CN116664062A - 基于bim和gis的变电站建设管理方法、系统及设备 - Google Patents

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宋长青
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Abstract

本发明公开了一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法、系统及设备，包括：利用无人机搭载激光雷达和全景相机，同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据，并结合无人机位置和姿态数据构建变电站三维实景模型；获取变电站的系统结构信息，并建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型；基于变电站三维实景模型和变电站BIM模型，建立基于BIM‑GIS集成的三维可视化模型，获取不同阶段计划完成的工作量；根据工程完成进度实时掌握工程量变动情况，判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号。本发明能够实时监控变电站施工进度，及时纠正变电站建设中出现的问题，提高施工效率和精度，节约成本和缩短工期。

Description

基于BIM和GIS的变电站建设管理方法、系统及设备
技术领域
本发明属于变电站技术领域，具体涉及一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法、系统及设备。
背景技术
随着城市经济的快速发展，用电需求持续增加，变电站建设逐渐增多。变电站在整个电力系统中担当着核心角色，其不仅要负担整个电力网络的变压同时还要负担电流的分流。如果变电站不能够正常运作，不仅会导致变电站所辖区域内整个区的断电，还有可能对其他变电站乃至整个电力网络造成恶劣影响。因此，变电站的建设施工管理对于整个电力网络来说都有至关重要的作用。
若直接基于设计方案进行变电站建设，施工过程中的设计方案与实际施工情况可能不符合，会导致设计方案的反复修改，难以实时把握施工进度。本领域专家对变电站建设施工管理的研究越来越深入，如公开号CN109472104A的发明专利“一种500KV变电站VR施工仿真方法及装置”以施工数据为基础，使用VR虚拟现实设备，通过虚拟现实仿真平台实现变电站施工进度过程仿真逻辑，直观展现施工进步，但是无法满足智能电网对当前变电站建设提出的全生命周期管理的要求，可能导致工程建设的成本增加、建设质量不佳及建设效率低下的严重后果。
建筑信息模型(Building Information Model，BIM)逐渐应用在建筑工程的设计、施工以及建成后的维护和管理阶段，但是如何将BIM技术很好地应用到变电站建设的全生命周期中、有效掌握变电站建设进度、降低成本进而实现智能化管理仍是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法、系统及设备，能够实时监控变电站施工进度，及时纠正变电站建设中出现的问题，提高施工效率和精度，节约成本和缩短工期。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，包括下述步骤：
利用无人机搭载激光雷达和全景相机，同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据；
基于获取的激光雷达点云数据和影像数据，结合无人机位置和姿态数据，构建变电站三维实景模型；
获取变电站的系统结构信息，并建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型；
基于所述变电站三维实景模型和变电站BIM模型，建立基于BIM-GIS集成的三维可视化模型，获取不同阶段计划完成的工作量；
根据所述不同阶段计划完成的工作量实时掌握工程量变动情况，判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号。
作为优选的技术方案，所述同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据，具体步骤为：
在变电站区域内布设像控点，规划无人机的飞行航线；
利用搭载有激光雷达和全景相机的无人机沿着所述飞行航线进行飞行扫描测量和成像，获得变电站的激光雷达点云数据和影像数据。
作为优选的技术方案，所述规划无人机的飞行航线，具体步骤为：
根据对变电站的实地踏勘结果，确定无人机的飞行高度和飞行范围；
通过设置平面控制点与高程控制点进行像控点的布设，利用试飞无人机沿着所述飞行范围的边缘在所述飞行高度上进行试飞检查，确定试飞检查合格时无人机在所述飞行范围内的飞行参数；
基于所述飞行高度、飞行范围及飞行参数，确定无人机的飞行航线。
作为优选的技术方案，所述无人机位置和姿态数据的获取方法为：
在无人机上安装定位定姿系统，并在变电站区域内架设多个基站进行同步数据观测；所述定位定姿系统包括GNSS信号接收机和IMU惯性测量装置；
设立正确的基站坐标，根据所述GNSS信号接收机获取的基站差分信号进行RTK解算获得无人机的实时位置信息，并基于所述IMU惯性测量装置和RTK解算获得的实时位置信息进行姿态估计和位姿校正，获得准确的位姿信息。
作为优选的技术方案，所述基于获取的激光雷达点云数据和影像数据，结合无人机位置和姿态数据，构建变电站三维实景模型，具体为：
首先，删除初始影像数据中具有障碍物的图像区域，再进行亮度调整、饱和度调整及对比度调整，并对视频图像进行边缘不足处理，结合布设的像控点数据进行空三加密，获得稀疏点云；所述空三加密是对影像数据进行空中三角测量，确定影像拍摄时的位置和方向，即确定影像片的内外方元素，利用航拍影像提取特征点及匹配特征点再将特征点进行连接，从而计算外方位元素，将测区的所有影像纳入统一的物方坐标系；
其次，对所述激光雷达点云数据进行点云精简，删除不属于目标范围内的点云数据，再进行赋色和添加模型纹理操作，结合影像数据进行配准，通过点云拼接将所述稀疏点云和激光雷达点云利用坐标矩阵进行拼接，获取融合后的模型点云数据；
最后，将融合后的模型点云数据导入GIS平台，结合无人机位置信息，构建变电站三维实景模型。
作为优选的技术方案，所述获取变电站的系统结构信息包括以变电站建筑为核心的建筑模型信息、每台变电站设备在建筑模型中的位置以及对应每台变电站设备的类型信息；
所述建筑模型信息中包括变电站的空间尺寸。
作为优选的技术方案，所述建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型，具体为：
基于工作分解结构，根据变电站的物理结构及造价数据对所述变电站进行分解，梳理分解后的变电站构件的类别；
基于分解后的变电站构件及项目层级，根据变电站工程的特征信息，对不同类别的变电站构件进行编码并对每类变电站构件的参数进行统一规范，结合地区及时间维度的信息，生成可反应变电站工程的编码信息；
通过REVIT软件构建各类变电站构件的三维模型，对所述三维模型进行分类汇总，建立变电站构件族库；
根据实际项目中的变电站工程，调用变电站构件族库中的变电站构件族，采用外部数据驱动的方式对所述变电站构件族进行实例化，生成初始的变电站BIM模型；
采集变电站施工信息，生成工程量清单；根据所述工程量清单进行定额套用，生成工程造价预算并与预设的工程量造价实时对比分析，形成项目成本与项目进度的关系，建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型。
作为优选的技术方案，所述判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号；具体为：
将所述与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型导入GIS平台进行可视化融合，得到基于BIM-GIS集成的三维可视化模型；
通过挣值法实时对变电站项目的计划完成情况与实际完成情况进行对比，以综合度量资源耗费的形式对项目进度进行评价，计算费用偏差和进度偏差，当所述进度偏差和/或费用偏差超过预设阈值时发出报警提示。
本发明又一方面提供了一种基于BIM和GIS的变电站建设管理系统，应用于所述的一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，包括采集数据模块、三维实景模型构建模块、BIM模型构建模块、三维可视化模型构建模块以及预警模块；
所述采集数据模块，用于利用无人机搭载激光雷达和全景相机，同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据；
所述三维实景模型构建模块，用于基于获取的激光雷达点云数据和影像数据，结合无人机位置和姿态数据，构建变电站三维实景模型；
所述BIM模型构建模块，用于获取变电站的系统结构信息，并建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型；
所述三维可视化模型构建模块，用于基于所述变电站三维实景模型和变电站BIM模型，建立基于BIM-GIS集成的三维可视化模型，获取不同阶段计划完成的工作量；
所述预警模块，用于根据所述不同阶段计划完成的工作量实时掌握工程量变动情况，判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号。
本发明又一方面提供了一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明基于BIM和GIS搭建了三维可视化模型，可实时监控变电站项目的施工进度，通过计算费用偏差和进度偏差发出报警信息，及时纠正变电站建设中出现的问题，提高施工效率和精度，节约成本和缩短工期；
(2)本发明中无人机通过对自身携带的多个传感器获取激光雷达点云数据、影像数据及位姿数据的过程，无人机航测具有快速高效、机动灵活、成本低、处理速度快等特点，可准确高效地获得最适合于变电站的飞行航线，能够提高无人机自主执行任务的效率和安全性，节省人力资源，提高了无人机位姿的定位精度；
(3)本发明对变电站的激光雷达点云数据和影像数据进行处理，并将影像数据生成的点云与激光雷达点云进行匹配及融合，获得了更加高质量、高精度的变电站三维实景模型；本发明的变电站BIM模型的建立过程并与项目成本、项目进度进行关联，可根据工程完成进度实时掌握工程量变动情况；在此基础上建立的BIM-GIS集成的三维可视化模型，可实现全过程工程量变化的精细统计、跟踪、监督和管理，基于费用偏差和进度偏差情况实现对变电站全过程工程造价的动态预测和风险管控。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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他的附图。
图1为本发明实施例基于BIM和GIS的变电站建设管理方法的流程图；
图2为本发明实施例基于BIM和GIS的变电站建设管理系统的结构图；
图3为本发明实施例电子设备的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
随着国家对电网基建项目投资的加大以及日益成熟完善的基建管理制度，传统的项目管控方法已经满足不了电网基建工程对技术、进度、质量、安全等方面的高要求，施工过程中对施工工艺的管控不足和作业管理不严谨，造成信息错误，降低了施工质量水平和效率；没有合理的工期，不能精确把握进度，对危险点没有全面的辨识。为此，本申请提出了一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法、系统及设备。
请参阅图1，在本申请的一个实施例中提供了一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，包括下述步骤：
S1、利用无人机搭载激光雷达和全景相机，同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据。
进一步的，随着技术发展和产品方案日趋成熟，无人机航测因其具有的快速高效、机动灵活、成本低、处理速度快等特点逐渐被应用于越来越多专业行业领域，包括测量和测绘、体积测量和计算、采矿、建筑施工、基础设施监测和科研等。原始数据的获取是后续构建模型的关键，其中，所述获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据，具体包括以下步骤：
在变电站区域内布设像控点，规划无人机的飞行航线；在无人机起飞前，应对无人机进行组装和外观检查，逐项核对遥控器参数设置，并进行试飞确认无人机各项功能正常运行。具体地，根据对变电站的实地踏勘结果，确定无人机的飞行高度和飞行范围；通过设置平面控制点与高程控制点进行像控点的布设，利用试飞无人机沿着飞行范围的边缘在所述飞行高度上进行试飞检查，确定试飞检查合格时无人机在所述飞行范围内的飞行参数；基于飞行高度、飞行范围及飞行参数，确定无人机的飞行航线；
最后，利用搭载有激光雷达和全景相机的无人机沿着所述飞行航线进行飞行扫描测量和成像，获得变电站的激光雷达点云数据和影像数据。
传统的雷达是微波和毫米波波段的电磁波作为载波的雷达，而激光雷达则是以激光作为载波，可以用振幅、频率和相位来搭载信息，作为载体，其具有极高的分辨率、抗干扰能力强、获取的信息量丰富且不受光线影响。根据变电站实际情况规划无人机飞行航线，能够实现自动避障、沿规划飞行路径自主飞行、自主调整飞行姿态、拍摄距离等，高效完成变电站相关数据的获取，提高无人机飞行的安全性及自主执行任务的效率。
S2、基于获取的激光雷达点云数据和影像数据，结合无人机位置和姿态数据，构建变电站三维实景模型。
进一步的，所述无人机位置和姿态数据的获取方法为：
在无人机上安装定位定姿系统，并在变电站区域内架设多个基站进行同步数据观测；所述定位定姿系统包括GNSS信号接收机和IMU惯性测量装置；
设立正确的基站坐标，根据所述GNSS信号接收机获取的基站差分信号进行RTK解算获得无人机的实时位置信息，并基于所述IMU惯性测量装置和RTK解算获得的实时位置信息进行姿态估计和位姿校正，获得准确的位姿信息。
RTK定位技术是一种基于载波相位观测的实时动态定位技术，可以实时提供无人机在指定坐标系下的三维定位结果，达到厘米级精度；在RTK操作模式下，参考站通过数据链路向移动站发送观测值和站坐标信息；移动站不仅通过数据链路接收参考站的数据，还收集GNSS观测数据，形成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果。
更进一步的，所述构建变电站三维实景模型，具体包括以下步骤：
首先，删除初始影像数据中具有障碍物的图像区域，再进行亮度调整、饱和度调整及对比度调整，并对视频图像进行边缘不足处理，结合布设的像控点数据进行空三加密，获得稀疏点云；所述空三加密是对影像数据进行空中三角测量可确定影像拍摄时的位置和方向，即确定像片的内外方元素，利用航拍影像提取特征点及匹配特征点再将特征点进行连接，从而计算外方位元素，将测区的所有影像纳入统一的物方坐标系；
其次，对激光雷达点云数据进行点云精简，删除不属于目标范围内的点云数据，再进行赋色和添加模型纹理操作，结合影像数据进行配准，通过点云拼接将所述稀疏点云和激光雷达点云利用坐标矩阵进行拼接，获取融合后的模型点云数据；
最后将融合后的模型点云数据导入GIS平台，结合无人机位置信息，构建变电站三维实景模型。
当前，激光雷达与倾斜摄影测量点云是三维精细建模的主要数据源，而随着变电站建设对精细化、实时动态响应的要求越来越高，单一来源数据已经难以满足深层次应用需求，如上所述的多来源点云的有效融合可以增强数据的场景表达能力。这两种点云在空间分辨率、覆盖范围和噪声特点等方面存在显著差异，导致在地理空间基准、细节表达精细化程度存在严重的不一致性，为解决所述问题，可以使用加权融合法对激光雷达点云数据和影像数据进行融合，对图像进行线性复合，从振幅上对图像结果进行突出化处理，达到图像增强的效果，在本实施例中可采用灰度值加权融合的方式获得附带光谱特质的点云数据，对其进行格式转换后输入建模软件，进行点云数据截取，根据实际需求，最终生成变电站三维实景模型。
S3、获取变电站的系统结构信息，并建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型。
进一步的，所述获取变电站的系统结构信息包括以变电站建筑为核心的建筑模型信息、每台变电站设备在建筑模型中的位置以及对应每台变电站设备的类型信息；
所述建筑模型信息中包括变电站的空间尺寸。
更进一步的，所述建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型，具体包括以下步骤：
基于工作分解结构，根据变电站的物理结构及造价数据对所述变电站进行分解，梳理分解后的变电站构件的类别；
基于分解后的变电站构件及项目层级，根据变电站工程的特征信息，对不同类别的变电站构件进行编码并对每类变电站构件的参数进行统一规范，结合地区及时间维度的信息，生成可反应变电站工程的编码信息；
通过REVIT软件构建各类变电站构件的三维模型，对所述三维模型进行分类汇总，建立变电站构件族库；
根据实际项目中的变电站工程，调用变电站构件族库中的变电站构件族，采用外部数据驱动的方式对所述变电站构件族进行实例化，生成初始的变电站BIM模型；
采集变电站施工信息，生成工程量清单；根据所述工程量清单进行定额套用，生成工程造价预算并与预设的工程量造价实时对比分析，形成项目成本与项目进度的关系，建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型。
根据以上过程得到的变电站BIM模型与项目成本、项目进度有关，可根据数据驱动需求对变电站构件进行二次参数设计及数据驱动研究，借助REVIT软件对变电站工程中的主要构件建立渲染，结合实况及时调整相关参数，以便展示出质量更高、效果更好的3D BIM模型，此外基于变电站工程的主要特征信息进行编码原则设定，在其中加入地区和时间维度的信息，能够尽可能多地涵盖工程数据信息，进而形成可反应工程的主要特征的编码信息。
S4、基于所述变电站三维实景模型和变电站BIM模型，建立基于BIM-GIS集成的三维可视化模型，获取不同阶段计划完成的工作量。
S5、根据所述不同阶段计划完成的工作量实时掌握工程量变动情况，判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号。
进一步的，根据所述不同阶段计划完成的工作量实时掌握工程量变动情况，判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号，具体为：
将与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型导入GIS平台进行可视化融合，得到基于BIM-GIS集成的三维可视化模型；
通过挣值法实时对变电站项目的计划完成情况与实际完成情况进行对比，以综合度量资源耗费的形式对项目进度进行评价，计算费用偏差和进度偏差，当进度偏差和/或费用偏差超过预设阈值时发出报警提示，从而实现对变电站全过程工程造价的动态预测和风险管控。
其中，挣值法是一种通过对项目任意时间的计划与实际完成情况进行对比，以综合度量资源耗费的形式对项目的进展状态进行评价的方法。通过计算确定费用偏差CV、进度偏差SV，并对其进行评价、监督与预警，从而及时采取相应的纠正措施，具体计算公式如下：
CV＝已完成工作量×预算价格-已完成工作量×实际价格；
SV＝已完成工作量×预算价格-计划工作量×预算价格。
基于以上计算，可得知工程成本是否超支、进度是否迟延，实现全过程工程量变化的精细化统计、跟踪、监督和管理。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。
基于与上述实施例中的一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法相同的思想，本发明还提供了一种基于BIM和GIS的变电站建设管理系统，该系统可用于执行上述一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法。为了便于说明，一种基于BIM和GIS的变电站建设管理系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
请参阅图2，在本申请的另一个实施例中，提供了一种基于BIM和GIS的变电站建设管理系统100，该系统包括采集数据模块101、三维实景模型构建模块102、BIM模型构建模块103、三维可视化模型构建模块104以及预警模块105；
所述采集数据模块101，用于利用无人机搭载激光雷达和全景相机，同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据；
所述三维实景模型构建模块102，用于基于获取的激光雷达点云数据和影像数据，结合无人机位置和姿态数据，构建变电站三维实景模型；
所述BIM模型构建模块103，用于获取变电站的系统结构信息，并建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型；
所述三维可视化模型构建模块104，用于基于所述变电站三维实景模型和变电站BIM模型，建立基于BIM-GIS集成的三维可视化模型，获取不同阶段计划完成的工作量；
所述预警模块105，用于根据所述不同阶段计划完成的工作量实时掌握工程量变动情况，判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号。
需要说明的是，本发明的一种基于BIM和GIS的变电站建设管理系统与本发明的一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法一一对应，在上述一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于一种基于BIM和GIS的变电站建设管理系统的实施例中，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述，特此声明。
此外，上述实施例的一种基于BIM和GIS的变电站建设管理系统的实施方式中，各程序模块的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述一种基于BIM和GIS的变电站建设管理系统的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
请参阅图3，在一个实施例中，提供了一种实现一种基于BIM和GIS的变电站建设管理方法的电子设备，所述电子设备200可以包括第一处理器201、第一存储器202和总线，还可以包括存储在所述第一存储器202中并可在所述第一处理器201上运行的计算机程序，如BIM和GIS的变电站建设管理程序203。
其中，所述第一存储器202至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述第一存储器202在一些实施例中可以是电子设备200的内部存储单元，例如该电子设备200的移动硬盘。所述第一存储器202在另一些实施例中也可以是电子设备200的外部存储设备，例如电子设备200上配备的插接式移动硬盘、智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(SecureDigital，SD)卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述第一存储器202还可以既包括电子设备200的内部存储单元也包括外部存储设备。所述第一存储器202不仅可以用于存储安装于电子设备200的应用软件及各类数据，例如BIM和GIS的变电站建设管理程序203的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所述第一处理器201在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述第一处理器201是所述电子设备的控制核心(Control Unit)，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述第一存储器202内的程序或者模块，以及调用存储在所述第一存储器202内的数据，以执行电子设备200的各种功能和处理数据。
图3仅示出了具有部件的电子设备，本领域技术人员可以理解的是，图3示出的结构并不构成对所述电子设备200的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
所述电子设备200中的所述第一存储器202存储的BIM和GIS的变电站建设管理程序203是多个指令的组合，在所述第一处理器201中运行时，可以实现：
利用无人机搭载激光雷达和全景相机，同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据；
基于获取的激光雷达点云数据和影像数据，结合无人机位置和姿态数据，构建变电站三维实景模型；
获取变电站的系统结构信息，并建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型；
基于所述变电站三维实景模型和变电站BIM模型，建立基于BIM-GIS集成的三维可视化模型，获取不同阶段计划完成的工作量；
根据所述不同阶段计划完成的工作量实时掌握工程量变动情况，判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号。
进一步地，所述电子设备200集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个非易失性计算机可读取存储介质中。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，其特征在于，包括下述步骤：
利用无人机搭载激光雷达和全景相机，同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据；
基于获取的激光雷达点云数据和影像数据，结合无人机位置和姿态数据，构建变电站三维实景模型；
获取变电站的系统结构信息，并建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型；
基于所述变电站三维实景模型和变电站BIM模型，建立基于BIM-GIS集成的三维可视化模型，获取不同阶段计划完成的工作量；
根据所述不同阶段计划完成的工作量实时掌握工程量变动情况，判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号。
2.根据权利要求1所述基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，其特征在于，所述同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据，具体步骤为：
在变电站区域内布设像控点，规划无人机的飞行航线；
利用搭载有激光雷达和全景相机的无人机沿着所述飞行航线进行飞行扫描测量和成像，获得变电站的激光雷达点云数据和影像数据。
3.根据权利要求2所述基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，其特征在于，所述规划无人机的飞行航线，具体步骤为：
根据对变电站的实地踏勘结果，确定无人机的飞行高度和飞行范围；
通过设置平面控制点与高程控制点进行像控点的布设，利用试飞无人机沿着所述飞行范围的边缘在所述飞行高度上进行试飞检查，确定试飞检查合格时无人机在所述飞行范围内的飞行参数；
基于所述飞行高度、飞行范围及飞行参数，确定无人机的飞行航线。
4.根据权利要求1所述基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，其特征在于，所述无人机位置和姿态数据的获取方法为：
在无人机上安装定位定姿系统，并在变电站区域内架设多个基站进行同步数据观测；所述定位定姿系统包括GNSS信号接收机和IMU惯性测量装置；
设立正确的基站坐标，根据所述GNSS信号接收机获取的基站差分信号进行RTK解算获得无人机的实时位置信息，并基于所述IMU惯性测量装置和RTK解算获得的实时位置信息进行姿态估计和位姿校正，获得准确的位姿信息。
5.根据权利要求1所述基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，其特征在于，所述基于获取的激光雷达点云数据和影像数据，结合无人机位置和姿态数据，构建变电站三维实景模型，具体为：
首先，删除初始影像数据中具有障碍物的图像区域，再进行亮度调整、饱和度调整及对比度调整，并对视频图像进行边缘不足处理，结合布设的像控点数据进行空三加密，获得稀疏点云；所述空三加密是对影像数据进行空中三角测量，确定影像拍摄时的位置和方向，即确定影像片的内外方元素，利用航拍影像提取特征点及匹配特征点再将特征点进行连接，从而计算外方位元素，将测区的所有影像纳入统一的物方坐标系；
其次，对所述激光雷达点云数据进行点云精简，删除不属于目标范围内的点云数据，再进行赋色和添加模型纹理操作，结合影像数据进行配准，通过点云拼接将所述稀疏点云和激光雷达点云利用坐标矩阵进行拼接，获取融合后的模型点云数据；
最后，将融合后的模型点云数据导入GIS平台，结合无人机位置信息，构建变电站三维实景模型。
6.根据权利要求1所述基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，其特征在于，所述获取变电站的系统结构信息包括以变电站建筑为核心的建筑模型信息、每台变电站设备在建筑模型中的位置以及对应每台变电站设备的类型信息；
所述建筑模型信息中包括变电站的空间尺寸。
7.根据权利要求1所述基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，其特征在于，所述建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型，具体为：
基于工作分解结构，根据变电站的物理结构及造价数据对所述变电站进行分解，梳理分解后的变电站构件的类别；
基于分解后的变电站构件及项目层级，根据变电站工程的特征信息，对不同类别的变电站构件进行编码并对每类变电站构件的参数进行统一规范，结合地区及时间维度的信息，生成可反应变电站工程的编码信息；
通过REVIT软件构建各类变电站构件的三维模型，对所述三维模型进行分类汇总，建立变电站构件族库；
根据实际项目中的变电站工程，调用变电站构件族库中的变电站构件族，采用外部数据驱动的方式对所述变电站构件族进行实例化，生成初始的变电站BIM模型；
采集变电站施工信息，生成工程量清单；根据所述工程量清单进行定额套用，生成工程造价预算并与预设的工程量造价实时对比分析，形成项目成本与项目进度的关系，建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型。
8.根据权利要求1所述基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，其特征在于，所述判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号；具体为：
将所述与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型导入GIS平台进行可视化融合，得到基于BIM-GIS集成的三维可视化模型；
通过挣值法实时对变电站项目的计划完成情况与实际完成情况进行对比，以综合度量资源耗费的形式对项目进度进行评价，计算费用偏差和进度偏差，当所述进度偏差和/或费用偏差超过预设阈值时发出报警提示。
9.基于BIM和GIS的变电站建设管理系统，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的基于BIM和GIS的变电站建设管理方法，包括采集数据模块、三维实景模型构建模块、BIM模型构建模块、三维可视化模型构建模块以及预警模块；
所述采集数据模块，用于利用无人机搭载激光雷达和全景相机，同步获取变电站的激光雷达点云数据和影像数据；
所述三维实景模型构建模块，用于基于获取的激光雷达点云数据和影像数据，结合无人机位置和姿态数据，构建变电站三维实景模型；
所述BIM模型构建模块，用于获取变电站的系统结构信息，并建立与项目成本、项目进度关联的变电站BIM模型；
所述三维可视化模型构建模块，用于基于所述变电站三维实景模型和变电站BIM模型，建立基于BIM-GIS集成的三维可视化模型，获取不同阶段计划完成的工作量；
所述预警模块，用于根据所述不同阶段计划完成的工作量实时掌握工程量变动情况，判断费用偏差、进度偏差情况并及时发出预警信号。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-8中任意一项所述的基于BIM和GIS的变电站建设管理方法。
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