一种基于GIS+BIM技术的综合管廊运维工作可视化系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于GIS+BIM技术的综合管廊运维工作可视化系统，包括云服务器、人工智能大数据分析服务器、远程操控终端、现场信息采集终端、物联网通讯服务网络，人工智能大数据分析服务器通过物联网通讯服务网络分别与云服务器、远程操控重点、现场信息采集终端连接。其使用方法包括基础数据采集，三维建模，数据监控及数据更新等四个步骤。本发明一方面系统构成结构简单、数据通讯处理能力强，极大的提高了本发明的系统拓展性、兼容性及抗故障能力；一方面可有效满足各类管廊设备日常监控管理作业的需要，监控管理数据获取全面且精度高，并极大的提高了管廊系统日常监管作业数据获取及读取时的灵活性便捷性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种管廊系统监控管理系统及方法，特别是涉及基于GIS+BIM技术的综合管廊运维工作可视化系统及方法。

背景技术

城市综合管廊系统承担了大量城市电力、燃气等动力系统、通讯网络系统、供排水系统等众多城市设备设施安装、运行及管理维护工作，在当前城市建设、规划中发挥这越来越重要的作用，同时也造成了当前的城市管廊系统的结构及功能也越来越复杂，再加之管廊系统均处于较深的密闭地下环境，其内部空间相对较小，不利于大型设备运行同时也造成了无线通讯信号、卫星定位信号均受到了极大的干扰和影响，从而给当前管廊系统的日常监控管理工作造成了极大的不便。

针对这一现状，当前在管廊系统的日常维护管理作业中，基于GIS和BIM三维建模技术在管廊建设和维护中得到发展和应用，如专利申请号为“2018110691324”的“一种基于BIM-GIS的管廊虚拟施工现场构建方法”、专利申请号为“2020104210470”的“一种基于BIM和GIS的地下管廊模型构建方法”等技术，这些技术虽然可以实现对管廊系统建设、设计等工作实现整体三维模型展示，提高了对管廊系统监管作业的的数据监管全面性和数据输出辨识获取的简便性，但当前这些技术或方法一方面对管廊系统受地质结构因素影响、周边环境及建筑物影响缺乏有效的连续监控管理能力；另一方面对管廊系统中工作人员工作状态、管廊系统中各设备运行状态均缺乏及时有效且全面直观的监管能力，因此导致当前管廊系统在日常运行和维护中依然不同程度存在数据监管、获取能力低下、且数据获取精度及全面性差，同时也造成了管廊系统日常管理工作劳动强度大且成本高，无法有效实现对管廊系统进行高效、精确的监管作业。

因此针对这一现状，迫切需要开发一种全新管廊运维工作可视化系统，以满足管廊系统实际运行维护管理作业的需要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种全新的应用于集装箱顶盖的泄爆装置，以克服传统设备在运行中的缺陷，提高设备运行的稳定性、安全性和可靠性。为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种基于GIS+BIM技术的综合管廊运维工作可视化系统，包括云服务器、人工智能大数据分析服务器、远程操控终端、现场信息采集终端、物联网通讯服务网络，其中人工智能大数据分析服务器通过物联网通讯服务网络分别与云服务器、远程操控重点、现场信息采集终端连接，其中远程操控终端为1—3个，各远程操控终端间相互并联，现场信息采集终端若干，各现场信息采集终端间通过物联网通讯服务网络混联。

进一步的，所述的人工智能大数据分析服务器内设基于SOA体系为基础的主程序系统，同时人工智能大数据分析服务器另设基于BIM和GIS为基础的三维信息展示子系统、图像识别处理系统平台子系统、基于AR/VR基础的虚拟现实展示平台子系统及高清视频信号传输子系统，且所述基于BIM和GIS为基础的三维信息展示子系统、图像识别处理系统平台子系统、基于AR/VR基础的虚拟现实展示平台子系统及高清视频信号传输子系统均与基于SOA体系为基础的主程序系统建立数据链接。

进一步的，所述的远程操控终端包括操控平台、智能通讯网关系统、显示器、电子沙盘、虚拟现实现系统，所述操控平台分别与智能通讯网关系统、显示器、电子沙盘、虚拟现实现系统电气连接，且所述显示器、电子沙盘、虚拟现实现系统间通过操控平台相互混联。

进一步的，所述操控平台为基于物联网控制器、可编程控制器中任意一种或两种公用为基础的电路系统。

进一步的，所述现场信息采集终端包括终端数据处理平台、固定数据采集终端、人工移动数据采集终端、被动数据采集终端，所述终端数据处理平台至少两个，各终端数据处理平台间通过物联网通讯服务网络混联，且每个终端数据处理平台均通过物联网通讯服务网络与若干固定数据采集终端、人工移动数据采集终端、被动数据采集终端建立数据连接并构成一个数据采集工作组。

进一步的，所述固定数据采集终端的承载底座、转台机构、CCD监控摄像头、3D扫描摄像头、温湿度传感器、空气质量传感器、红外人体传感器、震动传感器及基于工业单片机的驱动电路，所述承载底座为横断面呈矩形的闭合腔体结构，所述CCD监控摄像头、3D扫描摄像头均一个，通过转台机构与承载底座上端面铰接，且CCD监控摄像头、3D扫描摄像头光轴与水平面呈0°—180°夹角，所述温湿度传感器、空气质量传感器、红外人体传感器、震动传感器均嵌于承载底座外侧面，其中红外人体传感器轴线与CCD监控摄像头、3D扫描摄像头光轴呈0°—45°夹角，所述基于工业单片机的驱动电路嵌于承载底座内，分别与转台机构、CCD监控摄像头、3D扫描摄像头、温湿度传感器、空气质量传感器、红外人体传感器、震动传感器电气连接。

进一步的，所述人工移动数据采集终端为电子巡更系统、穿戴式巡检系统中任意一种。

进一步的，所述的被动数据采集终端为流速流量传感器、液位传感器、电流传感器、电压传感器、COD传感器、pH传感器及浓度触感器中任意一种或几种共用。

一种基于GIS+BIM技术的综合管廊运维工作可视化系统的使用方法，其使用方法包括以下步骤：

S1，基础数据采集，首先通过物联网通讯服务网络实现云服务器、人工智能大数据分析服务器连接，并使云服务器、人工智能大数据分析服务器通过物联网通讯服务网络与市政规划资料库建立数据连接，获取当前管廊系统建设范围周边地表面建筑、管网布局结构、地质结构基础数据信息及城市基础地理信息，同时将管廊系统设计图纸数据带入到城市基础地理信息中，获得当前管廊系统在城市中的定位数据；然后根据管廊系统设计图选定管廊系统结构关节节点位置，然后在关节节点位置处设置信息采集装置，并将各信息采集装置通过物联网通讯服务网络与云服务器、人工智能大数据分析服务器建立数据连接，通过信息采集装置获取管廊系统关节节点参数；

S2，三维建模，完成S1步骤，由云服务器、人工智能大数据分析服务器根据S1步骤获取的当前管廊系统建设范围周边地表面建筑、管网布局结构、地质结构基础数据信息及城市基础地理信息，并通过BIM三维建模系统建立当前管廊系统及其周边城市设施基础三维模型信息数据库，然后通过GIS系统对三维模型信息数据库中各坐标点进行渲染赋值，从而获得当前管廊系统及其周边城市设施整体三维模型信息数据库，最后将各信息采集装置采集的管廊系统关键节点数据通过GIS系统录入到整体三维模型信息数据库中，即可得到管廊系统三维可视数据模型，并通过物联网通讯服务网络发送至远程操控终端输出展示；

S3，数据监控，在完成S2步骤后，将现场信息采集终端的各终端数据处理平台设置在管廊系统控制节点位置处，然后将各固定数据采集终端固定安装在管廊系统顶部、侧壁位置，并将人工移动数据采集终端一方面设置在管廊系统各巡检节点位置处，并为工作人员配备相应的穿戴式巡检设备，最后为管廊系统中的电力、水务、燃气系统配备被动数据采集终端，然后将各固定数据采集终端、人工移动数据采集终端、被动数据采集终端与相应的终端数据处理平台建立数据连接，并使终端数据处理平台通过物联网通讯服务网络与人工智能大数据分析服务器连接建立数据连接，最后由人工智能大数据分析服务器设定数据通讯协议，即可通过固定数据采集终端、人工移动数据采集终端、被动数据采集终端将管廊系统中电力、水务、燃气系统运行状态及管廊内人员工作状态、环境质量进行检测，并将检测数据反馈至S2步骤的管廊系统三维可视数据模型中并进行输出展示，同时另通过云服务器对采集信息进行保存。

S4，数据更新，管廊系统日常运行中，现场信息采集终端以0.5—8小时为周期进行一次数据检测；信息采集装置以12—72小时为周期进行一次数据检测；云服务器、人工智能大数据分析服务器以7—30天为周期进行一次数据检测；并通过检测数据对S2步骤的管廊系统三维可视数据模型进行调整，同时将采集数据保存在云服务器中备用。

进一步的，所述信息采集装置为水平钻探设备及地质雷达中的任意一种。

本发明一方面系统构成结构简单、数据通讯处理能力强，同时具有良好的模块化及集成化能力，从而极大的提高了本发明的系统拓展性、兼容性及抗故障能力，同时有助于降低本发明系统日常管理维护作业及管廊系统日常管理巡检作业的成本及劳动强度；一方面可有效满足各类管廊设备日常监控管理作业的需要，监控管理数据获取全面且精度高，并极大的提高了管廊系统日常监管作业数据获取及读取时的灵活性便捷性，从而极大的提高管廊系统日常维护管理工作的效率和精度，并有助于降低管廊系统维护管理作业的成本及劳动强度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。

图1为本发明系统结构原理示意图；

图2为人工智能大数据分析服务器软件系统原理结构示意图；

图3为远程操控终端结构示意图；

图4为现场信息采集终端结构示意图；

图5为固定数据采集终端结构示意图

图6为本发明数据系统结构原理示意图；

图7为本发明使用方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，以氢气为例进一步阐述本发明。

如图1—4所示，一种基于GIS+BIM技术的综合管廊运维工作可视化系统，包括云服务器1、人工智能大数据分析服务器2、远程操控终端3、现场信息采集终端4、物联网通讯服务网络5，其中人工智能大数据分析服务器2通过物联网通讯服务网络5分别与云服务器1、远程操控重点3、现场信息采集终端4连接，其中远程操控终端3为1—3个，各远程操控终端3间相互并联，现场信息采集终端4若干，各现场信息采集终端4间通过物联网通讯服务网络5混联。

本实施例中，所述的人工智能大数据分析服务器内设基于SOA体系为基础的主程序系统，同时人工智能大数据分析服务器另设基于BIM和GIS为基础的三维信息展示子系统、图像识别处理系统平台子系统、基于AR/VR基础的虚拟现实展示平台子系统及高清视频信号传输子系统，且所述基于BIM和GIS为基础的三维信息展示子系统、图像识别处理系统平台子系统、基于AR/VR基础的虚拟现实展示平台子系统及高清视频信号传输子系统均与基于SOA体系为基础的主程序系统建立数据链接。

同时，所述的远程操控终端3包括操控平台31、智能通讯网关系统32、显示器33、电子沙盘34、虚拟现实现系统35，所述操控平台31分别与智能通讯网关系统32、显示器33、电子沙盘34、虚拟现实现系统35电气连接，且所述显示器33、电子沙盘34、虚拟现实现系统35间通过操控平台31相互混联。

进一步优化的，所述操控平台31为基于物联网控制器、可编程控制器中任意一种或两种公用为基础的电路系统。

本实施例中，所述现场信息采集终端4包括终端数据处理平台41、固定数据采集终端42、人工移动数据采集终端43、被动数据采集终端44，所述终端数据处理平台41至少两个，各终端数据处理平台41间通过物联网通讯服务网络5混联，且每个终端数据处理平台41均通过物联网通讯服务网络5与若干固定数据采集终端42、人工移动数据采集终端43、被动数据采集终端44建立数据连接并构成一个数据采集工作组。

其中，所述固定数据采集终端42的承载底座421、转台机构422、CCD监控摄像头423、3D扫描摄像头424、温湿度传感器425、空气质量传感器426、红外人体传感器427、震动传感器428及基于工业单片机的驱动电路429，所述承载底座421为横断面呈矩形的闭合腔体结构，所述CCD监控摄像头423、3D扫描摄像头424均一个，通过转台机构422与承载底座421上端面铰接，且CCD监控摄像头423、3D扫描摄像头424光轴与水平面呈0°—180°夹角，所述温湿度传感器425、空气质量传感器426、红外人体传感器427、震动传感器428均嵌于承载底座外侧面，其中红外人体传感器427轴线与CCD监控摄像头423、3D扫描摄像头424光轴呈0°—45°夹角，所述基于工业单片机的驱动电路429嵌于承载底座421内，分别与转台机构422、CCD监控摄像头423、3D扫描摄像头424、温湿度传感器425、空气质量传感器426、红外人体传感器427、震动传感器428电气连接。

同时，所述人工移动数据采集终端43为电子巡更系统、穿戴式巡检系统中任意一种。

此外，所述的被动数据采集终端44为流速流量传感器、液位传感器、电流传感器、电压传感器、COD传感器、pH传感器及浓度触感器中任意一种或几种共用。

如图5所示，一种基于GIS+BIM技术的综合管廊运维工作可视化系统的使用方法，其使用方法包括以下步骤：

S1，基础数据采集，首先通过物联网通讯服务网络实现云服务器、人工智能大数据分析服务器连接，并使云服务器、人工智能大数据分析服务器通过物联网通讯服务网络与市政规划资料库建立数据连接，获取当前管廊系统建设范围周边地表面建筑、管网布局结构、地质结构基础数据信息及城市基础地理信息，同时将管廊系统设计图纸数据带入到城市基础地理信息中，获得当前管廊系统在城市中的定位数据；然后根据管廊系统设计图选定管廊系统结构关节节点位置，然后在关节节点位置处设置信息采集装置，并将各信息采集装置通过物联网通讯服务网络与云服务器、人工智能大数据分析服务器建立数据连接，通过信息采集装置获取管廊系统关节节点参数；

S2，三维建模，完成S1步骤，由云服务器、人工智能大数据分析服务器根据S1步骤获取的当前管廊系统建设范围周边地表面建筑、管网布局结构、地质结构基础数据信息及城市基础地理信息，并通过BIM三维建模系统建立当前管廊系统及其周边城市设施基础三维模型信息数据库，然后通过GIS系统对三维模型信息数据库中各坐标点进行渲染赋值，从而获得当前管廊系统及其周边城市设施整体三维模型信息数据库，最后将各信息采集装置采集的管廊系统关键节点数据通过GIS系统录入到整体三维模型信息数据库中，即可得到管廊系统三维可视数据模型，并通过物联网通讯服务网络发送至远程操控终端输出展示；

S3，数据监控，在完成S2步骤后，将现场信息采集终端的各终端数据处理平台设置在管廊系统控制节点位置处，然后将各固定数据采集终端固定安装在管廊系统顶部、侧壁位置，并将人工移动数据采集终端一方面设置在管廊系统各巡检节点位置处，并为工作人员配备相应的穿戴式巡检设备，最后为管廊系统中的电力、水务、燃气系统配备被动数据采集终端，然后将各固定数据采集终端、人工移动数据采集终端、被动数据采集终端与相应的终端数据处理平台建立数据连接，并使终端数据处理平台通过物联网通讯服务网络与人工智能大数据分析服务器连接建立数据连接，最后由人工智能大数据分析服务器设定数据通讯协议，即可通过固定数据采集终端、人工移动数据采集终端、被动数据采集终端将管廊系统中电力、水务、燃气系统运行状态及管廊内人员工作状态、环境质量进行检测，并将检测数据反馈至S2步骤的管廊系统三维可视数据模型中并进行输出展示，同时另通过云服务器对采集信息进行保存。

S4，数据更新，管廊系统日常运行中，现场信息采集终端以0.5—8小时为周期进行一次数据检测；信息采集装置以12—72小时为周期进行一次数据检测；云服务器、人工智能大数据分析服务器以7—30天为周期进行一次数据检测；并通过检测数据对S2步骤的管廊系统三维可视数据模型进行调整，同时将采集数据保存在云服务器中备用。

进一步优化的，所述信息采集装置为水平钻探设备及地质雷达中的任意一种。

本发明在具体实施中，根据数据处理、操控及采集，本发明划分为应用层、平台层及感知层，其中本发明中的云服务器、人工智能大数据分析服务器为后台程序，并属于平台层；各远程操控终端属于应用层；各现场信息采集终端属于感知层，从而构成本发明的数据结构分布。

此外本发明在运行中，所述物联网通讯服务网络采用C/S结构和B/S结构的嵌套架构中的任意一种或两种公用。

本发明一方面系统构成结构简单、数据通讯处理能力强，同时具有良好的模块化及集成化能力，从而极大的提高了本发明的系统拓展性、兼容性及抗故障能力，同时有助于降低本发明系统日常管理维护作业及管廊系统日常管理巡检作业的成本及劳动强度；一方面可有效满足各类管廊设备日常监控管理作业的需要，监控管理数据获取全面且精度高，并极大的提高了管廊系统日常监管作业数据获取及读取时的灵活性便捷性，从而极大的提高管廊系统日常维护管理工作的效率和精度，并有助于降低管廊系统维护管理作业的成本及劳动强度。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。