CN110866161A - 城市地下空间三维信息可视化***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城市地下空间三维信息可视化***及方法，涉及城市地下空间管理和三维地理信息***技术领域。本发明通过在地下空间各类设施中布设传感器监控***，并将采集数据整合到地下建筑、地下交通、管线三维模型中进行可视化显示，构建城市地下空间三维信息可视化***，利用该***可以将地下空间的整体运营状况实时反馈给管理人员，便于管理人员对员工进行相应的工作安排，并智能判断引发地下空间不正常状态的事件类型与事件等级，生成解决办法；针对事件范围是否扩大进行预警判断，将事发地点、影响范围及程度在可视化***的三维模型中进行可视化显示，并发送报警信号，通知技术人员迅速处理。
Description
技术领域
本发明涉及城市地下空间管理和三维地理信息***技术领域，尤其涉及一种城市地下空间三维信息可视化***及方法。
背景技术
随着城市建设的不断发展，地下空间工程数量不断增加，相应的地下空间运营管理需求呈指数型增加。目前，地下空间技术领域中，地下空间实时监控***、地下空间三维可视化***、地下空间综合信息管理***、地下空间数据传输***相互独立。随着地理信息技术的发展对城市地下空间的规划、建设和管理提出了更高的要求，单一的管理模式已不适合现代化城市建设的需求。使用地理信息***技术处理空间数据、三维数据及其有关各种地下空间信息进行管理，对现代化城市总体规划、合理布局、综合平衡、科学决策起着重要作用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种城市地下空间三维信息可视化***及方法，用于将地下空间实时数据采集子***、地下空间可视化子***、地下空间综合信息可视化子***和数据传输子***进行整合。
本发明所采取的技术方案是：
一方面，本发明提供一种地下空间三维信息可视化***，包括下位机模块和上位机模块；
所述下位机模块，即地下空间实时数据采集子***，包括仓内温度传感器、湿度传感器、气体浓度传感器、压力传感器；
所述仓内温度传感器，为非接触式温度传感器，位于地下空间建筑物内部，进行实时温度、湿度监测，并通过上位机的数据传输模块，将实时监测数据发送到上位机的综合信息可视化子***；
所述仓内湿度传感器，为电阻式氯化锂湿度传感器，位于地下空间综合管廊内，进行实时湿度监测，并通过上位机的数据传输模块，将实时监测数据发送到上位机的综合信息可视化子***；
所述仓内气体浓度传感器，为固定式甲烷传感器，位于地下空间燃气管道仓内，实时监测燃气管道仓内甲烷气体浓度，将监测数据实时地通过数据传输模块发送至上位机的综合信息可视化子***；
所述仓内压力传感器，为压阻式压力传感器，位于地下空间给水、排水管道内，每隔固定距离安装一个压力传感器，实时监测各区域管道中的压力，通过数据传输模块，将监测数据发送至上位机的综合信息可视化子***；
所述上位机模块包括地下空间可视化子***、地下空间综合信息可视化子***，数据传输子***；
所述地下空间可视化子***包括地上下一体化三维建模模块以及三维地理信息集成模块；
所述地上下一体化三维建模模块用于对地下建筑物、地下管线、地质信息的地上下一体化三维建模，通过对地下空间工程规划图纸、施工图纸、地下建筑激光点云数据、管线数据库、工程地质数据库分析处理，得到地下空间对象几何数据和纹理数据，根据上述数据进行地下空间对象三维建模；
所述三维地理信息集成模块用于将地上下一体化三维建模模块中生产的三维模型数据，与已有的地理信息空间数据库及属性库建立联系，完成三维模型空间位置匹配和属性信息关联，在三维地球影像图上进行精准定位和属性信息查询编辑；
所述地下空间综合信息可视化子***包含地下空间业务可视化模块以及数据分析与智能决策模块两个模块；
所述地下空间业务可视化模块用于地下空间对象实际生产运营业务的实时动态信息可视化以及非实时信息管理；所述地下空间业务可视化模块中所采集到的数据集成在三维地理信息模块中，在三维场景中进行可视化显示，并上传至信息发布模块；
所述数据分析与智能决策模块通过对监控传感器得到的数据进行分析与处理，对地下空间中的突发事件进行智能分析，针对事件范围是否扩大进行预警判断，将事发地点、影响范围及程度在可视化***的三维模型中进行可视化显示，并发送报警信号，通知技术人员迅速处理；并且针对特紧急火灾事件，可通过本***自动切断电源，根据事件影响范围，启动范围内的气溶胶等灭火器进行灭火；
所述数据输出子***包括数据传输模块、信息发布模块、用户移动终端模块及用户服务器终端模块四个模块；
所述数据传输模块用于将地下空间可视化子***中地上下一体化三维建模模块、三维信息地理信息集成模块、地下空间业务可视化模块、数据分析与智能决策模块的数据传递至用户服务器终端处，同时接受用户移动终端传递回的指令；数据传输模块为用户移动终端的用户提供B/S结构数据模型单元以及为用户服务器终端的用户提供C/S结构数据模型单元，来对用户提供数据信息；
所述信息发布模块用于将数据传输模块中的数据信息传递给用户移动终端和用户服务器终端，方便用户查看浏览地下空间实时数据；
所述用户移动终端模块和用户服务器终端模块用于用户对地下空间智能信息可视化***中模块数据的查询浏览，编辑更新和控制，实现用户与可视化***的信息交互。
另一方面，一种城市地下空间三维信息可视化方法，通过前述城市地下空间三维信息可视化***实现：包括以下步骤：
步骤1：建立城市地下三维信息可视化***，包括地下轨道交通、地下综合体、人防工程及附属设施三维模型的建立及其内的传感器布设，电力、电信、给水、排水、燃气、热力、工业、综合管沟管线及附属设施三维模型的建立及其内的传感器布设，地下空间业务可视化模块与数据分析智能决策模块之间的数据传输，调试地下空间布设的传感器，并将传感器采集到的数据上传至数据分析智能决策模块；
步骤2：根据地下空间业务可视化模块对用户移动终端和用户服务器终端注册用户进行智能匹配用户类型，并配置相应用户类型下的地下空间三维信息可视化***用户权限；
用户类型包括管理员、技术人员和普通员工；所述管理员通过地下空间业务可视化模块进行信息管理，经核实注册用户信息后进行智能分配地下空间数据传输模块的权限；所述技术人员和普通员工均到地下空间数据传输模块下载数据；技术人员直接上传数据到地下空间数据传输模块或其他模块，普通员工需要技术人员审批才能够上传；管理员对上传的数据进行质量检查并归档，将不合格的数据返回至技术人员修改，然后重新上传；
步骤3：数据分析与智能决策模块动态处理获取到的地下空间传感器数据，实时监测地下空间工作运营状态，并对地下空间不正常运营状态做出智能决策；
步骤3.1：首先设置一组阈值[-1,1]，来评定地下空间处在正常运营状态，大于等于0的值表示正常运营状态，小于0的值表示非正常运营状态，-1为极限值，表示地下空间处于高危状态，需紧急处理；
步骤3.2：实时接收地下空间布设的监测传感器通过数据传输模块发送的传感器数据；
步骤3.3：实时监控传感器数值，数据分析智能决策模块根据传感器数值，进行实时计算，通过设定阈值实时判断地下空间运营状态是否正常，不正常则继续步骤3.4，若正常，则继续监控传感器数值；
步骤3.4：数据分析与智能决策模块智能判断引发地下空间不正常状态的事件类型与事件等级，并生成解决办法；针对事件范围是否扩大进行预警判断，将事发地点、影响范围及程度在可视化***的三维模型中进行可视化显示，并发送报警信号，通知技术人员迅速处理。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明提出城市地下空间三维信息可视化***及方法，通过在地下空间各类设施中布设传感器监控***，并将采集数据整合到地下建筑、地下交通、管线三维模型中进行可视化显示，构建城市地下空间三维信息可视化***，利用该***可以将地下空间的整体运营状况实时反馈给管理人员，便于管理人员对员工进行相应的工作安排，并智能判断引发地下空间不正常状态的事件类型与事件等级，生成解决办法；针对事件范围是否扩大进行预警判断，将事发地点、影响范围及程度在可视化***的三维模型中进行可视化显示，并发送报警信号，通知技术人员迅速处理，本发明将地下空间管理、运营与***分整合到一个***当中，便于各相关部门之间的信息交流，及时了解地下空间内部的各项信息。本发明还提出了一种全新方法，不仅局限于地下空间，还可以广泛应用在厂区、学校、居民社区多个使用场景，对传统地理信息可视化行业有着极大的推动作用，为三维地理信息***的建设提供基础。
附图说明
图1为本发明实施例中城市地下空间三维信息可视化***的结构示意图；
图2为本发明实施例中城市地下空间三维信息可视化***的使用方法流程图；
图3为本发明实施例中城市地下空间三维信息可视化***的用户权限分配图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。
一方面，本发明提供一种地下空间三维信息可视化***，如图1所示，包括下位机模块和上位机模块；
所述下位机模块，即地下空间实时数据采集子***，包括仓内温度传感器、湿度传感器、气体浓度传感器、压力传感器；
本实施例中仓内温度传感器型号为TS105-6红外温度传感器、湿度传感器型号为HS24LF湿度传感器、气体浓度传感器型号为SB-12A可燃气体(甲烷)传感器、压力传感器型号为M7100压力传感器。所述仓内温度传感器，为非接触式温度传感器，位于地下空间建筑物内部，进行实时温度、湿度监测，并通过上位机的数据传输模块，将实时监测数据发送到上位机的综合信息可视化子***；
所述仓内湿度传感器，为电阻式氯化锂湿度传感器，位于地下空间综合管廊内，进行实时湿度监测，并通过上位机的数据传输模块，将实时监测数据发送到上位机的综合信息可视化子***；
所述仓内气体浓度传感器，为固定式甲烷传感器，位于地下空间燃气管道仓内，实时监测燃气管道仓内甲烷气体浓度，将监测数据实时地通过数据传输模块发送至上位机的综合信息可视化子***；
所述仓内压力传感器，为压阻式压力传感器，位于地下空间给水、排水管道内，每隔固定距离安装一个压力传感器，实时监测各区域管道中的压力，通过数据传输模块，将监测数据发送至上位机的综合信息可视化子***；
所述上位机模块包括地下空间可视化子***、地下空间综合信息可视化子***，数据传输子***；
本实施例中上位机模块的软件运行平台为操作***为Windows Server 2008 R2等以上版本的PC；软件开发平台：Visual Studio 2012软件平台与Unity3D平台，主要编程语言C#、Html、JavaScript。
所述地下空间可视化子***包括地上下一体化三维建模模块以及三维地理信息集成模块；
所述地上下一体化三维建模模块用于对地下建筑物、地下管线、地质信息的地上下一体化三维建模，通过对地下空间工程规划图纸、施工图纸、地下建筑激光点云数据、管线数据库、工程地质数据库分析处理，得到地下空间对象几何数据和纹理数据，根据上述数据进行地下空间对象三维建模；
所述三维地理信息集成模块用于将地上下一体化三维建模模块中生产的三维模型数据，与已有的地理信息空间数据库及属性库建立联系，完成三维模型空间位置匹配和属性信息关联，在三维地球影像图上进行精准定位和属性信息查询编辑；
本实施例中三维建模包括地形建模与地物对象建模。地形建模型采用地面DEM高程模型叠加DOM正射影像，进行真实地形建模，不仅有地面的真实坐标和高程，还有地面的实际纹理；地物建模是对地表对象建模，采用两种方式，一种是Revit/3DMax建模，当要求比较清晰准确的建模，本实施例采用Revit/3DMax软件进行建模，所建模型与实际对象或者设计对象有完全相同的尺寸，真实的纹理。另一种是倾斜模型单体化建模，当要求模型需求量大，仅要求位置信息准确的情况下，采用单体化建模，这种建模方式一方面效率高，成本低，另一方面模型数据量小，可大量使用。
本实施例录入的空间数据，为二维空间数据和三维空间数据。其中二维空间数据主要包括AutoCAD的DWG数据，ArcGIS的SHP文件，Excel文件，Oracle的SDE数据表，TIFF格式的影像数据，WMS网络地图服务；三维空间数据主要包括OSGB倾斜模型数据，Las点云数据，BIM数据。将这些二三维数据以独立图层形式添加到三维地理信息集成模块中，进行综合管理，实现二三维一体可视化。且在录入所述地下空间可视化子***时，为每条数据配置唯一编号，方便日后数据的维护更新。
所述地下空间综合信息可视化子***包含地下空间业务可视化模块以及数据分析与智能决策模块两个模块；
所述地下空间业务可视化模块用于地下空间对象实际生产运营业务的实时动态信息可视化以及非实时信息管理；所述地下空间业务可视化模块中所采集到的数据集成在三维地理信息模块中，在三维场景中进行可视化显示，并上传至信息发布模块；
所述数据分析与智能决策模块通过对监控传感器得到的数据进行分析与处理，对地下空间中的突发事件进行智能分析，针对事件范围是否扩大进行预警判断，将事发地点、影响范围及程度在可视化***的三维模型中进行可视化显示，并发送报警信号，通知技术人员迅速处理；并且针对特紧急火灾事件，可通过本***自动切断电源，根据事件影响范围，启动范围内的气溶胶等灭火器进行灭火；
所述数据输出子***包括数据传输模块、信息发布模块、用户移动终端模块及用户服务器终端模块四个模块；
所述数据传输模块用于将地下空间可视化子***中地上下一体化三维建模模块、三维信息地理信息集成模块、地下空间业务可视化模块、数据分析与智能决策模块的数据传递至用户服务器终端处，同时接受用户移动终端传递回的指令；数据传输模块为用户移动终端的用户提供B/S结构数据模型单元以及为用户服务器终端的用户提供C/S结构数据模型单元，来对用户提供数据信息；
所述信息发布模块用于将数据传输模块中的数据信息传递给用户移动终端和用户服务器终端，方便用户查看浏览地下空间实时数据；
所述用户移动终端模块和用户服务器终端模块用于用户对地下空间智能信息可视化***中模块数据的查询浏览，编辑更新和控制，实现用户与可视化***的信息交互。
另一方面，一种城市地下空间三维信息可视化方法，如图2所示，通过前述城市地下空间三维信息可视化***实现：包括以下步骤：
步骤1：建立城市地下三维信息可视化***，包括地下轨道交通、地下综合体、人防工程及附属设施三维模型的建立及其内的传感器布设，电力、电信、给水、排水、燃气、热力、工业、综合管沟管线及附属设施三维模型的建立及其内的传感器布设，地下空间业务可视化模块与数据分析智能决策模块之间的数据传输，调试地下空间布设的传感器，并将传感器采集到的数据上传至数据分析智能决策模块；
步骤2：根据地下空间业务可视化模块对用户移动终端和用户服务器终端注册用户进行智能匹配用户类型，并配置相应用户类型下的地下空间三维信息可视化***用户权限，如图3所示；
用户类型包括管理员、技术人员和普通员工；所述管理员通过地下空间业务可视化模块进行信息管理，经核实注册用户信息后进行智能分配地下空间数据传输模块的权限；所述技术人员和普通员工均到地下空间数据传输模块下载数据；技术人员直接上传数据到地下空间数据传输模块或其他模块，普通员工需要技术人员审批才能够上传；管理员对上传的数据进行质量检查并归档，将不合格的数据返回至技术人员修改，然后重新上传；
步骤3：数据分析与智能决策模块动态处理获取到的地下空间传感器数据，实时监测地下空间工作运营状态，并对地下空间不正常运营状态做出智能决策；
步骤3.1：首先设置一组阈值[-1,1]，来评定地下空间处在正常运营状态，大于等于0的值表示正常运营状态，小于0的值表示非正常运营状态，-1为极限值，表示地下空间处于高危状态，需紧急处理；
步骤3.2：实时接收地下空间布设的监测传感器通过数据传输模块发送的传感器数据；
步骤3.3：实时监控传感器数值，数据分析智能决策模块根据传感器数值，进行实时计算，通过设定阈值实时判断地下空间运营状态是否正常，不正常则继续步骤3.4，若正常，则继续监控传感器数值；
步骤3.4：数据分析与智能决策模块智能判断引发地下空间不正常状态的事件类型与事件等级，并生成解决办法；针对事件范围是否扩大进行预警判断，将事发地点、影响范围及程度在***的三维模型中进行可视化显示；本实施例导出以DWG格式的值线图、剖面图、平面图，以BIM格式的三维模型文件，以Access格式的数据库文件和以PDF、WORD、JPGE格式的报告文档做为突发事件处理依据，并发送报警信号，通知技术人员迅速处理。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
Claims (4)
1.一种城市地下空间三维信息可视化***，其特征在于：包括下位机模块和上位机模块；
所述下位机模块，即地下空间实时数据采集子***，包括仓内温度传感器、湿度传感器、气体浓度传感器、压力传感器；
所述仓内温度传感器，为非接触式温度传感器，位于地下空间建筑物内部，进行实时温度、湿度监测，并通过上位机的数据传输模块，将实时监测数据发送到上位机的综合信息可视化子***；
所述仓内湿度传感器，为电阻式氯化锂湿度传感器，位于地下空间综合管廊内，进行实时湿度监测，并通过上位机的数据传输模块，将实时监测数据发送到上位机的综合信息可视化子***；
所述仓内气体浓度传感器，为固定式甲烷传感器，位于地下空间燃气管道仓内，实时监测燃气管道仓内甲烷气体浓度，将监测数据实时地通过数据传输模块发送至上位机的综合信息可视化子***；
所述仓内压力传感器，为压阻式压力传感器，位于地下空间给水、排水管道内，每隔固定距离安装一个压力传感器，实时监测各区域管道中的压力，通过数据传输模块，将监测数据发送至上位机的综合信息可视化子***；
所述上位机模块包括地下空间可视化子***、地下空间综合信息可视化子***，数据传输子***；
所述地下空间可视化子***包括地上下一体化三维建模模块以及三维地理信息集成模块；
所述地上下一体化三维建模模块用于对地下建筑物、地下管线、地质信息的地上下一体化三维建模，通过对地下空间工程规划图纸、施工图纸、地下建筑激光点云数据、管线数据库、工程地质数据库分析处理，得到地下空间对象几何数据和纹理数据，根据上述数据进行地下空间对象三维建模；
所述三维地理信息集成模块用于将地上下一体化三维建模模块中生产的三维模型数据，与已有的地理信息空间数据库及属性库建立联系，完成三维模型空间位置匹配和属性信息关联，在三维地球影像图上进行精准定位和属性信息查询编辑；
所述地下空间综合信息可视化子***包含地下空间业务可视化模块以及数据分析与智能决策模块两个模块；
所述地下空间业务可视化模块用于地下空间对象实际生产运营业务的实时动态信息可视化以及非实时信息管理；所述地下空间业务可视化模块中所采集到的数据集成在三维地理信息模块中，在三维场景中进行可视化显示，并上传至信息发布模块；
所述数据分析与智能决策模块通过对监控传感器得到的数据进行分析与处理，对地下空间中的突发事件进行智能分析，针对事件范围是否扩大进行预警判断，将事发地点、影响范围及程度在可视化***的三维模型中进行可视化显示，并发送报警信号，通知技术人员迅速处理；并且针对特紧急火灾事件，可通过本***自动切断电源，根据事件影响范围，启动范围内的气溶胶等灭火器进行灭火；
所述数据输出子***包括数据传输模块、信息发布模块、用户移动终端模块及用户服务器终端模块四个模块；
所述数据传输模块用于将地下空间可视化子***中地上下一体化三维建模模块、三维信息地理信息集成模块、地下空间业务可视化模块、数据分析与智能决策模块的数据传递至用户服务器终端处，同时接受用户移动终端传递回的指令；数据传输模块为用户移动终端的用户提供B/S结构数据模型单元以及为用户服务器终端的用户提供C/S结构数据模型单元，来对用户提供数据信息；
所述信息发布模块用于将数据传输模块中的数据信息传递给用户移动终端和用户服务器终端，方便用户查看浏览地下空间实时数据；
所述用户移动终端模块和用户服务器终端模块用于用户对地下空间智能信息可视化***中模块数据的查询浏览，编辑更新和控制，实现用户与可视化***的信息交互。
2.一种城市地下空间三维信息可视化方法，通过权利要求1所述城市地下空间三维信息可视化***实现，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：建立城市地下三维信息可视化***，包括地下轨道交通、地下综合体、人防工程及附属设施三维模型的建立及其内的传感器布设，电力、电信、给水、排水、燃气、热力、工业、综合管沟管线及附属设施三维模型的建立及其内的传感器布设，地下空间业务可视化模块与数据分析智能决策模块之间的数据传输，调试地下空间布设的传感器，并将传感器采集到的数据上传至数据分析智能决策模块；
步骤2：根据地下空间业务可视化模块对用户移动终端和用户服务器终端注册用户进行智能匹配用户类型，并配置相应用户类型下的地下空间三维信息可视化***用户权限；
步骤3：数据分析与智能决策模块动态处理获取到的地下空间传感器数据，实时监测地下空间工作运营状态，并对地下空间不正常运营状态做出智能决策。
3.根据权利要求2所述的城市地下空间三维信息可视化方法，其特征在于：
所述步骤2中用户类型包括管理员、技术人员和普通员工；所述管理员通过地下空间业务可视化模块进行信息管理，经核实注册用户信息后进行智能分配地下空间数据传输模块的权限，所述技术人员和普通员工均能够到地下空间数据传输模块下载数据；技术人员能够直接上传数据到地下空间数据传输模块或其他模块，普通员工需要技术人员审批才能够上传；管理员对上传的数据进行质量检查并归档，将不合格的数据返回至技术人员修改，然后重新上传。
4.根据权利要求2所述的城市地下空间三维信息可视化方法，其特征在于：所述步骤3具体包括：
步骤3.1：首先设置一组阈值[-1,1]，来评定地下空间处在正常运营状态，大于等于0的值表示正常运营状态，小于0的值表示非正常运营状态，-1为极限值，表示地下空间处于高危状态，需紧急处理；
步骤3.2：实时接收地下空间布设的监测传感器通过数据传输模块发送的传感器数据；
步骤3.3：实时监控传感器数值，数据分析智能决策模块根据传感器数值，进行实时计算，通过设定阈值实时判断地下空间运营状态是否正常，不正常则继续步骤3.4，若正常，则继续监控传感器数值；
步骤3.4：数据分析与智能决策模块智能判断引发地下空间不正常状态的事件类型与事件等级，并生成解决办法；针对事件范围是否扩大进行预警判断，将事发地点、影响范围及程度在可视化***的三维模型中进行可视化显示，并发送报警信号，通知技术人员迅速处理。
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