CN115905443A - 一种基于Python Web的管廊信息系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于Python Web的管廊信息系统，包括终端节点、后台管理模块和前端模块，其中，所述终端节点，用于采集管廊中环境数据，并将采集到的环境数据传输并存储至服务系统数据库；所述后台管理模块，采用Python、Django和MySql搭建后台框架，采用关系型数据库MySql和非关系型数据库构建服务系统数据库，用于提供前端模块与后台管理模块间的数据同步上传、备份与管理；所述前端模块，包括几何模型加载单元、环境数据预测单元、数据表展示单元和环境实时动态曲线单元。本发明能够实现对实现管廊建设数据、实时监测数据、巡检维护、应急指挥等，满足管廊可视化信息系统设计需求。
Description
技术领域
本发明涉及城市管廊技术领域，尤其涉及一种基于Python Web的管廊信息系统。
背景技术
近年来，随着城市的不断发展，综合管廊建设发展已经常态化，成为解决城市交通拥堵，有助于市政设施维护和检修、减震防灾等重要途径。在城市综合管廊建设过程中，一些问题随之暴露，管线入廊难、管理协调难度大、建设成本大及运维成本高等制约管廊发展，关于综合管廊发展重点，也由管廊本体建设，转向管线布置、空间布局、运营维护、节能减排等，故对综合管廊进行可视化信息管理至关重要。根据了解，目前我国城市综合管廊巡检维护工作仍以人工巡检+监控系统相结合的管理方式，现有BIM为主的管廊可视化系统虽然借助BIM信息高度集成与共享技术，为管廊管理提供了丰富数据源，但是系统操作难度大、数据量大且结构复杂、硬件要求高、缺乏安全性预测功能等，均在一定程度上限制了该系统发展。本文提出基于Python Web技术设计和实现的管廊信息管理系统，将信息管理系统比作“大脑”，对综合管廊进行可视化、信息化管理，不仅能给运维人员带来极大便利，还能增强管廊应急管理能力，使得城市管理运营更加高效智慧。
现有BIM为主的管廊可视化系统虽然借助BIM信息高度集成与共享技术，为管廊管理提供了丰富数据源，但是系统操作难度大、数据量大且结构复杂、硬件要求高、缺乏安全性预测功能等，均在一定程度上限制了该系统发展。综合管廊在实际运行中需要借助不同终端，查看不同监控系统，了解管廊运行实时数据。这些监控系统一般相互独立，系统难以实现高效集成，很容易出现信息缺失、信息管理成本高、信息集成化程度低等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于Python Web的管廊信息系统。在所述系统中，能够实现对实现管廊建设数据、实时监测数据、巡检维护、应急指挥等，满足管廊可视化信息系统设计需求。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于Python Web的管廊信息系统，包括终端节点、后台管理模块和前端模块，所述终端节点和前端模块分别与后台管理模块连接，其中，
所述终端节点，用于采集管廊中环境数据，并将采集到的环境数据传输并存储至服务系统数据库；
所述后台管理模块，采用Python、Django和MySql搭建后台框架，采用关系型数据库MySql和非关系型数据库构建服务系统数据库，用于提供前端模块与后台管理模块间的数据同步上传、备份与管理；
所述前端模块，包括几何模型加载单元、环境数据预测单元、数据表展示单元和环境实时动态曲线单元。
优选地，所述环境数据包括温度、湿度、CO浓度、CH2浓度、O2浓度和H2S浓度。
优选地，所述后台管理模块构建TCP服务端线程池，利用线程池与终端节点的交互，将采集到的环境数据存入环境数据表中。
优选地，所述几何模型加载单元，用于使用WebGL引擎与HTML5技术在前端页面中加载轻量化BIM模型，将管廊模拟场景展示出来，实现场景漫游。
优选地，所述几何模型加载单元中，利用动态链接库读取管廊BIM模型，分离出BIM信息，并基于构件ID引索读取所述BIM信息，以实现轻量化。
优选地，所述环境数据预测单元，用于使用Pytorch框架和浏览器在线训练BiLSTM预测模型实时针对管廊中环境数据进行预测并显示。
优选地，所述数据表展示单元，用于提供终端节点表、环境数据表、用户表和历史信息表的展示。
优选地，所述环境实时动态曲线单元，用于使用Echarts+Ajax技术动态刷新环境数据曲线并显示。
优选地，所述环境实时动态曲线单元中的环境数据曲线设置有报警阈值，当达到报警阈值，则向相关工作人员发送预警信号。
基于上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明融入了深度学习等技术，具有信息集成与共享、信息可视化管理、环境数据实时采集与管理、环境数据预测与报警等功能，为城市地下综合管廊信息化、智能化发展做出巨大贡献；本发明设计和实现的信息管理系统，对系统性能和可靠性进行了优化，能够完成管廊管理、入廊作业、应急预案管理等多方信息化管理，还能为管理人员运维提供充实数据支撑，满足信息系统扩展性、高可靠性和低耦合性需求，为城市建设发展提供强有力的支撑。
附图说明
图1是一个实施例中一种基于Python Web的管廊信息系统的结构示意图；
图2是一个实施例中一种基于Python Web的管廊信息系统中的分布式CO气体量预测模块的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本实施例提供一种基于Python Web的管廊信息系统，包括终端节点、后台管理模块和前端模块，所述终端节点和前端模块分别与后台管理模块连接，其中，
所述终端节点，用于采集管廊中环境数据，并将采集到的环境数据传输并存储至服务系统数据库；
所述后台管理模块，采用Python、Django和MySql搭建后台框架，采用关系型数据库MySql和非关系型数据库构建服务系统数据库，用于提供前端模块与后台管理模块间的数据同步上传、备份与管理；
所述前端模块，包括几何模型加载单元、环境数据预测单元、数据表展示单元和环境实时动态曲线单元。
管廊运营者可以借助搭载有前端模块的PC端、移动端及3D模型漫游管廊实现管廊建设数据、实时监测数据、入廊作业、应急指挥等。结果表明，系统各项功能均能顺畅使用，接口响应时间合理，满足管廊可视化信息系统设计需求。详细说明如下：
一、终端节点
终端节点主要用于管廊中环境数据采集，一般安装在管廊舱室内部，主要组成结构有传感器、控制器及无线模块，通过传感器采集环境数据信息，采集到的数据经过TCP通信，传输并存储至服务系统数据库。
二、前端模块
前端模块设计开发采用JavaScript、Echarts、CSS等技术，主要由几何模型加载单元(使用WebGL与HTML5技术)、环境数据预测单元(使用Pytorch框架、浏览器在线训练BiLSTM)、数据表展示单元、环境实时动态曲线单元(使用Ajax技术与后台软件模块交互实现)等组成，当监测或预测某舱室异常，可即时发布预警，将预警信号发送至工作人员手持终端，并为异常情况、故障问题等解决提供科学辅助，将危害范围限制在可控空间内，避免造成更大范围、更深程度的危害，保障人员生命安全。详细说明如下：
1、几何模型加载单元，用于使用WebGL引擎与HTML5技术在前端页面中加载轻量化BIM模型，将管廊模拟场景展示出来，实现场景漫游。在基于BIM技术构建的管廊信息管理系统中，BIM几何模型会附带大量施工过程静态属性信息，导致几何模型包含信息量巨大，需要占用较大存储空间。采用C#和Revit二次开发技术，利用Revit绘制六面墙，共生成约4.47MB的项目文件，其中几何数据占比仅为12.5K。可见，为了实现浏览器页面中建筑模型的快速、完整加载，模型轻量化导入是十分关键的前提。本文设计的信息管理系统汇总，为实现这一功能，决定采用Revit二次开发技术将建筑模型中的R v t文件以及各构件ID对应结合数据解析分离出来，借助Obj文件格式中的g行(模型组名称，数个面为一组)标识分隔出来。随后，为了在数据库中写入属性信息，利用动态链接库和构件ID索引技术，从而达到轻量化目的。
其中，搭载前端模块的设备页面中加载轻量化模型之后，将管廊模拟场景直接展示出来，实现场景漫游。网页左侧为菜单栏，显示不同终端节点位置，点击后会直接展现相对应的模型位置。此时，页面左侧为节点附近环境信息和建筑物信息，右上角为不同场景浏览模式，可点击鼠标切换，通过第一人称视角进行场景查看或者漫游。在漫游过程中，用户与场景交互中相关构件信息会展示在页面左侧。
2、环境数据预测单元：地下综合管廊舱室较多，舱室环境不同气体参数存在差异，例如基于Web技术设计一款分布式CO气体量预测模块，通过精准数据监测与计算，提高预测准确度，减轻整体管理压力。该模块将传统电脑端的模型训练和预测移植至Web端，即由服务端转移至客户端，采用pytorch框架+训练BiLSTM技术，具体步骤见图2，可以直接人机交互，进行该模块的训练和数控预测，有效规避了以往复杂环境部署和库文件调用，也无需后台支持，大大简化训练流程，提升训练效果。其中，CO气体量等同于等间隔连续时间序列，BiLSTM技术为深度神经网络，对连续时间序列有较为准确的预测结果。另外，不同管廊舱室环境不同，可根据其历史数据建立个性化预测结果。
3、数据表展示单元：服务系统数据库主要包含终端节点表、环境数据表、用户表、历史信息表等内容，通过数据表展示单元在前端展示。具体来看：(1)终端节点表的主要功能是终端节点信息查询与更新，列表信息包括重点节点名称、对应节点ID、在实际管廊中所处位置、持续使用时间等。管理人员登录后台管理系统后，可以更新和查询节点信息；使用时间自节点启动时间计算，自动生成显示；管廊所处位置以语言描述形式展示；(2)环境数据表，设计传感器范围内搜集到的各项环境数据参数，如温度、湿度、CO、CH2、O2、H2S浓度等，还包含传感器节点ID、时间戳、数据ID等；(3)用户表，主要有用户ID、名称、密码和角色等，在前端页面输入相关信息后，会自动与数据库内存储的信息相互比对，信息比对成功，显示用户登录成功，信息匹配不上，显示用户登录失败；(4)历史信息表，主要为历史环境数控信息，不仅能够为用户提供查询服务，还能为气体量预测模块提供训练样本。其列表包含终端节点ID、日期、平均温湿度、平均CO含量等，平均值为每日每小时平均值，每日零时数据自动更新。
4、环境实时动态曲线单元，环境数据实时曲线展示功能实现的关键技术是Echarts+Ajax局部刷新技术，特定时间内相关信息查询则需要借助定时发送Ajax请求实现，这一请求过程采用的数据传输格式有一定要求，为轻量级Json格式。其中，前端模块中实现形式如下：将采集到的数据转化为数值，绘制成曲线，借助动态曲线形式，呈现给用户。
其中，搭载前端模块的设备页面中最左端为菜单栏，用户点击不同位置终端节点栏目，主页面为实时监测数据，该数据间隔10s刷新一次。
三、后台管理模块
后台管理模块基于python开发语言、Django框架，该模块控制器部分前端界面为View，数据封装部分为Model，端节点为客户端。在终端节点和后台管理模块中，均采用TCP/IP通信协议进行通信。同时，管廊内终端节点数量较大，为确保数据传输准确性和完整性，系统后台设计建构TCP服务端线程池，利用线程池与终端节点的交互，将采集到的环境数据存入环境数据表中，能够节省大量资源。同时，该数据库持久层采用MyBatis，不仅能够掩盖JDBC细节，还能支持个性化SQL与存储过程，将数据库配置集成于XML文件中。另外，后台管理模块还包含数据查询、实时数据采集与展示、终端节点管理、角色控制等功能。
服务系统数据库主要包含终端节点表、环境数据表、用户表、历史信息表等内容，其服务系统数据库管理主要涉及历史信息表查询、终端节点表查询与更新。其中，历史信息表查询模块存储每日历史信息，零点更新，平均两小时对环境数据按照预先编译的存储过程进行均值处理，处理结果会直接存储在历史信息表中，该模块承担用户信息查询功能。另外，该历史信息数据表还可以为训练BILSTM提供样本数据。训练BiLSTM包含查询与更新两方面，查询内容为终端节点相关信息，更新内容主要为实际建筑主体相关参数信息的增补、删减、修改等。当管理员更新相关参数信息时，左侧菜单栏也会随之更新。
以上所述仅为本发明所公开的一种基于Python Web的管廊信息系统的优选实施方式，并非用于限定本说明书实施例的保护范围。凡在本说明书实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的保护范围之内。
上述实施例阐明的系统、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
Claims (9)
1.一种基于Python Web的管廊信息系统，其特征在于，包括终端节点、后台管理模块和前端模块，所述终端节点和前端模块分别与后台管理模块连接，其中，
所述终端节点，用于采集管廊中环境数据，并将采集到的环境数据传输并存储至服务系统数据库；
所述后台管理模块，采用Python、Django和MySql搭建后台框架，采用关系型数据库MySql和非关系型数据库构建服务系统数据库，用于提供前端模块与后台管理模块间的数据同步上传、备份与管理；
所述前端模块，包括几何模型加载单元、环境数据预测单元、数据表展示单元和环境实时动态曲线单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于Python Web的管廊信息系统，其特征在于，所述环境数据包括温度、湿度、CO浓度、CH2浓度、O2浓度和H2S浓度。
3.根据权利要求2所述的一种基于Python Web的管廊信息系统，其特征在于，所述后台管理模块构建TCP服务端线程池，利用线程池与终端节点的交互，将采集到的环境数据存入环境数据表中。
4.根据权利要求1所述的一种基于Python Web的管廊信息系统，其特征在于，所述几何模型加载单元，用于使用WebGL引擎与HTML5技术在前端页面中加载轻量化BIM模型，将管廊模拟场景展示出来，实现场景漫游。
5.根据权利要求4所述的一种基于Python Web的管廊信息系统，其特征在于，所述几何模型加载单元中，利用动态链接库读取管廊BIM模型，分离出BIM信息，并基于构件ID引索读取所述BIM信息，以实现轻量化。
6.根据权利要求1所述的一种基于Python Web的管廊信息系统，其特征在于，所述环境数据预测单元，用于使用Pytorch框架和浏览器在线训练BiLSTM预测模型实时针对管廊中环境数据进行预测并显示。
7.根据权利要求1所述的一种基于Python Web的管廊信息系统，其特征在于，所述数据表展示单元，用于提供终端节点表、环境数据表、用户表和历史信息表的展示。
8.根据权利要求1所述的一种基于Python Web的管廊信息系统，其特征在于，所述环境实时动态曲线单元，用于使用Echarts+Ajax技术动态刷新环境数据曲线并显示。
9.根据权利要求8所述的一种基于Python Web的管廊信息系统，其特征在于，所述环境实时动态曲线单元中的环境数据曲线设置有报警阈值，当达到报警阈值，则向相关工作人员发送预警信号。
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