CN113347360A - 基于5g视频与bim的施工管理***及其管理方法 - Google Patents

基于5g视频与bim的施工管理***及其管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于5G视频与BIM的施工管理***及其管理方法，用户通过实时对比所述物理摄像头拍摄的施工现场景像，与同视角的相近时间轴的BIM对照，使得所述用户直观的观察施工项目真实进度与计划的差异，以及真实施工情况与BIM的差异；用户通过点击与真实视角同视角的BIM中构件，实时浏览BIM信息与施工设计参数，得到当前及下一步施工过程中需要的设计信息；用户通过影像追溯，了解本时间点施工真实情况与BIM之间异同。本发明将5G远程视频监控与BIM数字协同溯源，实现设计图纸和实际施工结果实时对比及细节把控，起到及时纠偏和项目预警的作用。将BIM组件相关的施工数据返填BIM，有利于项目的回溯并将施工过程以数字化的形式记录。

Description

基于5G视频与BIM的施工管理***及其管理方法
技术领域
本发明涉及建筑工程项目施工的监督管理方法，尤其是涉及基于5G视频与BIM的施工管理***及其管理方法。
背景技术
随着BIM（建筑信息模型；英文Building Information Modeling的缩写）技术的发展，BIM也逐渐从施工阶段为主的应用向全生命期应用辐射。BIM作为载体，能够将建筑在全生命期内的工程信息、管理信息和资源信息集成在统一模型中，打通设计、施工、运维阶段的业务分块割裂，解决数据无法共享的问题，实现一体化、全过程应用。
目前，利用BIM和远程视频监控***对建筑工程项目施工的监督管理，存在有以下不足之处：1, 视频监控***和BIM是各自独立分开展示的，现场施工数据和BIM数据没有统一管理，需要工作人员到现场勘察、检测施工情况再与BIM数据对照，因此不能通过BIM对现场施工情况进行及时纠偏和预警；2，BIM中只有模型的长、宽、高等信息，没有针对该模型的现场施工数据，无法利用BIM记录施工的全过程；3，现有BIM中的虚拟摄像机和远程监控***的真实摄像头不能实现联动，只能将现场监控和BIM分开展示，不能实现监控画面与BIM画面的协同联动。4，基于BIM进行建筑工程动画制作，采用的是3D MAX等软件进行施工动画制作，BIM虚拟摄像机采用的是定焦摄像机，只能放大摄像机照射的位置，不能对摄像机进行水平转动和仰、俯角转动；无法实现与远程监控摄像机进行联动，需要工作人员到现场检查，通过工作人员和BIM相配合才能完成对各个方面的监控。5，由于现场监控和BIM虚拟摄像机使用的是不同的坐标系，虚拟摄像机和远程监控摄像机的参数不统一，两个画面不能实现联动，只能分开查看，因此不能形成BIM虚拟模型与现场的实时对比。
发明内容
本发明的在于提供一种基于5G视频与BIM的施工管理***，本发明另一目的在于提供该施工管理***的管理方法。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述基于5G视频与BIM的施工管理***，包括下述模块：
云平台模块，通过用户配置的巡检计划，用于控制带有云台的物理摄像头（鹰眼球机、全景球机）按照所述巡检计划在设定的时间段与频次，对触发事件以设置的PTZ参数，依次定点移动所述物理摄像头进行全程录制；在巡检过程中，把设定的关键节点的重要数据，以时间为定位点记录并与视频共同存储，形成巡检结构化视频；所述关键节点的重要数据包括但不限于：定点标题、定格截图、PTZ数据、时间戳、环境传感器值、AI报警事件截图、AI报警数据；
视频管理平台模块，用于为所述NVR、所述物理摄像头提供接入服务，并对接入设备进行管理、在线巡检、录像管理、对外访问的流媒体地址分配；对接入设备进行管理包括增加、删除、改动、查询；
NVR（英文Network Video Recorder的缩写，即网络硬盘录像机）模块，用于将NVR中设定的视频资料在服务器中集中存储，包括但不限于：所述巡检结构化视频、AI事件短视频、生产过程留存回溯视频、安全质量抓拍视频；
BIM轻量化引擎模块，用于把BIM软件制做的大模型（兼容大多数主流格式），通过专用软件转换为自有格式，在信息不失真的前提下，把所述大模型数据量变小，压缩比为7-33%，使其可以在网页和手机中打开展示；
视角同步模块，用于通过GIS设备测量物理摄像头安装位置的经纬度与高程，在以地心为圆点的极坐标系中定位物理摄像头位置，并将所述物理摄像头位置设置到BIM引擎中；
时间进度模块，用于将施工项目的全周期按照设定的时间段（按月或周）划分为时间片，设定每个所述时间片在BIM中哪些显示、哪些隐藏，以表达施工进度计划，使得上层平台通过传入当前或想查询的时间，得到最相近的施工进度BIM展示；
施工数据关联BIM，用于通过调用所述BIM轻量化引擎模块API，获得用户在BIM中所选择的组件的ID，并将此ID与所述云平台模块中的安全检查数据抓拍图片、影像溯源数据、施工日志、进场材料单据的工地数字化数据资料相关联，实现当用户选择某所述组件后，关联显示与其有关的工地数字化资料。
进一步地，还包括空间定位计算模块，用于通过所述物理摄像头与BIM虚拟摄像头的步长差算法，校准视频画面与BIM画面视角变化时的误差，并实时获取所述物理摄像头方位角、仰角空间定位、角度与焦距信息；然后映射至所述BIM虚拟摄像机，通过空间位置算法计算BIM虚拟摄像机位置与角度，使得真实场景与BIM视角重合，进行真实进度与计划进度对比。
本发明所述施工管理***的管理方法，用户通过实时对比所述物理摄像头拍摄的施工现场景像，与同视角的相近时间轴的BIM对照，使得所述用户直观的观察施工项目真实进度与计划的差异，以及真实施工情况与BIM的差异；用户通过点击与真实视角同视角的BIM中构件，实时浏览BIM信息与施工设计参数，得到当前及下一步施工过程中需要的设计信息；用户通过影像追溯，了解本时间点施工真实情况与BIM之间异同。
所述实时浏览步骤如下：
S1.1，用户向所述云平台模块发送控制所述物理摄像头云台调焦指令；
S1.2，云平台模块通过SDK发送控制指令给所述视频管理平台模块；
S1.3，视频管理平台模块通过私有协议控制物理摄像头，物理摄像头执行所述控制指令，控制云台转动和调焦距；
S1.4，云平台模块利用管理内网穿透硬件，通过花生壳服务获得物理摄像头当前PTZ参数；
S1.5，视频管理平台模块拉取物理摄像头画面视频流；
S1.6，云平台模块通过SDK获取视频画面；
S1.7，云平台模块将获取的当前所述PTZ参数通知所述BIM轻量化引擎模块，BIM轻量化引擎模块按照当前PTZ参数调整所述BIM虚拟摄像机角度及焦距；
S1.8，云平台模块获取BIM画面；
S1.8，云平台模块将通过SDK获取视频画面及所述BIM画面同时显示。
所述影像追溯步骤如下：
S2.1，用户选择指定影像追溯的时间；
S2.2，所述云平台模块通过API查询指定时间录像；
S2.3，所述视频管理平台模块调取所述NVR录像；
S2.4，NVR返回录像片段给视频管理平台模块；
S2.5，视频管理平台模块将所述录像片段返回给云平台模块；
S2.6，云平台模块向所述BIM轻量化引擎模块发送用户查时间；
S2.7，BIM轻量化引擎模块将用户所查询时间的进度BIM返回云平台模块；
S2.8，云平台模块为用户展示用户查询时间对应的视频录像及对应进度BIM。本发明优点体现在以下方面：
1、本发明将5G远程视频监控与BIM数字协同溯源，可实现设计图纸和实际施工结果实时对比及细节把控，起到及时纠偏和项目预警的作用。
2、通过实时获取物理摄像头空间定位、角度与焦距信息，映射至BIM虚拟摄像机，经过空间位置算法计算虚拟摄像机位置与角度，使真实场景与BIM模型视角重合，实现虚实联动，左右画面一致，方便进行进度对比。
3、本发明解决了视频画面与BIM画面联动时的延时，使现场施工和视频监控画面同步、流畅。
4、通过步长算法，对视频画面与BIM画面视角变化时进行误差校准，使物理摄像头和虚拟摄像头的相对坐标一致。
5、本发明突破性的将BIM组件相关的施工数据返填BIM，将BIM组件关联工地数字化资料，有利于项目的回溯并将施工过程以数字化的形式记录。
附图说明
图1是本发明的5G高清视频与BIM模型数字管理***架构图。
图2是本发明所述以地心为圆点的极坐标系中定位物理摄像头位置示意图。
图3是本发明所述实时浏览步骤流程图。
图4是本发明所述影像追溯步骤流程图。
图5是本发明的数据流转示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，本发明所述基于5G视频与BIM的施工管理***，包括下述模块：
云平台模块，通过用户配置的巡检计划，用于控制带有云台的物理摄像头（鹰眼球机、全景球机）按照巡检计划在设定的时间段与频次，对触发事件以设置的PTZ参数，依次定点移动物理摄像头进行全程录制；在巡检过程中，把设定的关键节点的重要数据，以时间为定位点记录并与视频共同存储，形成巡检结构化视频；关键节点的重要数据包括但不限于：定点标题、定格截图、PTZ数据、时间戳、环境传感器值、AI报警事件截图、AI报警数据；
视频管理平台模块，用于为所述NVR、所述物理摄像头提供接入服务，并对接入设备进行管理、在线巡检、录像管理、对外访问的流媒体地址分配；对接入设备进行管理包括增加、删除、改动、查询；
NVR（英文Network Video Recorder的缩写，即网络硬盘录像机）模块，用于将NVR中设定的视频资料在服务器中集中存储，包括但不限于：所述巡检结构化视频、AI事件短视频、生产过程留存回溯视频、安全质量抓拍视频；
BIM轻量化引擎模块，用于把BIM软件制做的大模型（兼容大多数主流格式），通过专用软件转换为自有格式，在信息不失真的前提下，把所述大模型数据量变小，压缩比为7-33%，使其可以在网页和手机中打开展示；
视角同步模块，如图2所示，用于通过GIS设备测量物理摄像头安装位置（A点）的经纬度与高程，在以地心（O点）为圆点的极坐标系中定位物理摄像头位置，并将物理摄像头位置设置到BIM引擎中；当物理摄像头与BIM内视角坐标圆点位置统一后，即两个画面的摄像头坐标圆点统一后，可以该点为圆心操作物理摄像头的云台控制视角变换；通过传入的PTZ参数，转换为BIM的FOV4，结合物理摄像头的空间坐标，配置相应的虚拟摄像头在BIM中所在位置、镜头角度，避免虚拟摄像头穿入BIM内部的问题，以解决虚拟摄像头在没有焦距概念的现状下与物理摄像头的视角一致性；图2中，O：地球球心，A：物理摄像头所在位置，B：OA与地表交点，AB：物理摄像头高程，通过A点经纬度与高程，得到摄像头空间位置。
时间进度模块，用于将施工项目的全周期按照设定的时间段（按月或周）划分为时间片，设定每个所述时间片在BIM中哪些显示、哪些隐藏，以表达施工进度计划，使得上层平台通过传入当前或想查询的时间，得到最相近的施工进度BIM展示；
施工数据关联BIM，用于通过调用所述BIM轻量化引擎模块API，获得用户在BIM中所选择的组件的ID，并将此ID与所述云平台模块中的安全检查数据抓拍图片、影像溯源数据、施工日志、进场材料单据的工地数字化数据资料相关联，实现当用户选择某所述组件后，关联显示与其有关的工地数字化资料。
空间定位计算模块，用于通过所述物理摄像头与BIM虚拟摄像头的步长差算法，校准视频画面与BIM画面视角变化时的误差，并实时获取所述物理摄像头空间定位、角度与焦距信息；然后映射至所述BIM虚拟摄像机，通过空间位置算法计算BIM虚拟摄像机位置与角度，使得真实场景与BIM视角重合，进行真实进度与计划进度对比。
如图5所示，本发明所述施工管理***的管理方法，用户通过实时对比物理摄像头拍摄的施工现场景像，与同视角的相近时间轴的BIM对照，使用户直观的观察施工项目真实进度与计划的差异，以及真实施工情况与BIM的差异；用户通过点击与真实视角同视角的BIM中构件，实时浏览BIM信息与施工设计参数，得到当前及下一步施工过程中需要的设计信息；用户通过影像追溯，了解本时间点施工真实情况与BIM之间异同。
如图3所示，实时浏览步骤如下：
S1.1，用户向所述云平台模块发送控制所述物理摄像头云台调焦指令；
S1.2，云平台模块通过SDK发送控制指令给所述视频管理平台模块；
S1.3，视频管理平台模块通过私有协议控制物理摄像头，物理摄像头执行所述控制指令，控制云台转动和调焦距；
S1.4，云平台模块利用管理内网穿透硬件，通过花生壳服务获得物理摄像头当前PTZ参数；
S1.5，视频管理平台模块拉取物理摄像头画面视频流；
S1.6，云平台模块通过SDK获取视频画面；
S1.7，云平台模块将获取的当前所述PTZ参数通知所述BIM轻量化引擎模块，BIM轻量化引擎模块按照当前PTZ参数调整所述BIM虚拟摄像机角度及焦距；
S1.8，云平台模块获取BIM画面；
S1.8，云平台模块将通过SDK获取视频画面及所述BIM画面同时显示。
如图4所示，所述影像追溯步骤如下：
S2.1，用户选择指定影像追溯的时间；
S2.2，所述云平台模块通过API查询指定时间录像；
S2.3，所述视频管理平台模块调取所述NVR录像；
S2.4，NVR返回录像片段给视频管理平台模块；
S2.5，视频管理平台模块将所述录像片段返回给云平台模块；
S2.6，云平台模块向所述BIM轻量化引擎模块发送用户查时间；
S2.7，BIM轻量化引擎模块将用户所查询时间的进度BIM返回云平台模块；
S2.8，云平台模块为用户展示用户查询时间对应的视频录像及对应进度BIM。
本发明工作原理简述如下：
透传控制：透传控制中心通过透传硬件（花生棒）同摄像头建立连接，调用摄像头提供的接口获得摄像头PTZ参数或通过设置其PTZ参数改变摄像头的云台角度与焦距，得到不同的现场视角。
虚实同步：平台通过摄像头透传控制中心获得选中摄像头的当前PTZ参数，并同步传输给BIM轻量化模型，通过计算展示出同步视角的BIM模型画面。
同视野展示：云平台通过视频管理平台获得选中摄像头的实时流媒体画面，同时通过虚实同步得到同视角的BIM模型画面，将两个画面进行并列显示。
同步云台控制：当用户使用页面中的虚拟操作杆进行云台与焦距的控制时，平台同时通过透传控制中心与BIM轻量化引擎，向真实摄像头与虚拟摄像头发送PTZ变化指令，使两个画面同步变化，以减少画面的反应延迟时间。
异步云台控制：当用户通过其他途径控制摄像头（手机APP、真实摄像头控件等）或在观察虚实结合界面时，其他用户在控制其选中的摄像头进行云台与焦距控制时，云平台通过定时任务，每隔5秒，通过透传中心获得真实摄像头的PTZ参数同步给BIM模型，使用户在此种情况下，也可以观察到接近实时的虚实对比画面。
回溯录像对比：当用户查询真实摄像头存储于视频资料云存储中心的巡检录像时，通过巡检控制中心与视频资料云存储中心，获得当前观察巡检节点的PTZ参数，传递给BIM模型，使用户在查询巡检录像时，也可以获得虚实对比画面。

Claims (5)

1.一种基于5G视频与BIM的施工管理***，其特征在于：包括下述模块：
云平台模块，通过用户配置的巡检计划，用于控制带有云台的物理摄像头按照所述巡检计划在设定的时间段与频次，对触发事件以设置的PTZ参数，依次定点移动所述物理摄像头进行全程录制；在巡检过程中，把设定的关键节点的重要数据，以时间为定位点记录并与视频共同存储，形成巡检结构化视频；所述关键节点的重要数据包括：定点标题、定格截图、PTZ数据、时间戳、环境传感器值、AI报警事件截图、AI报警数据；
视频管理平台模块，用于为所述NVR、所述物理摄像头提供接入服务，并对接入设备进行管理、在线巡检、录像管理、对外访问的流媒体地址分配；对接入设备进行管理包括增加、删除、改动、查询；
NVR模块，用于将NVR中设定的视频资料在服务器中集中存储，包括：所述巡检结构化视频、AI事件短视频、生产过程留存回溯视频、安全质量抓拍视频；
BIM轻量化引擎模块，用于把BIM软件制做的大模型，通过专用软件转换为自有格式，在信息不失真的前提下，把所述大模型数据量变小，压缩比为7-33%，使其可以在网页和手机中打开展示；
视角同步模块，用于通过GIS设备测量物理摄像头安装位置的经纬度与高程，在以地心为圆点的极坐标系中定位物理摄像头位置，并将所述物理摄像头位置设置到BIM引擎中；
时间进度模块，用于将施工项目的全周期按照设定的时间段划分为时间片，设定每个所述时间片在BIM中哪些显示、哪些隐藏，以表达施工进度计划，使得上层平台通过传入当前或想查询的时间，得到最相近的施工进度BIM展示；
施工数据关联BIM，用于通过调用所述BIM轻量化引擎模块API，获得用户在BIM中所选择的组件的ID，并将此ID与所述云平台模块中的安全检查数据抓拍图片、影像溯源数据、施工日志、进场材料单据的工地数字化数据资料相关联，实现当用户选择某所述组件后，关联显示与其有关的工地数字化资料。
2.根据权利要求1所述基于5G视频与BIM的施工管理***，其特征在于：还包括空间定位计算模块，用于通过所述物理摄像头与BIM虚拟摄像头的步长差算法，校准视频画面与BIM画面视角变化时的误差，并实时获取所述物理摄像头方位角、仰角与焦距信息；然后映射至所述BIM虚拟摄像机，通过空间位置算法计算BIM虚拟摄像机位置与角度，使得真实场景与BIM视角重合，进行真实进度与计划进度对比。
3.一种权利要求1所述施工管理***的管理方法，其特征在于：用户通过实时对比所述物理摄像头拍摄的施工现场景像，与同视角的相近时间轴的BIM对照，使得所述用户直观的观察施工项目真实进度与计划的差异，以及真实施工情况与BIM的差异；用户通过点击与真实视角同视角的BIM中构件，实时浏览BIM信息与施工设计参数，得到当前及下一步施工过程中需要的设计信息；用户通过影像追溯，了解本时间点施工真实情况与BIM之间异同。
4.根据权利要求3所述的管理方法，其特征在于：所述实时浏览步骤如下：
S1.1，用户向所述云平台模块发送控制所述物理摄像头云台调焦指令；
S1.2，云平台模块通过SDK发送控制指令给所述视频管理平台模块；
S1.3，视频管理平台模块通过私有协议控制物理摄像头，物理摄像头执行所述控制指令，控制云台转动和调焦距；
S1.4，云平台模块利用管理内网穿透硬件，通过花生壳服务获得物理摄像头当前PTZ参数；
S1.5，视频管理平台模块拉取物理摄像头画面视频流；
S1.6，云平台模块通过SDK获取视频画面；
S1.7，云平台模块将获取的当前所述PTZ参数通知所述BIM轻量化引擎模块，BIM轻量化引擎模块按照当前PTZ参数调整所述BIM虚拟摄像机角度及焦距；
S1.8，云平台模块获取BIM画面；
S1.8，云平台模块将通过SDK获取视频画面及所述BIM画面同时显示。
5.根据权利要求3所述的管理方法，其特征在于：所述影像追溯步骤如下：
S2.1，用户选择指定影像追溯的时间；
S2.2，所述云平台模块通过API查询指定时间录像；
S2.3，所述视频管理平台模块调取所述NVR录像；
S2.4，NVR返回录像片段给视频管理平台模块；
S2.5，视频管理平台模块将所述录像片段返回给云平台模块；
S2.6，云平台模块向所述BIM轻量化引擎模块发送用户查时间；
S2.7，BIM轻量化引擎模块将用户所查询时间的进度BIM返回云平台模块；
S2.8，云平台模块为用户展示用户查询时间对应的视频录像及对应进度BIM。
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