FS-N01，输出端均接单片机通信接口，通过R485协议进行通信；

频率传感器选择型号为941B，信号输出端接单片机的I/O口。

应变传感器选择型号为BX120-3AA，经A/D转换器连接单片机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，通过建模软件建立桥梁的BIM信息模型，设计二次开发插件将BIM模型导出为轻量化的obj格式信息模型和模型材质，并结合模型的唯一ID将其信息进行绑定，存储至云服务器中，同时设计桥梁信息硬件采集节点，采集桥梁的环境信息，结合WebGL技术搭建桥梁信息检测与可视化系统，通过ID信息从云服务器的预设接口中调用模型信息，实现模型和信息的可视化；另一方面，本发明操作难度低，具有分布式的特点，便于推广应用。

进一步的，前端模块与后台模块应用Ajax技术作为中间关联键，以降低系统前端与后端开发耦合度，提高综合场景应用能力与再开发能力。

附图说明

图1为本发明的构建流程图；

图2为本发明构建的系统的架构图；

图3为本发明的信息采集硬件节点图；

图4为本发明的信息传输方式图；

图5为本发明的软件系统搭建框架图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明包括桥梁模型的二次开发方法、桥梁安全信息可视化系统的搭建方法、桥梁信息硬件采集系统的设计。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，图1为本发明的构建流程图，本发明的基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，包括以下步骤：

步骤一：根据桥梁的建筑模型、结构、尺寸、材质等信息，通过建模软件构建桥梁的BIM三维模型；

步骤二：分析桥梁模型的二、三维视图信息，根据已建立模型树构建索引关系；

步骤三：导出桥梁模型的IFC文件，解析IFC文件的结构并设置访问接口，应用已有访问接口提取数据信息至云存储服务器并保存；

步骤四：解析模型的IFC文件内容，通过二次开发实现BIM三维模型的数模分离，将模型文件封装为obj格式，并将模型构件信息存储在云服务器中；

步骤五：设计并搭建桥梁信息采集硬件检测节点，包括信息采集模块、数据传输模块、单片机、电源，各个模块协调运行将采集到的信息存储至云服务器中；

步骤六：搭建桥梁信息检测与可视化系统，利用WebGL技术，以Three.js为整体框架实例化场景、相机、渲染器，通过OBJLoder.js将封装的obj格式模型导入场景中，实现模型B/S架构下的三维可视化，通过OrbitCortrols.js控件实例化漫游，实现用户交互。

步骤七：整合上述步骤中的系统功能，构建前端可视化页面和后台服务框架，实现桥梁信息检测可视化管理系统的集成。

参见图2，图2为本发明构建的系统的架构图，本发明的系统包括数据采集与传输层、数据分析与处理层、数据存储层、用户交互层；数据采集与传输层由信息采集模块组成，通过各种传感器采集桥梁对应的信息，将信息传输至数据分析与处理层；分析与处理层主要由MCU处理器和lora模块组成，MCU对采集到的数据信息进行处理后，通过lora模块将信息传输至数据存储层；数据存储层为云服务器，用于存储模型信息和传感器采集处理后的信息；用户交互层用于处理获取的监测数据，用户可通过浏览器访问桥梁信息可视化管理系统，通过系统中的功能实现桥梁检测信息模型协同可视化交互。

参见图3，图3为本发明的信息采集硬件节点图，包括：信息采集模块、数据传输模块、单片机和电源；信息采集模块包括温湿度传感器、压力传感器、风速传感器、频率传感器、应变传感器；信息传输模块为lora模块；单片机为STM32F107VCT6；

其中，温湿度传感器的型号为AM2320，通过I2C协议与STM32F107VCT6进行通信；压力传感器的型号为PTH503，风速传感器型号为RS-FS-N01，均通过RS485协议进行通信；频率传感器选择型号为KB12VD型，其输出端连接单片机信号输入端；应变传感器选择型号为BX120-3AA，经A/D转换器连接至单片机；电源为DC3.3～5V。

参见图4，图4为本发明的信息传输方式图，各个传感器将采集到的数据输出至单片机对数据进行处理后将其传送至lora模块，通过lora网关经4G网络将采集到的信息传送至云服务器。

参见图5，图5为本发明的软件系统搭建框架图。本发明应用Maven管理系统拓展库搭建Maven管理框架，应用SpringBoot分布式框架搭建后台功能模块，封装系统数据层与应用层接口，以Spring、SpringMVC、Mybatis为后端开发架构，以BootStrap、JQuery、Vue.js为前端架构，以WebGL技术为三维模型渲染框架整合系统；应用Tomcat为部署服务器，搭载编译后项目文件，应用Mysql数据库存储模型属性相关信息，应用Influxdb时序数据库保证数据实时性。SpringBoot框架搭建时要初始化web容器和Spring容器，其中web容器初始化主要包括：初始化filter过滤器、初始化listener，然后自定义加载StartUpServlet；Spring容器初始化主要分为两步，首先扫描带有configration注解的类做web相关的配置：拦截器配置、视图处理器，全局异常处理，然后加载application.properties，配置dataSource，myBatis、log4j，完成工程框架搭建，工程运行。前端模块与后台模块应用Ajax技术作为中间关联键，以降低系统前端与后端开发耦合度，提高综合场景应用能力与再开发能力。

实施例

步骤一：应用BIM建模工具建立某桥梁段建筑信息模型并导出其对应IFC建筑信息文件，结合二次开发封装模块化方法，重构原模型为三维模型文件(本实施例选用Obj文件)；

步骤二：使用IDE(本实施例选用Myeclipse10)搭建Maven项目，整合项目所需Lib文件并存入仓库；

步骤三：整合SpringBoot、SpringMVC、Spring、MyBatis框架模块化项目开发，并结合项目需求设计对应数据库抽象实体，在数据库中建立对应抽象实体表，以Mapper.xml文件关联；

步骤四：搭建多线程Tcp通信池，实现项目后台服务与多物联网节点所采集桥梁周边温度、湿度、风力等参数信息实时传输与数据存储；

步骤五：上传三维建筑模型至Web前端，基于WebGL技术与GLSL实现建筑模型无差异化渲染；

步骤六：应用Javascript派生的前端框架，将多模块应用iframe整合，并可适当添加个性化操作点(如场景第一人称漫游、建筑点击信息插叙、实时数据列表化展示等)。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于目标桥梁的几何信息和材质信息，利用建筑信息建模软件构建桥梁的BIM三维模型；

2)分析所述BIM三维模型的二、三维视图信息，根据模型树构建索引关系；

3)导出所述BIM三维模型的IFC格式文件，解析所述IFC文件的结构并设置访问接口，通过索引ID提取IFC文件中桥梁的几何参数并封装为obj格式文件存储于数据库中；

4)基于WebGL技术，以Three.js为整体框架实例化场景、相机和渲染器，通过OBJLoder.js将所述封装模型导入场景中，实现模型的三维可视化；

通过OrbitCortrols.js控件实例化漫游，加入鼠标监听事件，实现用户交互；

5)重构桥梁模型，设置独立构建分类标识框，通过鼠标选中模型中的构件后，通过ajax调用云服务器中存储的与所述选中构件相关联的属性信息到分类标示框内，实现桥梁检测信息的可视化展示；

6)构建桥梁信息采集节点，所述桥梁信息采集节点用于采集桥梁运行中的各种信息并存储于云服务器，供所述桥梁信息检测与可视化系统调用；

7)搭建web前端页面和后端服务框架，实现桥梁信息检测与可视化系统的集成。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，其特征在于，步骤3)中桥梁几何参数提取步骤包括：

301)以原模型构件分类为基础，以构件Id为映射键，应用ODBC技术访问模型数据库，整合桥梁几何模型参数和构件属性参数信息；

302)将整合后的信息导出置于obj格式对应几何信息分割处；

303)通过设置的信息访问接口导出桥梁几何模型参数和构件属性参数。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，其特征在于，步骤7)具体包括：

701)应用Maven管理系统拓展库搭建Maven管理框架；

702)应用SpringBoot分布式框架封装系统功能接口；

703)以Spring、SpringMVC、Mybatis为后端架构，构建后端服务框架；以BootStrap、JQuery为前端架构，设计系统的Web前端页面布局；两者结合构建桥梁信息检测与可视化系统；

704)应用Tomcat为部署编译项目，搭建Mysql数据库存储相关信息；

705)通过浏览器打开部署好的项目即可通过Web页面查阅信息。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，其特征在于，桥梁信息采集硬件系统包括信息采集模块、数据传输模块、单片机和电源；

所述电源用于供电；

所述信息采集模块用于将采集到的数据传送至单片机；

所述单片机用于处理数据并传送至数据传输模块；

所述数据传输模块为lora模块，用于将数据传送至云服务器。

5.根据权利要求4所述的基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，其特征在于，信息采集模块包括温湿度传感器、压力传感器、风速传感器、频率传感器和应变传感器。

6.根据权利要求4所述的基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，其特征在于，单片机的型号为STM32F107VCT6。

7.根据权利要求4所述的基于BIM的桥梁信息检测与可视化系统的构建方法，其特征在于，温湿度传感器的型号为AM2320，通过I2C通信协议与单片机进行通信。

压力传感器的型号为PTH503，风速传感器型号为RS-FS-N01，均通过RS485通信协议与单片机通信；

频率传感器选择型号为941B，信号输出端接单片机的信号I/O口；

应变传感器选择型号为BX120-3AA，经A/D转换器连接至单片机。

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