使用三维模型动态展示橡胶坝偏移和形变的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及橡胶坝监控领域，尤其涉及一种使用三维立体模型动态展示橡胶坝偏 移和形变的方法。 技术背景
[0002] 橡胶坝的安全运行是使用与管理方工作的重点也是难点。橡胶坝的震动位移及坝 袋升起高度是用户迫切需求的安全观测，橡胶坝范围比较广，观测人员站在高位需要借助 各种工具才能看清楚远处的坝体是否有异常，而且受天气和角度的影响，不能够全面清晰 的观察坝体。
[0003] 全国橡胶坝现存量估计超过5000座，大都处于人工操控和目测阶段，无法实现橡 胶坝溢流高度、坝袋振动、位移和坝袋高度等的三维展示，对橡胶坝自动化使用程度及信息 化安全管理仍然比较落后，橡胶坝安全事故不断出现。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是解决上述问题，提供一种使用三维模型动态展示橡胶坝偏移和 形变的系统及方法，该系统及方法针对橡胶坝的安全运行，三维展示橡胶坝溢流高度、坝袋 振动、位移和坝袋高度，能够对橡胶坝的运行状况进行在线监测和安全预警。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种使用三维模型动态展示橡胶坝偏移和形变的系统，包括：设置在橡胶坝各处 的若干种不同的数据采集设备、前端控制机、展示平台和三维橡胶坝水库模型；
[0007] 若干数据采集设备分别与前端控制机进行通信，前端控制机与展示平台进行通 信，展示平台通过接口协议与三维橡胶坝水库模型进行通信；
[0008] 前端控制机将接收到的数据传递给展示平台，再由展示平台通过接口协议将数据 传递给三维橡胶坝水库模型。
[0009] 所述三维橡胶坝水库模型包括：
[0010] 根据在橡胶坝水库拍摄的照片和录像，通过三维软件分别建立橡胶坝坝袋模型、 坝前水位、坝后水位、溢流水位和坝基的三维模型，将上述各三维模型拼接成一个完整的三 维橡胶坝水库模型。
[0011] -种使用三维模型动态展示橡胶坝偏移和形变的方法，包括以下步骤：
[0012] 步骤1 :分别建立橡胶坝坝袋、坝前水位、坝后水位、溢流水位和坝基的三维模型， 将上述各三维模型拼接成一个完整的三维橡胶坝水库模型；
[0013] 步骤2 :编写橡胶坝坝袋、坝前水位、坝后水位、溢流水位的三维模型的脚本程序；
[0014] 步骤3 :定义三维橡胶坝水库模型与展示平台的接口协议；
[0015] 步骤4 :三维橡胶坝水库模型接收展示平台传递的橡胶坝水库相关信息，并根据 接收到的信息对各三维模型进行变形或偏移调整；
[0016] 步骤5 :在展示平台上动态显示三维橡胶坝水库动态变形和偏移状况；
[0017] 所述步骤2的具体方法为：
[0018] 分别为橡胶坝坝袋模型、坝前水位、坝后水位、溢流水位模型编写脚本，由于一个 橡胶坝是由多组坝袋坝基组成，所以需要制作多组模型，每一组模型都包括坝袋模型、坝前 水位模型、坝后水位模型和溢流水位模型，再根据实际橡胶坝水库中坝袋的前后顺序在脚 本程序中为不同组的模型设定不同的ID编号。
[0019] 所述步骤4的具体方法为：
[0020] 展示平台将接收到的坝前水位、坝后水位、坝袋高度、坝袋内外压比、溢流水位、水 流速度信息、坝袋振幅和坝袋振动频率数据传递给三维橡胶坝水库模型，三维橡胶坝水库 模型中的各个组成模型根据传递过来的参数进行相应的形变或偏移。
[0021] 三维橡胶坝水库模型中的各个组成模型的形变或偏移具体为：
[0022] 橡胶坝坝袋三维模型：根据接收到的坝袋高度和坝袋内外压比后分别计算上游坝 袋贴地长度、上游坝面弧长、下游坝袋贴地长度和下游坝面弧长的参数数据，橡胶坝坝袋模 型根据计算得到的参数数据进行相应的变形；
[0023] 坝前水位模型：根据接收到的坝前水位数据上升或下降到相应的米数；
[0024] 坝后水位模型：根据接收到的坝后水位数据上升或下降到相应的米数；
[0025] 溢流水位模型：根据接收到的溢流水位数据上升或下降到相应的米数。
[0026] 坝前水位高度和水流速度对坝袋的偏移量呈正比，将坝前水位高度和水流速度设 为六个档位，橡胶坝坝袋模型根据预先设定的档位进行相应的偏移。
[0027] 根据接收到的坝袋高度讯）和坝袋内外压比（a。）分别计算上游坝袋贴地长度、上 游坝面弧长、下游坝袋贴地长度和下游坝面弧长的参数数据的具体方法为：
[0028] 上游坝袋贴地长度n:
[0036] 其中，F(k，3i/2)0、E(k，Ji/2)分别为第一、第二类完全椭圆积分。
[0037] 根据上游坝袋贴地长度、上游坝面弧长、下游坝袋贴地长度和下游坝面弧长四个 参数数据橡胶坝坝袋模型进行相应的变形。
[0038] 再根据上传数据中坝袋振幅和坝袋振动频率对橡胶坝坝袋模型进行动态前后上 下摆动和摆动频率控制；
[0039] 橡胶坝坝袋模型的高度根据接收到坝袋高度（氏）上升或下降相应的米数。
[0040] 所述步骤5中，三维橡胶坝水库模型根据各项参数进行形变后，与坝基模型重新 组合成三维橡胶坝水库模型，并在展示平台的三维窗口实时显示三维橡胶坝水库模型的动 态变化；
[0041] 对坝前水位、溢流水位高度、坝袋振幅和坝袋振动频率的数据预先设定预警值和 告警值，当实际数据超出预警值和告警时会提示相应的告警信号，当有告警时，三维橡胶坝 水库模型在相应的地方用醒目的标识提示告警。用户可以在窗口中实时查看三维橡胶坝水 库的动态变化，达到实时监控实时查看的目的，而且可以清晰的看到每个坝体的变化。
[0042] 本发明的有益效果是：
[0043] 通过本发明的实施，建立了动态实时变化的三维橡胶坝水库，在可视窗口中实时 监控查看每个橡胶坝坝袋及水位的变化，能够完全替代人工户外巡检，观测也不再受天气 或角度的影响，可以全方位的查看橡胶坝的运行状况，有效避免危险情况发生，有效的提高 工作效率。
【附图说明】
[0044] 图1为发明使用三维模型动态展示橡胶坝偏移和形变的系统数据传递示意图；
[0045] 图2为本发明使用三维建模技术建立三橡胶坝水库模型示意图；
[0046] 图3为本发明使用三维立体模型动态展示橡胶坝偏移和形变的方法示意图。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0048] 如图1所示，一种使用三维模型动态展示橡胶坝偏移和形变的系统，包括：设置在 调节闸和橡胶坝各处的若干种不同的数据采集设备、前端控制机、展示平台和三维橡胶坝 水库模型；
[0049] 若干数据采集设备分别与前端控制机进行通信，前端控制机与展示平台进行通 信，展示平台通过接口协议与三维橡胶坝水库模型进行通信；
[0050] 前端控制机将接收到的数据传递给展示平台，再由展示平台通过接口协议将数据 传递给三维橡胶坝水库模型。
[0051] 前端控制机是系统数据采集、控制处理的前置系统，为展示平台提供监控终端的 监控数据，用来更新数据库和设备状态，并将展示平台的控制操作传递给相应的监控设备。
[0052] 使用三维建模技术建立三橡胶坝水库模型，如图2所示，包括以下步骤：
[0053] 1、拍摄水库实景照片：实地拍摄的实际水库和周围环境的照片和拍摄视频；
[0054] 2、根据在橡胶坝水库拍摄的照片和录像，使用3DMAX软件建立三维模型，所述三 维模型包括：橡胶坝坝袋模型、坝前水位模型、坝后水位模型、溢流水位模型和坝基模型； 在另外一些实施方式中，还包括水库周边绿化带模型；
[0055] 其中坝基、水库周边绿化带为固定模型，其他为需要变形的模型。
[0056] 3、将制作完成的各种模型拼接成一个完整的三维橡胶坝水库效果图。
[0057] 为橡胶坝坝袋、坝前水位、坝后水位和溢流水位模型编写脚本，由于一个橡胶坝是 由多组坝袋坝基组成，所以需要制作多组模型，每一组都包括坝袋模型、坝前水位模型、坝 后水位模型和溢流水位模型，再根据实际橡胶坝水库中坝袋的前后顺序在脚本程序中为不 同组