CN117575579B - 基于bim与知识图谱的水利工程透视巡查方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法及相关装置，该方法包括：收集及整理水利工程智慧透视巡查所涉及的基础资料；依据数字孪生模型的建立深度建立第一BIM层级编码模型；将第一BIM层级编码模型和水利工程外观高精度倾斜摄影模型融合，建立第二BIM层级编码模型；基于层级码将属性表中的属性信息挂接到第二BIM层级编码模型，导出第三BIM层级编码模型；基于基础资料构建基于图数据库的水利工程巡检领域知识图谱，将巡检业务与第三BIM层级编码模型、水利工程巡检领域知识图谱相结合。本发明为巡检人员在故障定位、维修操作过程中提供全方位、透视化巡查与智能指导，提高了水利工程病险隐患探测、监测及预警水平。

Description

基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法及相关装置
技术领域
本发明涉及水利工程及设施智慧巡检运维技术领域，具体是一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法及相关装置。
背景技术
水利工程智慧巡检既是保障水利工程安全的内在需要，也是智慧水利体系的重要组成部分。水利工程智慧化运行管理及巡检运维，既是推进水利工程管理现代化的必然要求，还是新时代水利高质量发展的重要抓手。随着物联网、大数据、数字孪生等新一代信息技术的发展与应用，水利工程设施巡检能力与水平不断提高，但与国家水利信息化总体发展战略要求以及智慧水利建设要求相差甚远，还需要进一步提升水利工程管理信息化、智慧化、智能化水平。常态化的安全巡检是发现工程病害及故障的重要方式，传统的巡检主要靠人工现场巡视，对所要求的检测项目逐项排查并加以记录，如工程设备运行状态、管道是否存在裂缝、发生渗漏等问题。但传统的人工巡检方式难以实现巡检方和管理方的高效协同，且无法做到巡检可视化分析管理，此外，巡检过程中的快速安全诊断和处理也很难实现，并且由于水利工程量大，导致传统的人工巡检方式效率低、运维成本高、安全保障性差。因此，多角度、全方位、可视化高效巡检水利工程、发现并及时处理工程设备病害故障十分必要。
发明内容
为了能够解决上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种基于BIM与知识图谱结合的水利工程透视巡查方法、存储介质及装置，通过对水利工程设施相关设计资料、巡检手册、专家经验、运维方案等相关资料进行收集与整理，实现了基于BIM几何图形与水利工程知识图谱深度融合的智慧巡检技术，为巡检人员在故障定位、维修操作过程中提供全方位、透视化巡查与智能指导，提高了水利工程病险隐患探测、监测及预警水平。
为了实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法，包括如下步骤：
步骤S1：基于水利工程巡检运维业务需求，收集及整理水利工程智慧透视巡查所涉及的基础资料；
步骤S2：确定数字孪生模型的建立深度，依据数字孪生模型的建立深度建立面向水利工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型；
步骤S3：将所述第一BIM层级编码模型和水利工程外观高精度倾斜摄影模型融合，建立具有空间信息的第二BIM层级编码模型；使用轻量化引擎对所述第二BIM层级编码模型进行几何优化；建立水利工程部件、构件或零件的属性表，基于层级码将所述属性表中的属性信息挂接到第二BIM层级编码模型，导出包含完整空间信息、几何信息和属性信息的第三BIM层级编码模型；将第三BIM层级编码模型集成到Web端以进行网络发布；
步骤S4：基于步骤S1收集及整理的基础资料构建基于图数据库的水利工程巡检领域知识图谱，建立水利工程设备、故障原因、诊断方案之间的逻辑关联，实现不同来源、不同类型的数据融合，以第三BIM层级编码模型为背景，将巡检业务与第三BIM层级编码模型、水利工程巡检领域知识图谱相结合，发掘技术规范之外隐性关联经验知识，以巡检对象为主体，将关于水利工程巡检不同维度的知识进行表示、抽取、融合、推理、存储，实现巡检过程中维修、检修方案推荐、智能问答功能。
进一步的，所述步骤S1中的水利工程巡检运维业务包括水工设施运维管理、设施设备运维管理。
进一步的，所述基础资料包括现有水利工程设计图纸、相关设施巡检维护手册、常见水利工程巡检及运维资料、BIM设计与应用标准、BIM分类和编码体系。
进一步的，所述步骤S2具体包括：
步骤S2.1：基于水利工程智慧巡检运维管理业务需求，参考《建筑信息模型设计交付标准》，确定水利工程透视巡查涉及到的数字孪生模型的建立深度；基于BIM建模软件，按照所述数字孪生模型的建立深度构建水利工程多专业信息模型；
步骤S2.2：基于部件、构件、零件之间的层级隶属关系，结合巡检业务部门的组织架构，建立水利工程模型信息分类标准，采用层级分类法对水利工程中的所涉及到的设施设备进行分类；
步骤S2.3：基于所述水利工程多专业信息模型和所述模型信息分类标准，采用“顺序码+方位码”相结合的编码方法，建立面向工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型。
进一步的，步骤S3中所述属性信息包括部件、构件或零件的名称、几何尺寸、类别、材质、供应商、安装时间。
一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查装置，包括：
数据获取模块，用于基于水利工程巡检运维业务需求，收集及整理水利工程智慧透视巡查所涉及的基础资料；
模型建立模块，用于确定数字孪生模型的建立深度，依据数字孪生模型的建立深度建立面向水利工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型；
模型优化模块，用于将所述第一BIM层级编码模型和水利工程外观高精度倾斜摄影模型融合，建立具有空间信息的第二BIM层级编码模型；使用轻量化引擎对所述第二BIM层级编码模型进行几何优化；建立水利工程部件、构件或零件的属性表，基于层级码将所述属性表中的属性信息挂接到第二BIM层级编码模型，导出包含完整空间信息、几何信息和属性信息的第三BIM层级编码模型；将第三BIM层级编码模型集成到Web端以进行网络发布；
知识图谱建立及应用模块，用于基于收集及整理的基础资料构建基于图数据库的水利工程巡检领域知识图谱，建立水利工程设备、故障原因、诊断方案之间的逻辑关联，实现不同来源、不同类型的数据融合，以第三BIM层级编码模型为背景，将巡检业务与第三BIM层级编码模型、水利工程巡检领域知识图谱相结合，发掘技术规范之外隐性关联经验知识，以巡检对象为主体，将关于水利工程巡检不同维度的知识进行表示、抽取、融合、推理、存储，实现巡检过程中维修、检修方案推荐、智能问答功能。
进一步的，所述水利工程巡检运维业务包括水工设施运维管理、设施设备运维管理，所述基础资料包括现有水利工程设计图纸、相关设施巡检维护手册、常见水利工程巡检及运维资料、BIM设计与应用标准、BIM分类和编码体系，所述属性信息包括部件、构件或零件的名称、几何尺寸、类别、材质、供应商、安装时间。
进一步的，所述模型建立模块具体用于：
基于水利工程智慧巡检运维管理业务需求，参考《建筑信息模型设计交付标准》，确定水利工程透视巡查涉及到的数字孪生模型的建立深度；基于BIM建模软件，按照所述数字孪生模型的建立深度构建水利工程多专业信息模型；
基于部件、构件、零件之间的层级隶属关系，结合巡检业务部门的组织架构，建立水利工程模型信息分类标准，采用层级分类法对水利工程中的所涉及到的设施设备进行分类；
基于所述水利工程多专业信息模型和所述模型信息分类标准，采用“顺序码+方位码”相结合的编码方法，建立面向工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型。
一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行所述的基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法。
一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法。
本发明顾及BIM层级编码模型拓扑结构的层级编码模型，采用“顺序码+方位码”相结合的编码方法，建立面向智慧工程巡检的BIM层级编码模型，并进行水利工程实体属性挂接，为智慧巡检提供数据底板，实现巡检过程中的透视化；通过对日常巡检手册、水利百科网、专家经验库等相关资料进行巡检运维知识抽取融合，构建基于图数据库的水利工程领域知识图谱，以BIM层级编码模型为背景图形，将巡检业务与BIM层级编码模型、知识图谱相结合，自主发掘技术规范之外隐性关联经验知识，为巡检人员在故障定位、维修操作过程中提供全方位、透视化巡查与智能指导；提高了水利工程病险隐患探测、监测及预警水平，提高了人工巡检效率、提升了工程的安全可靠性、使用效益及运行管理水平，融合BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法、存储介质及装置可直接在其他不同水利工程设施上实现智慧巡检推广及应用，可产生巨大的经济和社会效益。
附图说明
图1是本发明实施例一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法的流程图；
图2是有设计图纸的水利工程设施BIM建模流程示意图；
图3是无设计图纸的水利工程设施BIM逆向建模数据采集示意图；
图4是本发明实施例水利工程智慧巡检知识图谱构建流程图；
图5是本发明实施例水利工程巡检实体知识图谱示意图；
图6是本发明实施例基于BIM与知识图谱的水利工程智能问答功能展示图；
图7是本发明实施例的基于BIM与知识图谱结合的水利工程透视巡查方法的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。
本申请的发明人在实现本发明的过程中经过研究发现：随着数字孪生、BIM、GIS、互联网、大数据等技术的发展，如何充分利用新技术，推进水利工程巡检运维的智能化水平，已经成为水利工程管理信息化研究的热点。BIM技术已广泛应用在水利行业，还渗透至工程规划、设计、施工、运维等全生命周期，尤其是在设计、施工阶段研究应用得更为深入和成熟，基于BIM技术可对水利工程设施进行三维建模，使用轻量化引擎对模型进行轻量化，保证BIM层级编码模型和已构建好的水利工程设备深度融合后，实现水利工程设施可视化展示，辅助工程设备进行高效巡检，来确保水利工程设施正常运行。基于知识图谱技术构建基于图数据库的水利工程巡检领域知识图谱，对水利工程智慧巡检领域业务需求进行分析，通过不同知识图谱推理方法，可以为巡检、运维、决策提供技术支撑。有利于提升巡检运维能力，能够大幅提升水利工程的精细化、智能化管理水平。
本发明基于BIM建模与水利工程知识图谱深度融合的智慧巡检技术，拟通过建立面向水利工程智慧巡检的BIM层级编码模型，辅助水利工程设施模型库的管理，结合基于图数据库的水利工程领域知识图谱，辅以BIM层级编码模型为背景，将工程巡检业务与BIM层级编码模型、知识图谱相结合，建立一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法、存储介质及装置，通过自主发掘技术规范之外隐性关联经验知识，为巡检人员在故障定位、维修操作过程中提供智能指导，以解决水利工程设施安全巡检与维护方面的需求和存在的技术难题，为数字孪生水利工程中“四预”功能实现提供有力支撑和强力驱动，达到全面提升水利工程的信息化、自动化、智能化的巡检目的，并推进水利工程管理现代化，加快水利工程建设高质量发展。
常规BIM层级编码模型采用IFC编码方法，但模型划分后各部分拓扑关系难以计算。因此，本发明实施例在IFC编码的基础上，按照工程分段，在考虑部件的层级隶属关系基础上，采用“顺序码+方位码”相结合的编码方法，建立面向智慧工程巡检的BIM层级编码模型，辅助模型库的管理。以BIM层级编码模型为背景图形，构建基于图数据库的水利工程领域知识图谱，将巡检业务与BIM层级编码模型、知识图谱相结合，自主发掘技术规范之外隐性关联经验知识，为巡检人员在故障定位、维修操作过程中提供智能指导、智能问答、维修检修方案推荐，全面提升水利工程的信息化、自动化、智能化的巡检技术水平。
请参阅图1，本发明实施例提供一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据水利工程巡检运维业务需求，对水利工程智慧透视巡查所涉及的基础资料进行收集及整理。具体的，可通过人工调研、实地考察等方式，分析水利工程巡检运维业务需求，水利工程巡检运维业务包括但不限于水工设施运维管理、设施设备运维管理等业务。所述基础资料包括现有水利工程设计图纸（坝体、泵站、渡槽、电机、金结等）、相关设施巡检维护手册（问题案例分析、处置方案、工程维修检修方法）资料等，还包括水利百科网搜集的常见水利工程巡检运维资料，以及现有的BIM设计与应用标准、BIM分类和编码体系等资料。
步骤S2：确定数字孪生模型的建立深度，依据数字孪生模型的建立深度建立面向水利工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型。
步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S2.1：基于水利工程智慧巡检运维管理业务需求，参考《建筑信息模型设计交付标准》，确定水利工程透视巡查涉及到的数字孪生模型的建立深度；基于BIM建模软件，按照所述数字孪生模型的建立深度构建水利工程多专业信息模型。
其中，数字孪生模型的建立深度指的是模型的精细程度，参考《建筑信息模型设计交付标准》（GBT 51301-2018），调水工程水工设施信息模型的模型单元为项目级模型单元、功能级模型单元、构件级模型单元和零件级模型单元，按照精细度可以划分为四级别，分别为LOD1.0，LOD2.0，LOD3.0和LOD4.0。
步骤S2.2：基于部件、构件、零件之间的层级隶属关系，结合巡检业务部门的组织架构，建立水利工程模型信息分类标准，采用层级分类法对水利工程中的所涉及到的设施设备进行分类；
步骤S2.3：基于所述水利工程多专业信息模型和所述模型信息分类标准，采用“顺序码+方位码”相结合的编码方法，建立面向工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型，辅助模型库的管理。如表1所示，根据实际需求，水工设施的层级编码共有六级，编码形式为“顺序码+方位码”（第3级+第6级）的结构，编码内容均由“数字”+“.”构成。
表1 水利工程层级编码约定
其中N为阿拉伯数字，数字之间采用“.”隔开。
第0级为项目码，主要对不同的巡查项目进行区分，编码由数字“1”开始进行连续编号，如管理方需要管理多个水利枢纽工程，位于A地区水利工程第0级项目码为“1”，B地区水利工程第0级项目码为“2”。
第1级为部署码，主要对不同的管理部进行区分，编码由数字“1”开始进行连续编号，如A水利工程有4个管理部，第1级部署码分别为“1”、“2”、“3”、“4”。
第2级为实体码，主要对各管理部下属的水工设施沿水流方向进行区分，编码从数字“1”开始进行连续编号。例如，某工程设施管理部下的所属泵站、倒虹吸管、渡槽、隧道等水利工程设施子项，其第2级实体码分别为“1”、“2”、“3”、“4”。
第3级为顺序码，主要对各管理部下属的水利工程设施的子项设施沿水流方向进行区分，按照上下游的连接关系依次顺序编码。水利工程设施主要子项的序号编码从数字“1”开始进行连续编号。例如，某水利工程设施管理部下的某泵站主要子项有进水口、拦河闸、进水渠、进水前池等，第3级顺序码分别为“1”、“2”、“3”、“4”。
第4级为拆分码，主要根据设施管理系统的业务需求，按照一定的规则对线性设施顺水流方向进行拆分，便于后期实现精细化设施构件管理。如A水利工程按照设施子项的结构缝顺水流方向对构件进行拆分，拆分码由数字“1”开始进行连续编号。
第5级为并列码，主要体现水利工程设施的并列关系，若该设施没有并列关系则编码为“1”，若有则约定顺水流方向从左到右，由“1”开始进行连续编号。
第6级为方位码，主要体现设施内不同构件的位置关系，根据不同的业务需求和管理的精细程度进行选取，如构件顺水流方向在“上”“下”“左”“右”的位置时，约定方位码分别为“1”“2”“3”“4”，如表2对水利工程层级编码。
表2 层级码举例
第1位“1”为项目码，代表“A地区水利工程”；第2位“1”为部署码，代表“设施管理部”；第3位“4”为实体码，代表“1#泵站拦河闸”在“设施管理部”属于第4个单元设施；第4位“2”为顺序码，代表按照水流方向顺序“拦河闸”在“1#泵站”属于第2个子单元设施；第5位“1”为拆分码，代表“1#泵站拦河闸”按照结构缝拆分的第一段；第6位“1”“2”“3”“4”为并列码，代表“1#泵站拦河闸”属于四组并联；第7位“1”为方位码，代表“拦河闸闸门”在水流方向上方。
步骤S3：将所述第一BIM层级编码模型和水利工程外观高精度倾斜摄影模型融合，建立具有空间信息的第二BIM层级编码模型；考虑构建的BIM模型结构冗余及需要流畅地在平台上进行模拟和展示，使用轻量化引擎对所述第二BIM层级编码模型进行几何优化；以BIM层级编码模型的层级码作为主键，建立水利工程部件、构件或零件的属性表，属性信息包括但不限于其名称、几何尺寸、类别、材质、供应商、安装时间等，基于层级码将所述属性表中的属性信息挂接到第二BIM层级编码模型，导出包含完整空间信息、几何信息和属性信息的第三BIM层级编码模型；将第三BIM层级编码模型集成到Web端以进行网络发布，实现水利工程设施空间立体化展示，为水利工程智慧化巡检的应用场景落地提供数据底板支撑。
步骤S3具体包括：
步骤S3.1：依据水利工程及设施设备的设计图纸，对图纸进行数字化处理，使用BIM建模软件（MicroStation，Revit, CATIA）对水利工程设施进行建模，图2展示的有设计图纸的水利工程设施BIM建模流程及示意图。对于部分缺失设计图纸的水利工程设施及设备，则主要采用三维激光扫描测量设备如手持SLAM采集水利工程彩色点云数据，之后进行数字表面模型建模，为BIM建模提供基础数据，实现既有水利工程的BIM逆向建模，图3展示的是无设计图纸的水利工程设施BIM逆向建模数据采集示意图。
步骤S3.2：基于水利工程第一BIM层级编码模型构建完成后，之后通过通用模型处理工具Cesiumlab软件对构建的BIM层级编码模型进行坐标转换、地理配准等操作，通过赋予绝对平面坐标、高程等空间信息，进行几何信息的验证，保证层级编码模型和已构建好的水利工程设备深度融合，建立具有空间信息的第二BIM层级编码模型。
步骤S3.3：基于透视巡查业务的BIM水利工程设施建模完成后，需要对BIM层级编码模型数据流畅地在平台上进行模拟和展示，使用轻量化引擎对模型进行轻量化，解决其加载和显示的延迟卡顿问题。
步骤S3.4：BIM层级编码模型轻量化完成后，将对应水利工程设施设备的材质、尺寸、数量、位置、方向等属性信息存储到BIM层级编码模型，对设备设施进行属性挂接，建立属性完整的第三BIM层级编码模型。
步骤S4：基于步骤S1收集及整理的基础资料构建基于图数据库的水利工程巡检领域知识图谱，建立水利工程设备、故障原因、诊断方案之间的逻辑关联，实现不同来源、不同类型的数据融合，以第三BIM层级编码模型为背景，将巡检业务与第三BIM层级编码模型、水利工程巡检领域知识图谱相结合，发掘技术规范之外隐性关联经验知识，以巡检对象为主体，将关于水利工程巡检不同维度的知识进行表示、抽取、融合、推理、存储，实现巡检过程中维修、检修方案推荐、智能问答功能。
步骤S4具体包括：
步骤S4.1：基于水利工程的巡检对象构建智慧巡检知识图谱，以某个水利工程为例，巡检运维的对象包括大坝、水库、发电站、机电设备、泵站、闸/涵等各类设施设备，以巡检对象即构建的BIM层级编码模型实体为主体，对巡检业务知识进行抽取，基于非结构化与半结构化的巡检业务相关数据，采用规则+序列标注融合的方式进行抽取，通过文档标注、模型训练、模型反馈调参实现对文本数据的自动抽取。抽取的信息主要包括实体基础信息、故障分析，主要基于智慧巡检运维业务对来自对象的主体特征、历年维护、历年评估、故障部位、名称、现象、原因、处理方式等信息抽取进行知识图谱化构建，其中水利工程巡检运维知识主要来源于四类：第一类来源于日常巡检手册，记录了人工巡检过程中发现的故障基本信息及处理方式等；第二类来源于标准的运维方案资料，比如工程典型故障案例分析、工程修复方案处理分析等；第三类来源于水利专业网站如“水利百科网”；第四类来源于专业专家经验库。图4展示的是水利工程智慧巡检知识图谱构建流程图。
步骤S4.2：以构建的第三BIM层级编码模型为背景，将现有文本资料数据、互联网数据、专家知识数据与工程实体知识进行融合，建立水利工程设备、故障原因、诊断方案之间的逻辑关联，基于对水利工程智慧巡检领域业务需求进行分析，通过不同知识图谱推理为巡检、运维、决策提供支撑。最后将水利工程智慧巡检领域知识进行存储优化，减少冗余数据，提高运行效率。
图5是水利工程巡检实体知识图谱示意图，如图展示的对象实体包括水利工程、泵站及机电设备，基于不同巡检对象实体构建知识图谱。以泵站报警跳机案例分析资料为例，该事件属于巡检过程中发生过的事件，对该事件相关信息进行抽取，并经过语义表达表示成需要的信息，比如该事件名称、发生时间、发生地点、事故对象、原因分析、处理部门、总结分析等信息，之后以对象为主体，将这些信息用于知识图谱的构建，基于本次发生的故障问题可以为智慧巡检知识图谱构建提供基础数据信息，为下一次的巡检提供辅助参考，提高巡检的智能化与自动化水平
步骤S4.3：在对巡检业务相关知识进行表示、抽取、融合、推理、存储后，以BIM层级编码模型为背景图形，将工程巡检知识图谱与BIM层级编码模型相结合。
本发明所提出的一种基于BIM与知识图谱结合的水利工程透视巡查方法，在智慧巡检场景应用主要包括以下几个方面：
（1）维修检修智能搜索：对维修检修知识库中的文档、表格、数据进行全文检索，包括文档标题、文档内容、文档图片，相关视频等，同时支持以图搜图，以文搜文，支持模糊匹配，支持对输入的内容进行语义解析，支持系统对结果进行自动打标。目的是让业务人员对故障解决方案的查询更加及时高效，减少中间繁杂漫长的资料检索和收集流程，让优秀的知识经验得到更好的传播和共享。
展示的基于知识图谱的水利工程维修检修智能搜索示意图。当巡检人员在基于构建的BIM层级编码模型透视巡查过程中发现了水利工程设施及设备存在问题时，以泵站发生故障为例，基于巡检手册、专家经验、运维方案等相关资料构建的水利知识平台可以为巡检人员提供维修检修智能搜索功能，为其提供该泵站相关信息，包括该泵站发生过的故障次数、故障原因、故障部位、维修方式等信息，还可以通过智能搜索功能，根据当前泵站故障问题直接搜索相应的维修检修方案，辅助巡检人员快速处理工程故障。
（2）智能问答：巡检人员可以基于本发明一种BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法、存储介质及装置，在巡检过程中通过机器客服提供的智能问答功能进行故障处理与分析，机器客服通过对输入的问题进行语义理解，以一问一答的形式将答案推理计算出来，其推理性和可扩展性较强，且问答次数越多越机器客服越智能。基于智能问答功能可以做成移动端应用，方便巡检业务人员随时随地通过“机器客服”进行疑难咨询。图6是本发明实施例基于BIM与知识图谱的水利工程智能问答功能展示图。
步骤S5：在水利工程中选取透视选取巡查场景，基于发明的一种BIM与知识图谱结合的水利工程透视巡查方法，进行实地应用。该场景为巡检人员手持移动端设备对水利工程机电设施进行巡检，利用手持终端搭载的三轴陀螺仪获取当前移动终端对应的视椎体，在巡检的过程中可以同步调取前述视椎体裁切的BIM层级编码模型的三维视图，并投射到移动终端，基于BIM层级编码模型实现水利工程设施空间立体化展示。如图7中所示机电设备出现故障时，可以同步通过移动巡检端发布的BIM的模型查看其相关信息，比如名称、尺寸、结构等基本信息，同时，结合构建的水利工程智慧巡检知识图谱可以进行巡检业务的应用，比如该设备出现故障时，可以进行维修检修智能搜索、机器客服智能问答、维修检修方案推荐等功能，帮助巡检人员快速处理问题，提高水利工程巡检效率，为水利工程高效巡检与运维提供有力支撑。
本发明实施例还提供一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查装置，包括：
数据获取模块，用于基于水利工程巡检运维业务需求，收集及整理水利工程智慧透视巡查所涉及的基础资料；
模型建立模块，用于确定数字孪生模型的建立深度，依据数字孪生模型的建立深度建立面向水利工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型；
模型优化模块，用于将所述第一BIM层级编码模型和水利工程外观高精度倾斜摄影模型融合，建立具有空间信息的第二BIM层级编码模型；使用轻量化引擎对所述第二BIM层级编码模型进行几何优化；建立水利工程部件、构件或零件的属性表，基于层级码将所述属性表中的属性信息挂接到第二BIM层级编码模型，导出包含完整空间信息、几何信息和属性信息的第三BIM层级编码模型；将第三BIM层级编码模型集成到Web端以进行网络发布；
知识图谱建立及应用模块，用于基于收集及整理的基础资料构建基于图数据库的水利工程巡检领域知识图谱，建立水利工程设备、故障原因、诊断方案之间的逻辑关联，实现不同来源、不同类型的数据融合，以第三BIM层级编码模型为背景，将巡检业务与第三BIM层级编码模型、水利工程巡检领域知识图谱相结合，发掘技术规范之外隐性关联经验知识，以巡检对象为主体，将关于水利工程巡检不同维度的知识进行表示、抽取、融合、推理、存储，实现巡检过程中维修、检修方案推荐、智能问答功能。
其中，所述模型建立模块具体用于：
基于水利工程智慧巡检运维管理业务需求，参考《建筑信息模型设计交付标准》，确定水利工程透视巡查涉及到的数字孪生模型的建立深度；基于BIM建模软件，按照所述数字孪生模型的建立深度构建水利工程多专业信息模型；
基于部件、构件、零件之间的层级隶属关系，结合巡检业务部门的组织架构，建立水利工程模型信息分类标准，采用层级分类法对水利工程中的所涉及到的设施设备进行分类；
基于所述水利工程多专业信息模型和所述模型信息分类标准，采用“顺序码+方位码”相结合的编码方法，建立面向工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型
本发明另一实施例提供了一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行所述的基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法。
本发明另一实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：基于水利工程巡检运维业务需求，收集及整理水利工程智慧透视巡查所涉及的基础资料；
步骤S2：确定数字孪生模型的建立深度，依据数字孪生模型的建立深度建立面向水利工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型；
步骤S3：将所述第一BIM层级编码模型和水利工程外观高精度倾斜摄影模型融合，建立具有空间信息的第二BIM层级编码模型；使用轻量化引擎对所述第二BIM层级编码模型进行几何优化；建立水利工程部件、构件或零件的属性表，基于层级码将所述属性表中的属性信息挂接到第二BIM层级编码模型，导出包含完整空间信息、几何信息和属性信息的第三BIM层级编码模型；将第三BIM层级编码模型集成到Web端以进行网络发布；
步骤S4：基于步骤S1收集及整理的基础资料构建基于图数据库的水利工程巡检领域知识图谱，建立水利工程设备、故障原因、诊断方案之间的逻辑关联，实现不同来源、不同类型的数据融合，以第三BIM层级编码模型为背景，将巡检业务与第三BIM层级编码模型、水利工程巡检领域知识图谱相结合，发掘技术规范之外隐性关联经验知识，以巡检对象为主体，将关于水利工程巡检不同维度的知识进行表示、抽取、融合、推理、存储，实现巡检过程中维修、检修方案推荐、智能问答功能；
所述步骤S2具体包括：
步骤S2.1：基于水利工程智慧巡检运维管理业务需求，参考《建筑信息模型设计交付标准》，确定水利工程透视巡查涉及到的数字孪生模型的建立深度；基于BIM建模软件，按照所述数字孪生模型的建立深度构建水利工程多专业信息模型；
步骤S2.2：基于部件、构件、零件之间的层级隶属关系，结合巡检业务部门的组织架构，建立水利工程模型信息分类标准，采用层级分类法对水利工程中的所涉及到的设施设备进行分类；
步骤S2.3：基于所述水利工程多专业信息模型和所述模型信息分类标准，采用“顺序码+方位码”相结合的编码方法，建立面向工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型；
步骤S3中所述属性信息包括部件、构件或零件的名称、几何尺寸、类别、材质、供应商、安装时间；
层级码共有六级，编码内容均由“数字”+“.”构成；
；
其中N为阿拉伯数字，数字之间采用“.”隔开；
第0级为项目码，用于对不同的巡查项目进行区分；
第1级为部署码，用于对不同的管理部进行区分；
第2级为实体码，用于对各管理部下属的水工设施沿水流方向进行区分；
第3级为顺序码，用于对各管理部下属的水利工程设施的子项设施沿水流方向进行区分，按照上下游的连接关系依次顺序编码；
第4级为拆分码，用于根据设施管理系统的业务需求，按照一定的规则对线性设施顺水流方向进行拆分，便于后期实现精细化设施构件管理；
第5级为并列码，用于体现水利工程设施的并列关系，若该设施没有并列关系则编码为“1”，若有则约定顺水流方向从左到右，由“1”开始进行连续编号；
第6级为方位码，用于体现设施内不同构件的位置关系，根据不同的业务需求和管理的精细程度进行选取。
2.如权利要求1所述的基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法，其特征在于：所述步骤S1中的水利工程巡检运维业务包括水工设施运维管理、设施设备运维管理。
3.如权利要求1所述的基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法，其特征在于：所述基础资料包括现有水利工程设计图纸、相关设施巡检维护手册、常见水利工程巡检及运维资料、BIM设计与应用标准、BIM分类和编码体系。
4.一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于基于水利工程巡检运维业务需求，收集及整理水利工程智慧透视巡查所涉及的基础资料；
模型建立模块，用于确定数字孪生模型的建立深度，依据数字孪生模型的建立深度建立面向水利工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型；
模型优化模块，用于将所述第一BIM层级编码模型和水利工程外观高精度倾斜摄影模型融合，建立具有空间信息的第二BIM层级编码模型；使用轻量化引擎对所述第二BIM层级编码模型进行几何优化；建立水利工程部件、构件或零件的属性表，基于层级码将所述属性表中的属性信息挂接到第二BIM层级编码模型，导出包含完整空间信息、几何信息和属性信息的第三BIM层级编码模型；将第三BIM层级编码模型集成到Web端以进行网络发布；
知识图谱建立及应用模块，用于基于收集及整理的基础资料构建基于图数据库的水利工程巡检领域知识图谱，建立水利工程设备、故障原因、诊断方案之间的逻辑关联，实现不同来源、不同类型的数据融合，以第三BIM层级编码模型为背景，将巡检业务与第三BIM层级编码模型、水利工程巡检领域知识图谱相结合，发掘技术规范之外隐性关联经验知识，以巡检对象为主体，将关于水利工程巡检不同维度的知识进行表示、抽取、融合、推理、存储，实现巡检过程中维修、检修方案推荐、智能问答功能；
所述模型建立模块具体用于：
基于水利工程智慧巡检运维管理业务需求，参考《建筑信息模型设计交付标准》，确定水利工程透视巡查涉及到的数字孪生模型的建立深度；基于BIM建模软件，按照所述数字孪生模型的建立深度构建水利工程多专业信息模型；
基于部件、构件、零件之间的层级隶属关系，结合巡检业务部门的组织架构，建立水利工程模型信息分类标准，采用层级分类法对水利工程中的所涉及到的设施设备进行分类；
基于所述水利工程多专业信息模型和所述模型信息分类标准，采用“顺序码+方位码”相结合的编码方法，建立面向工程智慧巡检的第一BIM层级编码模型；
所述属性信息包括部件、构件或零件的名称、几何尺寸、类别、材质、供应商、安装时间；
层级码共有六级，编码内容均由“数字”+“.”构成；
；
其中N为阿拉伯数字，数字之间采用“.”隔开；
第0级为项目码，用于对不同的巡查项目进行区分；
第1级为部署码，用于对不同的管理部进行区分；
第2级为实体码，用于对各管理部下属的水工设施沿水流方向进行区分；
第3级为顺序码，用于对各管理部下属的水利工程设施的子项设施沿水流方向进行区分，按照上下游的连接关系依次顺序编码；
第4级为拆分码，用于根据设施管理系统的业务需求，按照一定的规则对线性设施顺水流方向进行拆分，便于后期实现精细化设施构件管理；
第5级为并列码，用于体现水利工程设施的并列关系，若该设施没有并列关系则编码为“1”，若有则约定顺水流方向从左到右，由“1”开始进行连续编号；
第6级为方位码，用于体现设施内不同构件的位置关系，根据不同的业务需求和管理的精细程度进行选取。
5.如权利要求4所述的基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查装置，其特征在于：所述水利工程巡检运维业务包括水工设施运维管理、设施设备运维管理，所述基础资料包括现有水利工程设计图纸、相关设施巡检维护手册、常见水利工程巡检及运维资料、BIM设计与应用标准、BIM分类和编码体系。
6.一种基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行权利要求1-3中任一项所述的基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3中任一项所述的基于BIM与知识图谱的水利工程透视巡查方法。
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