CN114065361B - 一种用于管线建设的模型构建及管理系统和方法 - Google Patents
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Abstract
通过本发明的用于管线建设的模型构建及管理系统和方法，通过在现场的实际测量获取施工管线的各个阶段的实际数据，进行模型构建并存储到服务器中，从而能够详细地记录施工的过程，施工人员和设计人员通过调取服务器中的模型数据，能够直观生动、可视化、便捷地获取施工管线的各个分段在不同阶段、不同进程时的模型和数据，从而能够便捷地获取施工管线的相应信息，帮助相关人员对管线建设的整个过程进行有效、便捷的管理，即便是地下管线施工结束回填之后，也可以通过本发明的系统回溯施工管线以及各个分段的每个位置处的施工过程、变化，以方便追溯工程和后期管线的维护。
Description
技术领域
本发明涉及管线建设领域，尤其涉及一种用于管线建设的模型构建及管理系统和方法，特别是地下管线。
背景技术
随着社会经济的快速发展，特别是城市化率、城镇化率的不断增加，城市的开发建设也越来越庞大、越来越复杂，在城市的建设中，经济和社会必备的一些基础设施，例如自来水管道、燃气管道、供电线缆、通信线缆、下水管道、污水管道等，都需要布设在地下。而由于这些管线的建设存在时间上的先后，这就造成后续的管线在建设和铺设时，需要面对已建好的非常复杂的地下管线，这就给管线的建设和施工带来了很大的困难。并且由于管线的建设和铺设往往距离都比较长，而在铺设范围中会设计到各种不同的、相互交叉、非常复杂的地下管线状况，这就给管线的建设、施工和工程管理带来了很大的困难。特别地，在电力排管的铺设和建设中，设计的排管方案是在目标场地通过分步施工进而逐步地实现的。在分步施工中，需要考虑对电力排管的整条线路进行分段划分、各个分段的难度和进度等因素，这就造成电力排管施工中管理难度非常大。
因而，如何能够解决管线建设中施工和工程管理困难的问题，成为了城市管线建设行业中亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种用于管线建设的模型构建及管理系统，包括管线建设分段单元、模型数据采集装置、模型构建单元、移动终端和服务器；其中，所述管线建设分段单元根据预先设计的管线施工计划对施工管线进行分段并对每个施工管线分段进行编号；模型数据采集装置包括采集装置，采集装置包括图像采集模块和雷达模块，模型数据采集装置通过图像采集模块和雷达模块对每个施工管线分段进行扫描用以获取每个分段的三维数据；模型构建单元基于模型数据采集装置获取的施工管线分段的三维数据得到施工管线分段的现场三维模型，施工管线分段的现场三维模型包括可视化的模型图像；服务器包括施工管线管理数据库，服务器接收施工管线分段的现场三维模型处理得到施工管线的现场三维模型，并基于施工管线的现场三维模型以及施工管线上各个施工管线分段的现场三维模型、各个施工管线分段的编号、起点终点位置信息得到施工管线管理数据库，施工管线管理数据库包括施工管线分段的可视化的模型图像和施工管线的可视化的模型图像；移动终端与服务器通信，移动终端和服务器能够基于输入信息而获取对应的可视化的模型图像并显示。
进一步，模型数据采集装置能够对单个施工管线分段进行施工管线分段的多个现场三维模型的采集，施工管线管理数据库对单个施工管线分段能够储存所述的多个现场三维模型。
进一步，图像采集模块为照相机、红外相机中的至少一种，雷达模块为激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达中的至少一种。
进一步，模型数据采集装置还包括多个标识部件和定位设备，标识部件被放置在施工管线分段的现场并被编号，至少部分标识部件被放置在相邻的施工管线分段的交界处，定位设备用于在现场检测标识部件的位置，并将该标识部件的编号信息和位置信息发送至模型构建单元和服务器；其中，定位设备为RTK定位设备。
进一步，服务器能够对施工管线分段的现场三维模型进行修剪；服务器基于位于相邻的施工管线分段的交界处的标识部件的位置信息和编号信息而将相邻的施工管线分段的现场三维模型进行拼接，进而得到施工管线的现场三维模型。
进一步，所述输入信息包括位置信息、尺寸请求信息、不同阶段的信息，移动终端与服务器通信，移动终端能够基于输入的位置信息而显示对应于该位置信息的可视化模型图像，能够基于输入的尺寸请求信息而显示对应的尺寸信息，尺寸信息包括长度、高度、深度；移动终端和服务器能够根据输入的不同阶段的信息而对应地显示不同阶段的现场三维模型。
进一步，位置信息为现场的定位设备所测量的具体位置的信息，该具体位置的信息能够由定位设备以二维码的形式显示，移动终端通过扫描定位设备显示的二维码获取定位设备的位置信息；或者，位置信息能够是手动输入的位置信息。
本发明还提供了一种用于管线建设的模型构建及管理方法，包括如下步骤：
步骤1：依照施工计划对施工管线进行分段，得到多个施工管线分段并对其进行编号；
步骤2：通过模型数据采集装置在施工现场对各个施工管线分段进行扫描，从而获取各个施工管线分段的现场数据；
步骤3：基于施工管线分段的现场数据，处理得到各个施工管线分段的现场三维模型；
步骤4：对各个施工管线分段的现场三维模型进行修剪，并根据相邻的施工管线分段的标识信息对施工管线分段的现场三维模型进行拼接，得到施工管线的现场三维模型；
步骤5：基于施工管线的现场三维模型以及施工管线上各个施工管线分段的现场三维模型、各个施工管线分段的编号、起点终点位置信息得到施工管线管理数据库；
步骤6：在服务器或移动终端上，通过输入信息而从施工管线管理数据库获取对应的可视化的模型图像并显示；
步骤7：基于施工管线管理数据库，对施工管线的各个施工管线分段的建设和施工进行管理。
进一步，在步骤4中，通过在相邻的施工管线分段的交界处放置标识部件并进行编号，并测量标识部件的现场位置信息，标识信息包括标识部件编号信息和标识部件的现场位置信息。
进一步，在步骤6中，输入信息包括位置信息、尺寸请求信息、不同阶段的信息，移动终端与服务器通信，移动终端能够基于输入的位置信息而显示对应于该位置信息的可视化模型图像，能够基于输入的尺寸请求信息而显示对应的尺寸信息，尺寸信息包括长度、高度、深度；移动终端和服务器能够根据输入的不同阶段的信息而对应地显示不同阶段的现场三维模型。
实施本发明，具有如下有益效果：通过本发明的用于管线建设的模型构建及管理系统和方法，通过在现场的实际测量获取施工管线的各个阶段的实际数据，进行模型构建并存储到服务器中，从而能够详细地记录施工的过程，施工人员和设计人员通过调取服务器中的模型数据，能够直观生动、可视化、便捷地获取施工管线的各个分段在不同阶段、不同进程时的模型和数据，从而能够便捷地获取施工管线的相应信息，帮助相关人员对管线建设的整个过程进行有效、便捷的管理，即便是地下管线施工结束回填之后，也可以通过本发明的系统回溯施工管线以及各个分段的每个位置处的施工过程、变化，以方便追溯工程和后期管线的维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的用于管线建设的模型构建及管理系统的系统图。
图2是本发明的施工管线分段中的标识部件的示意图。
图3是本发明的施工管线的可视化模型的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对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实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决上述技术问题，本发明提出一种用于管线建设的模型构建及管理系统，如图1所示，系统包括管线建设分段单元、模型数据采集装置、模型构建单元、移动终端和服务器。
其中，所述管线建设分段单元根据预先设计的管线施工计划对施工管线进行分段并对每个施工管线分段进行编号；分段可以依据劳动量或者施工难易程度来分，而在每一个分段中，在某一个时间段或某个阶段中只能够由一个施工队工作。
模型数据采集装置包括采集装置，采集装置包括图像采集模块和雷达模块，模型数据采集装置通过图像采集模块和雷达模块对每个施工管线分段进行扫描用以获取每个分段的三维数据。其中，图像采集模块为照相机、红外相机中的至少一种，雷达模块为激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达中的至少一种，由此能够通过视觉的探测方式结合雷达探测方式，克服光线状况对于物体距离和形状的探测影响。在此进一步地，模型数据采集装置能够在不同的施工阶段或者不同的施工时间时，对单个施工管线分段进行施工管线分段的多个现场三维模型的采集，而每个现场三维模型则分别反映了当时的施工管线分段中的实际状况。例如，在施工管线的埋沟挖好之后而管线铺设开展之前，可以对施工管线分段进行现场三维模型的采集，用以获取和保存埋沟的具体状况；而后在管线支撑结构安装之后，再一次对该施工管线分段进行现场三维模型的采集，用以获取和保存管线支撑结构安装之后的具体状况，这样就能够实际地获取施工管线分段在不同施工阶段时的具体状况，用以相关人员方便地得知相关的信息。
而为了识别和探测各个施工管线分段的起点终点位置，以及便于后续对各个施工管线分段进行拼接的工作，模型数据采集装置还包括多个标识部件和定位设备。如图1、2所示，标识部件被放置在施工管线分段的现场并被编号，其中，有一部分标识部件被放置在相邻的施工管线分段的交界处，而一部分标识部件则被放置在施工管线分段的特别标识点处，例如拐弯转向处、坚硬石块突出部、已埋设障碍管线处等。而通过手持的定位设备放置在标识部件的位置上，用于在现场检测和获取标识部件的具体位置，并将该标识部件的编号信息和位置信息发送至模型构建单元和服务器。其中，定位设备为RTK定位设备，RTK定位设备能够提供静态的厘米级定位精度，从而能够获取精准的标识部件的位置信息。这样，就能够通过RTK定位设备获取每个施工管线分段的起点和终点的位置信息，并且获得施工管线分段中的特别标识点的位置信息，用以后续的模型构建。
如图1所示，模型构建单元接收模型数据采集装置探测到的数据，并且基于模型数据采集装置获取的施工管线分段的三维数据得到施工管线分段的现场三维模型，施工管线分段的现场三维模型包括可视化的模型图像以及不同位置处的三维信息，三维信息包括长度、宽度、深度等。
进一步地，服务器包括施工管线管理数据库，模型构建单元将施工管线分段的现场三维模型发送至服务器，服务器接收模型构建单元发送的施工管线分段的现场三维模型处理得到施工管线的现场三维模型。具体地，服务器首先对施工管线分段的现场三维模型进行修剪；然后，服务器基于位于相邻的施工管线分段的交界处的标识部件的位置信息和编号信息而将相邻的施工管线分段的现场三维模型进行拼接，进而得到施工管线的现场三维模型，施工管线的现场三维模型包括施工管线分段的可视化的模型图像和施工管线的可视化的模型图像以及各个位置出的三维数据和形状，可参见图3所示。
服务器进一步地基于施工管线的现场三维模型以及施工管线上各个施工管线分段的现场三维模型、各个施工管线分段的编号、起点终点位置信息得到施工管线管理数据库，施工管线管理数据库包括施工管线分段的可视化的模型图像和施工管线的可视化的模型图像、分段中每个位置的位置信息及三维信息，三维信息包括长度、高度、深度等，也就是说，在施工管线管理数据库中包括施工管线的现场所涉及到的一切数据信息。
移动终端能够与服务器双向通信，移动终端和服务器能够基于输入信息而获取对应的可视化的模型图像并显示。进一步，所述输入信息包括位置信息、尺寸请求信息、不同阶段的信息，移动终端与服务器通信，移动终端能够基于输入的位置信息而显示对应于该位置信息的可视化模型图像，能够基于输入的尺寸请求信息而显示对应的尺寸信息，尺寸信息包括长度、高度、深度、角度、弧度；移动终端和服务器能够根据输入的不同阶段的信息而对应地显示不同阶段的现场三维模型。
进一步，位置信息为现场的定位设备所测量的具体位置的信息，该具体位置的信息能够由定位设备以二维码的形式显示，移动终端通过扫描定位设备显示的二维码获取定位设备的位置信息；或者，位置信息能够是手动输入的位置信息。
当相关人员手持移动终端站在施工管线的某个位置处，通过移动终端扫描定位设备显示的二维码获取定位设备的位置信息，或者，通过手动输入对应的位置信息，移动终端将该位置信息发送至服务器，服务器从施工管线管理数据库中获取对应于该位置处的管线的各个阶段的现场三维模型，并将获得的该位置处的管线的各个阶段的现场三维模型发送至移动终端，移动终端以可视化的图像形式显示当前位置处的各个阶段的现场三维模型。相关人员手持移动终端站在施工管线的不同位置处，即可获得不同位置处的各个阶段的现场三维模型。
而进一步地，移动终端还包括惯性传感器，例如陀螺仪，用以检测移动终端的姿态，移动终端能够在当前位置处，通过调整移动终端的朝向并获取相对于当前位置的朝向角度，以及调整移动终端的俯仰角度来获取相对于当前位置的距离范围，并将获取的相对于当前位置的朝向角度、相对于当前位置的距离范围发送至服务器，服务器从施工管线管理数据库中获取对应于所述朝向角度和距离范围的管线的各个阶段的现场三维模型，并发送回移动终端；移动终端在其显示屏上以三维图像的方式将接收到的对应于所述朝向角度和距离范围的管线的各个阶段的现场三维模型进行显示。这样，即便不移动移动终端的位置，而通过调整移动终端的朝向角度以及俯仰角度，就能够获得相对于当前位置的前方某角度及距离范围内的管线的各个阶段的现场三维模型。
本发明还提供了一种用于管线建设的模型构建及管理方法，包括如下步骤：
步骤1：依照施工计划对施工管线进行分段，得到多个施工管线分段并对其进行编号；
步骤2：通过模型数据采集装置在施工现场对各个施工管线分段进行扫描，从而获取各个施工管线分段的现场数据；
步骤3：基于施工管线分段的现场数据，处理得到各个施工管线分段的现场三维模型；
步骤4：对各个施工管线分段的现场三维模型进行修剪，并根据相邻的施工管线分段的标识信息对施工管线分段的现场三维模型进行拼接，得到施工管线的现场三维模型；
步骤5：基于施工管线的现场三维模型以及施工管线上各个施工管线分段的现场三维模型、各个施工管线分段的编号、起点终点位置信息得到施工管线管理数据库；
步骤6：在服务器或移动终端上，通过输入信息而从施工管线管理数据库获取对应的可视化的模型图像并显示；
步骤7：基于施工管线管理数据库，对施工管线的各个施工管线分段的建设和施工进行管理。
进一步，在步骤4中，通过在相邻的施工管线分段的交界处放置标识部件并进行编号，并测量标识部件的现场位置信息，标识信息包括标识部件编号信息和标识部件的现场位置信息。
进一步，在步骤6中，输入信息包括位置信息、尺寸请求信息、不同阶段的信息，移动终端与服务器通信，移动终端能够基于输入的位置信息而显示对应于该位置信息的可视化模型图像，能够基于输入的尺寸请求信息而显示对应的尺寸信息，尺寸信息包括长度、高度、深度；移动终端和服务器能够根据输入的不同阶段的信息而对应地显示不同阶段的现场三维模型。
实施本发明，具有如下有益效果：通过本发明的用于管线建设的模型构建及管理系统和方法，通过在现场的实际测量获取施工管线的各个阶段的实际数据，进行模型构建并存储到服务器中，从而能够详细地记录施工的过程，施工人员和设计人员通过调取服务器中的模型数据，能够直观生动、可视化、便捷地获取施工管线的各个分段在不同阶段、不同进程时的模型和数据，从而能够便捷地获取施工管线的相应信息，帮助相关人员对管线建设的整个过程进行有效、便捷的管理，即便是地下管线施工结束回填之后，也可以通过本发明的系统回溯施工管线以及各个分段的每个位置处的施工过程、变化，以方便追溯工程和后期管线的维护。
以上所揭露的仅为本发明的几个较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种用于管线建设的模型构建及管理系统，包括管线建设分段单元、模型数据采集装置、模型构建单元、移动终端和服务器；其中，所述管线建设分段单元根据预先设计的管线施工计划对施工管线进行分段并对每个施工管线分段进行编号；模型数据采集装置包括采集装置，采集装置包括图像采集模块和雷达模块，模型数据采集装置通过图像采集模块和雷达模块对每个施工管线分段进行扫描用以获取每个分段的三维数据；模型构建单元基于模型数据采集装置获取的施工管线分段的三维数据得到施工管线分段的现场三维模型，施工管线分段的现场三维模型包括可视化的模型图像；服务器包括施工管线管理数据库，服务器接收施工管线分段的现场三维模型处理得到施工管线的现场三维模型，并基于施工管线的现场三维模型以及施工管线上各个施工管线分段的现场三维模型、各个施工管线分段的编号、起点终点位置信息得到施工管线管理数据库，施工管线管理数据库包括施工管线分段的可视化的模型图像和施工管线的可视化的模型图像；移动终端与服务器通信，移动终端和服务器能够基于输入信息而获取对应的可视化的模型图像并显示；
其中，模型数据采集装置还包括多个标识部件和定位设备，标识部件被放置在施工管线分段的现场并被编号，至少部分标识部件被放置在相邻的施工管线分段的交界处，定位设备用于在现场检测标识部件的位置，并将该标识部件的编号信息和位置信息发送至模型构建单元和服务器；其中，定位设备为RTK定位设备；
服务器基于位于相邻的施工管线分段的交界处的标识部件的位置信息和编号信息而将相邻的施工管线分段的现场三维模型进行拼接，进而得到施工管线的现场三维模型。
2.根据权利要求1所述的用于管线建设的模型构建及管理系统，其特征在于，模型数据采集装置能够对单个施工管线分段进行施工管线分段的多个现场三维模型的采集，施工管线管理数据库对单个施工管线分段能够储存所述的多个现场三维模型。
3.根据权利要求1所述的用于管线建设的模型构建及管理系统，其特征在于，图像采集模块为照相机、红外相机中的至少一种，雷达模块为激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于管线建设的模型构建及管理系统，其特征在于，服务器能够对施工管线分段的现场三维模型进行修剪。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于管线建设的模型构建及管理系统，其特征在于，所述输入信息包括位置信息、尺寸请求信息、不同阶段的信息，移动终端与服务器通信，移动终端能够基于输入的位置信息而显示对应于该位置信息的可视化模型图像，能够基于输入的尺寸请求信息而显示对应的尺寸信息，尺寸信息包括长度、高度、深度、角度、弧度；移动终端和服务器能够根据输入的不同阶段的信息而对应地显示不同阶段的现场三维模型。
6.根据权利要求5所述的用于管线建设的模型构建及管理系统，其特征在于，位置信息为现场的定位设备所测量的具体位置的信息，该具体位置的信息能够由定位设备以二维码的形式显示，移动终端通过扫描定位设备显示的二维码获取定位设备的位置信息；或者，位置信息能够是手动输入的位置信息。
7.一种用于管线建设的模型构建及管理方法，所述方法利用如权利要求1至6中任一项所述的用于管线建设的模型构建及管理系统来实施，包括如下步骤：
步骤1：依照施工计划对施工管线进行分段，得到多个施工管线分段并对其进行编号；
步骤2：通过模型数据采集装置在施工现场对各个施工管线分段进行扫描，从而获取各个施工管线分段的现场数据；
步骤3：基于施工管线分段的现场数据，处理得到各个施工管线分段的现场三维模型；
步骤4：通过在相邻的施工管线分段的交界处放置标识部件并进行编号，并测量标识部件的现场位置信息，标识信息包括标识部件编号信息和标识部件的现场位置信息，对各个施工管线分段的现场三维模型进行修剪，并根据相邻的施工管线分段的标识信息对施工管线分段的现场三维模型进行拼接，得到施工管线的现场三维模型；
步骤5：基于施工管线的现场三维模型以及施工管线上各个施工管线分段的现场三维模型、各个施工管线分段的编号、起点终点位置信息得到施工管线管理数据库；
步骤6：在服务器或移动终端上，通过输入信息而从施工管线管理数据库获取对应的可视化的模型图像并显示；
步骤7：基于施工管线管理数据库，对施工管线的各个施工管线分段的建设和施工进行管理。
8.根据权利要求7所述的用于管线建设的模型构建及管理方法，其特征在于，在步骤6中，输入信息包括位置信息、尺寸请求信息、不同阶段的信息，移动终端与服务器通信，移动终端能够基于输入的位置信息而显示对应于该位置信息的可视化模型图像，能够基于输入的尺寸请求信息而显示对应的尺寸信息，尺寸信息包括长度、高度、深度、角度、弧度；移动终端和服务器能够根据输入的不同阶段的信息而对应地显示不同阶段的现场三维模型。
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