CN112750196A - 一种多维gis模型的建立方法及高速公路监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种多维GIS模型的建立方法及高速公路监控系统，包括如下步骤：S1：获取高速公路建设前期设计的三维模型；S2：采用无人机航拍道路及隧道周围的地形地貌，建立地形地貌三维模型；S3：建立机电设备轻量化三维模型；S4：通过三维模型融合形成多维GIS模型；多维GIS模型作为真实可靠的高速公路三维地理信息模型应用于高速公路监控系统，不仅避免了资源浪费，使高速公路的日常监控更加直观化，而且还提高了应急调度决策判断的准确性。

Description

一种多维GIS模型的建立方法及高速公路监控系统

技术领域

本发明涉及智能交通控制技术领域，具体涉及一种多维GIS模型的建立方法及高速公路监控系统。

背景技术

高速公路监控系统是高速公路三大系统之一，是保障高速公路安全、畅通、高效运行的重要智能交通子系统，高速公路监控系统主要实现数据资源交互与共享、监控服务集成和应急联动技术、路网运行状态监测与评价技术、设备同步控制与状态监控、基于地理信息的各类资源展示等。

在高速公路建设前期，为了合理精确地进行道路及隧道的土建施工，一般会对土建部分进行精确的三维建模，三维建模数据主要在建设期进行了应用，在高速公路运营期，由于监控系统没有对三维模型进行集成，前期建设的三维模型在此阶段没有任何应用，从而导致资源严重浪费。

三维技术主要应用于建筑、游戏、动画等领域，由于其逼真的效果，越来越多的行业进行了应用，多维GIS为空间信息的展示提供了更丰富、逼真的效果，使人们将抽象难懂的空间信息可视化和直观化，人们结合自己相关的经验就可以理解，从而做出准确而快速的判断。

而目前国内高速公路监控系统图形化展示方式主要实现方式是二维GIS、示意图等方式进行，监控人员通过这两种方式无法直观了解道路及隧道土建、道路周边地形地貌、机电设备形态等信息，从而导致监控人员制定的控制及指挥调度预案不够科学合理。

因此，如何将高速公路建设前期设计的三维模型应用到高速公路运营期的日常监控及应急调度中，是一个非常值得研究的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，提供一种多维GIS模型的建立方法及高速公路监控系统。

要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种多维GIS模型的建立方法，包括如下步骤：

S1：获取高速公路建设前期设计的三维模型，建设前期设计的三维模型包括道路和隧道的土建模型；

S2：采用无人机航拍道路及隧道周围的地形地貌，形成倾斜摄影数据，通过smart3D软件和倾斜摄影数据完成地形地貌倾斜摄影建模，形成地形地貌三维模型；

S3：通过三维建模软件对若干种机电设备分别建立BIM模型，对每个机电设备BIM模型均进行轻量化处理，形成机电设备轻量化三维模型；

S4：通过三维模型融合软件将建设前期设计的三维模型、地形地貌三维模型、机电设备轻量化三维模型进行融合，形成多维GIS模型。

进一步地，步骤S3中，每种机电设备的轻量化三维模型均包括若干模型，每个模型均包括拓展属性：设备ID、设备类型、模型类型。

进一步地，步骤S3中的所述机电设备包括交通信号灯、普通车道指示器、带左转车道指示器、风机、卷帘门、情报板、照明回路、摄像机、声光报警、气象检测器、能见度检测器、车辆检测器、光强检测、CO/VI检测器、风速风向检测器。

进一步地，交通信号灯的轻量化三维模型的模型数量为5个，分别为：载体模型红灯模型、黄灯模型、绿灯模型、左转模型，红灯模型、黄灯模型、绿灯模型、左转模型设置在载体模型上，红灯模型、黄灯模型、绿灯模型为圆形，各模型均可以被单独选中；在行车方向正面观察到红灯模型、黄灯模型、绿灯模型、左转模型；在行车方向反面只能观察到载体模型；交通信号灯的轻量化三维模型的控制方式为模型着色。

进一步地，普通车道指示器的轻量化三维模型的模型数量为5个，分别为：载体模型、正面绿箭模型、正面红叉模型、反面绿箭模型、反面红叉模型，正面绿箭模型、正面红叉模型、反面绿箭模型、反面红叉模型设置在载体模型上，各模型均可以被单独选中；在行车方向正面观察到正面绿箭模型、正面红叉模型，在行车方向反面观察到反面绿箭模型、反面红叉模型；普通车道指示器的轻量化三维模型的控制方式为模型显隐；

带左转车道指示器的轻量化三维模型的模型数量为6个，分别为：载体模型、正面绿箭模型、正面红叉模型、正面左转模型、反面绿箭模型、反面红叉模型，正面绿箭模型、正面红叉模型、正面左转模型、反面绿箭模型、反面红叉模型设置在载体模型上，各模型均可以被单独选中；在行车方向正面观察到正面绿箭模型、正面红叉模型、正面左转模型，在行车方向反面观察到反面绿箭模型、反面红叉模型；带左转车道指示器的轻量化三维模型的控制方式为模型显隐。

进一步地，风机的轻量化三维模型的模型数量为2个，分别为：载体模型和扇叶模型，扇叶模型设置在载体模型上，扇叶模型相对于其中心点对称，各模型均可以被单独选中；在行车方向的正面和反面都可以观察到扇叶模型；风机的轻量化三维模型的控制方式为模型旋转。

进一步地，卷帘门的轻量化三维模型的模型数量为1个，为：卷帘门模型，卷帘门模型可以被选中；卷帘门的轻量化三维模型的控制方式为模型移动。

进一步地，情报板的轻量化三维模型的模型数量为2个，分别为：载体模型和电子屏模型，电子屏模型设置在载体模型上，各模型均可以被单独选中；情报板的轻量化三维模型的控制方式为模型贴图。

进一步地，照明回路的轻量化三维模型的模型数量为2个，分别为：载体模型和灯面模型，灯面模型设置在载体模型上，各模型均可以被单独选中；照明回路的轻量化三维模型的控制方式为模型着色和特效。

一种高速公路监控系统，包括设备层、数据层、服务层和业务层；

设备层包括交通信号灯、普通车道指示器、带左转车道指示器、风机、卷帘门、情报板、照明回路、摄像机、声光报警、气象检测器、能见度检测器、车辆检测器、光强检测、CO/VI检测器、风速风向检测器；

数据层包括业务数据库和多维GIS模型库，多维GIS模型库中的多维GIS模型通过如上所述的多维GIS模型的建立方法获得；

服务层包括多维GIS服务器和业务接口；

业务层包括三维基础操作模块、设备快速定位模块、自动巡检模块、机电设备动态展示及控制模块、应急预案三维展示模块。

本发明可以达到的有益效果为：

（1）将高速公路建设前期设计的三维模型、地形地貌三维模型和机电设备轻量化三维模型融合在一起，形成了真实可靠的高速公路三维地理信息模型；

（2）机电设备BIM模型进行轻量化处理后，大大提高了软件运行速度；

（3）通过高速公路监控系统，将高速公路建设前期建立的三维模型创造性地利用在高速公路运营期，不仅避免了资源浪费，使高速公路的日常监控更加直观化，而且还提高了应急调度决策判断的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例1中交通信号灯的轻量化三维模型示意图；

图2是本发明实施例1中交通信号灯的轻量化三维模型的控制界面示意图；

图3是本发明实施例1中车道指示器的轻量化三维模型的绿箭模型示意图；

图4是本发明实施例1中车道指示器的轻量化三维模型的红叉模型示意图；

图5是本发明实施例1中车道指示器的轻量化三维模型的左转模型示意图；

图6是本发明实施例1中风机的轻量化三维模型示意图；

图7是本发明实施例1中风机的轻量化三维模型的控制界面示意图；

图8是本发明实施例1中卷帘门的轻量化三维模型的控制界面示意图；

图9是本发明实施例1中情报板的轻量化三维模型示意图；

图10是本发明实施例1的流程示意图；

图11是本发明实施例2的架构示意图；

图12是本发明实施例2的效果示意图Ⅰ；

图13是本发明实施例2的效果示意图Ⅱ；

图14是本发明实施例2中隧道内火灾预案的交通信号灯控制示意图；

图15是本发明实施例2中隧道内火灾预案的车道指示器控制示意图；

图16是本发明实施例2中隧道内火灾预案的情报板控制示意图；

图17是本发明实施例2中隧道内火灾预案的卷帘门控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种多维GIS模型的建立方法，包括如下步骤：

S1：获取高速公路建设前期设计的三维模型，建设前期设计的三维模型包括道路和隧道的土建模型。

S2：采用无人机航拍道路及隧道周围的地形地貌，形成倾斜摄影数据，通过smart3D软件和倾斜摄影数据完成地形地貌倾斜摄影建模，形成地形地貌三维模型。

无人机倾斜摄影标准：

（1）、倾斜模型数据坐标转换成常规坐标（ccgs 2000）或提供成果正射影像；

（2）、通过无人机航拍形成的倾斜摄影三维模型，不能有空洞和色彩不均匀等问题，如存在需要对模型数据进行人工修复或重新拍摄。

S3：通过（bentley 或 AECOsim Building Designer）三维建模软件对若干种机电设备进行建模，得到若干机电设备BIM模型；机电设备包括交通信号灯、普通车道指示器、带左转车道指示器、风机、卷帘门、情报板、照明回路、摄像机、声光报警、气象检测器、能见度检测器、车辆检测器、光强检测、CO/VI检测器、风速风向检测器；由于机电设备BIM模型是按照国标或行标建立的，是机电设备的真实还原（包括纹理材质），但是为了加快软件处理速度，需要对每个机电设备BIM模型均进行轻量化处理，形成机电设备轻量化三维模型。

S4：通过三维模型融合软件（AECOsim Building Designer或3Dmax或DP-Modeler）将建设前期设计的三维模型、地形地貌三维模型、机电设备轻量化三维模型进行融合，形成多维GIS模型，模型融合工作主要包括：坐标的调整、挖图、拼接、调整等修正。

机电设备BIM模型的轻量化处理如下：

每种机电设备的轻量化三维模型均包括若干模型，每个模型均包括拓展属性：设备ID、设备类型、模型类型。

（1）交通信号灯的轻量化三维模型

模型数量：5个，分别为：载体模型、红灯模型、黄灯模型、绿灯模型、左转模型，如附图1所示；

“载体”指的是除能变化的灯具之外的部分，包括灯杆和灯框；

红灯模型、黄灯模型、绿灯模型、左转模型在载体模型的灯框上，红灯模型、黄灯模型、绿灯模型为圆形，各模型均可以被单独选中；在行车方向正面观察到红灯模型、黄灯模型、绿灯模型、左转模型；在行车方向反面只能观察到载体模型；

设备控制方式：模型着色，如图2所示；

5个模型均增加拓展属性，字段信息如下。

（2）普通车道指示器的轻量化三维模型

模型数量：5个，分别为：载体模型、正面绿箭模型、正面红叉模型、反面绿箭模型、反面红叉模型；绿箭模型如图3所示，红叉模型如图4所示；

“载体”指的是除能变化的灯具之外的部分，包括灯杆和灯框；

正面绿箭模型、正面红叉模型、反面绿箭模型、反面红叉模型在载体模型的灯框上，各模型均可以被单独选中；在行车方向正面观察到正面绿箭模型、正面红叉模型，在行车方向反面观察到反面绿箭模型、反面红叉模型；

设备控制方式：模型显隐；

5个模型均增加拓展属性，字段信息如下。

（3）带左转车道指示器的轻量化三维模型

模型数量：6个；

6个模型分别为：载体模型、正面绿箭模型、正面红叉模型、正面左转模型、反面绿箭模型、反面红叉模型；绿箭模型如图3所示，红叉模型如图4所示，左转模型如图5所示；

“载体”指的是除能变化的灯具之外的部分，包括灯杆和灯框；

正面绿箭模型、正面红叉模型、正面左转模型、反面绿箭模型、反面红叉模型在载体模型的灯框上，各模型均可以被单独选中；在行车方向正面观察到正面绿箭模型、正面红叉模型、正面左转模型，在行车方向反面观察到反面绿箭模型、反面红叉模型；

设备控制方式：模型显隐；

6个模型均增加拓展属性，字段信息如下。

（4）风机的轻量化三维模型

模型数量：2个，分别为：载体模型和扇叶模型，如图6所示；

“载体”指的是除扇叶之外的部分；

扇叶模型在载体模型上，扇叶模型相对于其中心点对称，各模型均可以被单独选中；在行车方向的正面和反面都可以观察到扇叶模型；

设备控制方式：模型旋转，如图7所示；

2个模型均增加拓展属性，字段信息如下。

（5）卷帘门的轻量化三维模型

模型数量：1个，即卷帘门模型，如图8所示，卷帘门模型可以被选中；

设备控制方式：模型移动；

模型增加拓展属性，字段信息如下。

（6）情报板的轻量化三维模型

模型数量：2个，分别为：载体模型和电子屏模型，如图9所示；

“载体”指的是除电子屏外其它部分；

电子屏模型设置在载体模型上，各模型均可以被单独选中；

设备控制方式：模型贴图；

2个模型均增加拓展属性，字段信息如下。

（7）照明回路的轻量化三维模型

模型数量：2个，分别为：载体模型和灯面模型；

“载体”指的是灯框；

灯面模型在载体模型上，各模型均可以被单独选中；

设备控制方式：模型着色和特效；

2个模型均增加拓展属性，字段信息如下。

（8）其他设备的轻量化三维模型

其他设备分别为：摄像机、声光报警、气象检测器、能见度检测器、车辆检测器、光强检测、CO/VI检测器、风速风向检测器；

模型数量：每个设备均包括1个模型，每个模型均可以被单独选中；

设备控制方式：不进行控制，点击后出现详情页面；

模型增加拓展属性，字段信息如下。

对机电设备BIM模型进行轻量化处理后，大大加快了软件处理速度。

实施例2

如图11所示，一种高速公路监控系统，包括设备层、数据层、服务层和业务层。

设备层包括交通信号灯、普通车道指示器、带左转车道指示器、风机、卷帘门、情报板、照明回路、摄像机、声光报警、气象检测器、能见度检测器、车辆检测器、光强检测、CO/VI检测器、风速风向检测器。

数据层包括业务数据库和地理信息模型库，地理信息模型库包括多维GIS模型库，多维GIS模型库中的多维GIS模型通过实施例1中的多维GIS模型的建立方法获得。

服务层包括多维GIS服务器和业务接口。

业务层包括三维基础操作模块、设备快速定位模块、自动巡检模块、机电设备动态展示及控制模块、应急预案三维展示模块。

（1）三维基础操作模块

监控人员通过鼠标，可对三维电子地图进行任意放大、缩小、移动、旋转等操作。

（2）设备快速定位模块

三维模式下，监控人员可对隧道及设备进行快速定位，快速定位的实现方式包括通过资源树或直接输入设备编号（名称）等多种方式实现。

（3）自动巡检模块

在三维模式下，通过一辆虚拟巡查车，对特定道路、隧道进行自动巡检功能，巡检路线可按照全路段整体、分段、分隧道等方式设置；随着车辆移动，所经过设备的自检信息需自动弹出展示。

（4）机电设备动态展示及控制模块

在监控系统中可进行三维展示及互动的设备有：情报板、摄像机、交通信号灯、车道指示器、风机、卷帘门、照明回路、声光报警器、气象检测器、能见度检测器、车辆检测器、光强检测器、CO/VI检测器、风速风向检测器，以上设备除视频外点击后有详情页面对设备信息进行展示，控制类设备：情报板、交通信号灯、车道指示器、风机、卷帘门，在弹出框中有相应的控制按钮对设备进行控制，设备控制成功对应设备的三维模型状态实时变化；

照明回路在三维模型中只进行状态的展示，通过状态的展示能区分照明回路的打开和关闭，照明回路在三维模型中只进行状态展示，不进行设备控制；

监控系统从火灾报警主机中获取声光报警设备控制信号，在三维模型中进行状态展示，通过状态的展示能区分报警和非报警状态。

（5）应急预案三维展示模块

监控系统在三维模式下，可对隧道应急预案进行动态展示，可模拟一个隧道突发事件发生后，对应声光报警设备的报警展示；确认过程中相关视频的展示；以及对应设备在事件下的控制预案顺序执行过程；

如隧道内火灾的应急预案：

步骤1：控制交通信号灯，双洞推荐状态禁行，禁止车辆驶入，如图14 所示

步骤2：控制车道指示器，火灾隧道上游推荐状态禁行；非火灾隧道入口推荐状态禁行，如图15所示；

步骤3：双洞外情报板推荐发布：隧道火灾，靠右停车，禁止通行；双洞内情报板推荐发布：隧道火灾，有序逃生；火灾隧道洞口限速标志，推荐发布：0，如图16所示；

步骤4：广播播报火灾提示；

步骤5：开启隧道所有照明，双洞隧道照明回路，推荐状态开启；

步骤6：开启火灾隧道水泵，获取本隧道所有水泵，推荐状态开启；

步骤7：开启上游卷帘门，火灾点上游卷帘门，推荐状态开启，如图17所示。

在本发明的描述中，“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示方位或位置关系的词语，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅是本发明的其中一种实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思路的前提下所做出的若干改进和润饰均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多维GIS模型的建立方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：获取高速公路建设前期设计的三维模型，建设前期设计的三维模型包括道路和隧道的土建模型；

S2：采用无人机航拍道路及隧道周围的地形地貌，形成倾斜摄影数据，通过smart3D软件和倾斜摄影数据完成地形地貌倾斜摄影建模，形成地形地貌三维模型；

S3：通过三维建模软件对若干种机电设备分别建立BIM模型，对每个机电设备BIM模型均进行轻量化处理，形成机电设备轻量化三维模型；

S4：通过三维模型融合软件将建设前期设计的三维模型、地形地貌三维模型、机电设备轻量化三维模型进行融合，形成多维GIS模型。

2.根据权利要求1所述的多维GIS模型的建立方法，其特征是：步骤S3中，每种机电设备的轻量化三维模型均包括若干模型，每个模型均包括拓展属性：设备ID、设备类型、模型类型。

3.根据权利要求2所述的多维GIS模型的建立方法，其特征是：步骤S3中的所述机电设备包括交通信号灯、普通车道指示器、带左转车道指示器、风机、卷帘门、情报板、照明回路、摄像机、声光报警、气象检测器、能见度检测器、车辆检测器、光强检测、CO/VI检测器、风速风向检测器。

4.根据权利要求3所述的多维GIS模型的建立方法，其特征是：交通信号灯的轻量化三维模型的模型数量为5个，分别为：载体模型红灯模型、黄灯模型、绿灯模型、左转模型，红灯模型、黄灯模型、绿灯模型、左转模型设置在载体模型上，红灯模型、黄灯模型、绿灯模型为圆形，各模型均可以被单独选中；在行车方向正面观察到红灯模型、黄灯模型、绿灯模型、左转模型；在行车方向反面只能观察到载体模型；交通信号灯的轻量化三维模型的控制方式为模型着色。

5.根据权利要求3所述的多维GIS模型的建立方法，其特征是：普通车道指示器的轻量化三维模型的模型数量为5个，分别为：载体模型、正面绿箭模型、正面红叉模型、反面绿箭模型、反面红叉模型，正面绿箭模型、正面红叉模型、反面绿箭模型、反面红叉模型设置在载体模型上，各模型均可以被单独选中；在行车方向正面观察到正面绿箭模型、正面红叉模型，在行车方向反面观察到反面绿箭模型、反面红叉模型；普通车道指示器的轻量化三维模型的控制方式为模型显隐；

带左转车道指示器的轻量化三维模型的模型数量为6个，分别为：载体模型、正面绿箭模型、正面红叉模型、正面左转模型、反面绿箭模型、反面红叉模型，正面绿箭模型、正面红叉模型、正面左转模型、反面绿箭模型、反面红叉模型设置在载体模型上，各模型均可以被单独选中；在行车方向正面观察到正面绿箭模型、正面红叉模型、正面左转模型，在行车方向反面观察到反面绿箭模型、反面红叉模型；带左转车道指示器的轻量化三维模型的控制方式为模型显隐。

6.根据权利要求3所述的多维GIS模型的建立方法，其特征是：风机的轻量化三维模型的模型数量为2个，分别为：载体模型和扇叶模型，扇叶模型设置在载体模型上，扇叶模型相对于其中心点对称，各模型均可以被单独选中；在行车方向的正面和反面都可以观察到扇叶模型；风机的轻量化三维模型的控制方式为模型旋转。

7.根据权利要求3所述的多维GIS模型的建立方法，其特征是：卷帘门的轻量化三维模型的模型数量为1个，为：卷帘门模型，卷帘门模型可以被选中；卷帘门的轻量化三维模型的控制方式为模型移动。

8.根据权利要求3所述的多维GIS模型的建立方法，其特征是：情报板的轻量化三维模型的模型数量为2个，分别为：载体模型和电子屏模型，电子屏模型设置在载体模型上，各模型均可以被单独选中；情报板的轻量化三维模型的控制方式为模型贴图。

9.根据权利要求3所述的多维GIS模型的建立方法，其特征是：照明回路的轻量化三维模型的模型数量为2个，分别为：载体模型和灯面模型，灯面模型设置在载体模型上，各模型均可以被单独选中；照明回路的轻量化三维模型的控制方式为模型着色和特效。

10.一种高速公路监控系统，其特征是：包括设备层、数据层、服务层和业务层；

设备层包括交通信号灯、普通车道指示器、带左转车道指示器、风机、卷帘门、情报板、照明回路、摄像机、声光报警、气象检测器、能见度检测器、车辆检测器、光强检测、CO/VI检测器、风速风向检测器；

数据层包括业务数据库和多维GIS模型库，多维GIS模型库中的多维GIS模型通过如权利要求1-9任一项所述的多维GIS模型的建立方法获得；

服务层包括多维GIS服务器和业务接口；

业务层包括三维基础操作模块、设备快速定位模块、自动巡检模块、机电设备动态展示及控制模块、应急预案三维展示模块。

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