专利名称：基于物联网和3d gis的公路隧道智能检修管理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括公路隧道检修装置的智能集中化管理系统，所述公路隧道检修装置包括隧道智能检修车和隧道智能检修机器人。
背景技术：
我国交通基础建设日趋推进，隧道的保有量也逐渐增大，现今隧道中各种设备五花八门，其使用寿命、价格等参数在同一类型的产品中也可能存在差异。如果所有的设备备品均需人工进行管理，就此付出的成本无疑是巨大的，其工作效率也不尽如人意。发明内容
本发明意在提供一种基于物联网和3D GIS的公路隧道智能检修管理系统，以解决现有技术中人工管理成本高，效率低的问题。
本发明的目的可以通过以下措施来达到本方案中的基于物联网和3D GIS的公路隧道智能检修管理系统，其特征是包括上位机、备品库、现场检修装置和下位机，上位机设有3D GIS工作模块，备品库和现场检修装置中均设有下位机，下位机设有用于识别备品身份的信息采集装置，上位机与下位机通讯连接。
所述通讯连接可以是通过电缆进行物理连接，也可以是通过无线电、微波、蓝牙、 红外等各种无线的方式进行信息上的传输连接。方案中需通讯连接的设备均能实现数据的 AD转换、编码、解码等一系列的处理工作。
所述信息采集装置可以采用RFID、视频识别、红外、激光、扫描等各种可以识别备品的技术方案。上位机可以随时监控备品的位置信息，了解备品究竟是在库存中、送修途中、工作位置中……上位机还可以监控一备品的工作使用情况，监视其安装、卸载时间以得出其工作寿命，综合其价格计算出生命期综合使用性能、性价比等参数，为备品的采购和使用提供数据支撑。下位机可以通知上位机安排备品的配送工作，籍以提高工作的效率。
此方案以物联网的形式进行备品的管理，节省了人工，提高了工作效率，减少了运营成本。上位机为管理全局的云计算平台、管理局部区域的监控数据中心服务器，可以是多种型式的互联网终端。
下位机设有看门狗电路确保在线可控，亦可执行远程关机、WOL网络唤醒等功能以保证节能效果。下位机可以是任何接入计算机网络的设备普通电脑、显示器、手机、导航仪、虚拟现实交互套件(数据手套、头盔，可远程遥控培训隧道机器人学习各种检修劳动程序)、检修车、智能巡逻检修机器人等等，可以设软件按用户级别授权访问相关数据。
进一步所述信息采集装置是RFID识别装置，备品库中设有与上位机通讯连接的 RFID标示装置。
RFID标示装置用于在备品上加入RFID标示，如RFID标签粘贴机、RFID芯片植入机等，以便下位机上的RFID识别装置可以正常的进行识别。
进一步所述备品库包括中心库、服务区库、应急停车带中转库和移动检修库。
一地区设一中心库，其下设两个以上的服务区库为多个隧道服务，一隧道可设一个或两个服务区库，隧道内可设多个应急停车带中转库，所述应急停车带中转库也可为设在隧道内其他不占用行车道的位置。移动检修库在隧道中可移动，可按需要移动至需更换备品的位置进行检修工作。上述的备品库基本呈树状管理结构。
进一步所述上位机设有3D GIS系统。
上位机管理隧道三维地理信息系统，即3D GIS系统(3D geographic information system)所述3D GIS系统由计算机网络、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形用户界面及监控管理中心人员组成，可以随时监控隧道任意设施的状态。
进一步所述现场检修装置是隧道检修车。
进一步中心库内设有RFID标示装置，中心库、服务区库、应急停车带中转库和移动检修库均设有下位机，所述中心库、服务区库和应急停车带中转库中的下位机与上位机通讯连接，隧道检修车上设的下位机通过移动无线通讯装置与应急停车带中转库设有的固定无线通讯装置通讯连接，所述固定无线通讯装置与上位机通讯连接。
隧道检修车由于工作条件的限制，不便使用有线式通讯连接，其工作信息采用无线传输至应急停车带中转库再中转至上位机，如隧道内条件特殊不便于无线传输，还可通过添设信号中转装置的方式加以解决。
进一步还包括用于运输隧道检修车的运载母车和用于在各库间移送备品的补给配送车。
某些特殊结构的隧道检修车不便于进行长途移动，可通过运载母车进行转移，补给配送车沿公路隧道网络巡回分发新品，回收旧品。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明 图1为本发明实施例的示意图。
具体实施方式
下述方案中公知的具体结构及特性在此不再阐述。如图1所示某地区设有一中心库1，其为两条隧道21和22提供服务，隧道21和22的各设有一服务区库31和32。隧道中每个紧急停车道就设有一个应急停车带中转库4。隧道内工作有隧道检修车5，两条隧道内各配置均相同。
中心库1内设有上位机服务器11和RFID标示装置12，中心库、服务区库、应急停车带中转库和移动检修库均设有下位机，所述的下位机是台式计算机，下位机上设有RFID 识别模块，所述中心库、服务区库和应急停车带中转库中的下位机与上位机通过电缆6连接，隧道检修车上设的下位机为车载式计算机，其通过移动无线通讯装置与应急停车带中转库设有的固定无线通讯装置(可为无线AP)通讯连接，所述无线AP与上位机通过电缆通讯连接，隧道检修车上还设有RFID识别模块用于识别备件身份。
按照已建成的公路规划设计图来安装部署本管理系统，支持跨平台(多种云计算及实时同步热备份、服务器集群、操作系统、数据库、应用服务及客户端)、多个企业(物联网总部、公路区域)。4
更具体的来说，本系统包括了以下方面的内容1系统总目录管理上位机维护系统总体目录信息数据库(系统配置参数，除用户、用户组、计算机、域、组织单位(OU)以及安全策略等传统网络基础设施信息外，还包括物联网总部及监控管理分中心、隧道工程项目及物流配送资源等的注册表) 2新建目录项目 2.1项目基础信息数据库按项目类型(管理中心、隧道工程及物流配送资源…)基础信息库模板分别建立实例库并更新注册表目录。
例如，隧道工程基础信息数据库包含所属道路网名称、具体位置里程桩号、技术等级、管理单位、建设结构参数、下位机网络地址等信息……。
例如，中心耗材备件仓库的基础信息数据库包含服务区域、耗材备件目录、合格供应商目录……。
2. 2项目相关物联网和3D GIS数据库2. 2. 1预制各种隧道物联网实体物品的3D数字模型数据库特征值集用于现场图像实体目标比对识别定位管理，3D数字模型用于3D GIS附属物图层展示叠加。对于隧道建筑物病害，无具体规范的实体模型，只有一些可供比对的参考特征值集，展示时以当时实况图像背景+指示标注。
最便捷的方案为利用原产品实际工程图纸的电子文档导入，无法获得图纸时可用三坐标测量机实测录入，再转换编辑成物品的3D数字模型数据库，抽取识别特征值集。
三坐标测量机，英文Coordinate Measuring Machining，缩写CMM，它是指在三维可测的空间范围内，能够根据测头系统返回的点数据，通过三坐标的软件系统计算各类几何形状、尺寸等测量能力的仪器，又称为三坐标测量仪或三坐标量床。
2. 2. 2 预制3D背景图底图及各种物联网设施属性图层对新纳入本系统管理的隧道，先要确认物联网络基础设施已安装部署到位。
新隧道3D GIS图库采编操作管理人员远程控制隧道智能巡逻检修机器人，启动检修车回到新隧道原点后复位里程计数表，勻速移动直至隧道终点，采集沿途3D影像毛片和高清照片、预处理隧道未经技术处理过的全息原图/滤波去除背景干扰和噪声、编码、传输、比对识别各种物联网设施+RFID读写(获取被测设施RFID信息，通过对图像分割和计算各种特征量的分析处理，再比对物品的3D数字模型数据库，模型匹配判断图像中是否存在符合某类特征值集的实体，若有则再识别出它的3D坐标位置、测量记录实际状态属性)、人工监视、辅助干预编辑纠错漏(由于光线、照度、尘埃、视角、色彩、抖动、光圈、聚焦、快门、分辨率等影响，难免图像识别准确率<100%时，设施原RFID标签损坏则现场补贴)、完善记录、 存储入3D GIS背景图库和施属性图层库等流水化作业。
为了全方位观察隧道现场，配置多套影像装置，前后左右上下多视角，也许都用3D 高清成本太高，有些可用普通摄像头且不设云台。
对于隧道建筑物病害，由于缺RFID标签，首次建库仅以图像识别指示、提醒人工确认标注，后期智能巡逻检修时可参考原图库，通过现场图像比对进行异常检测报告，为了准确清晰地识别隧道壁裂纹之类病害状况，可用超高清晰数码相机近距/微距拍摄重点部位图片。
采编完成后再由复核/审核管理人员全程浏览回放3D GIS图库以确认，最后远程控制隧道智能巡逻检修机器人现场实际使用验证无误，存档共享，授权使用。
3使用目录项目数据库中已存在的项目可共享打开使用。
Web地图服务Web地图服务(WMS)利用具有地理空间位置信息的数据制作地图。其中将地图定义为地理数据可视的表现。这个规范定义了三个操作=GetCapabitities返回服务级元数据，它是对服务信息内容和要求参数的一种描述；GetMap返回一个地图影像，其地理空间参考和大小参数是明确定义了的；Geti^atureInfo (可选)返回显示在地图上的某些特殊要素的 fn息Web要素服务Web地图服务返回的是图层级的地图影像，Web要素服务(WFS)返回的是要素级的 GML编码，并提供对要素的增力卩、修改、删除等事务操作，是对Web地图服务的进一步深入。 OGC Web要素服务允许客户端从多个Web要素服务中取得使用地理标记语言(GML)编码的地理空间数据，其定义了五个操作=GetCapabilites返回Web要素服务性能描述文档 (用XML描述)；DescribeFeatureType返回描述可以提供服务的任何要素结构的XML文档；GetFeature为一个获取要素实例的请求提供服务；Transaction为事务请求提供服务； LockFeature处理在一个事务期间对一个或多个要素类型实例上锁的请求。
Web覆盖服务Web覆盖服务(WCS)面向空间影像数据，它将包含地理位置值的地理空间数据作为 “覆盖(COverage)”在网上相互交换。网络覆盖服务由三种操作组成=GetCapabilities, GetCoverage 和 DescribeCoverageType。GetCapabilities 操作返回描述服务和数据集的 XML文档。网络覆盖服务中的GetCoverage操作是在GetCapabilities确定什么样的查询可以执行、什么样的数据能够获取之后执行的，它使用通用的覆盖格式返回地理位置的值或属性。DescribeCoverageType操作允许客户端请求由具体的WCS服务器提供的任一覆盖层的完全描述。
上述的Web地图服务、Web要素服务、Web覆盖服务三个规范既可以做为Web服务的空间数据服务规范，又可以做为空间数据的互操作实现。只要某一个GIS软件支持这个接口，部署在本地服务器上，其他GIS软件就可以通过这个接口得到所需要的数据。从技术实现的角度，可以将Web服务理解为一个应用程序，它向外界暴露出一个能通过Web进行调用的接口，允许被任何平台、任何系统，用任何语言编写的程序调用。这个应用程序可以用现有的各种编程语言实现。Web服务最大的特点是可以实现跨平台、跨语言、跨硬件的互操作，正是Web服务中的SOAP、WSDL和UDDI保证了 Web服务的跨平台互操作的特性，所以， 如何使用SOAP、WSDL和UDDI来部署、描述、传输和注册一个Web服务是实现Web服务的关键。由于SOAP、WSDL和UDDI是一套标准，不同的厂商可以有实现这些标准的不同产品，例如SUN、APACHE、IBM、Borland等公司推出的基于JAVA平台的Web服务工具包，以及微软提出的.NET平台等，这些工具为实现Web服务的开发、部署、描述提供了方便的工具，极大的降低了开发Web服务的复杂度。
3. 1实时观看/回放展示/虚拟现实交互操作观察已打开的项目，可以选择现场传回的实时信号，也可从档案库调阅某历史时段的数据记录，不同历史时段的数据可比较显示，例如照明灯生命周期内的发光效率衰变规律、 隧道壁病害扩展/裂纹生长趋势、旱季雨季漏水状况之类，供维修养护规划决策。
除传统2D显示屏幕窗口外，本系统特有3D GIS图库须3D显示器方能全功能展现真实场景，如光阀眼镜、三维投影仪、头盔显示器。
虚拟现实交互操作包括紧急异常事故时遥控隧道智能检修机器人，以及日常工作中远程培训新隧道智能检修机器人完成多种多样的隧道检修任务并记录固定程序动作范例，例如各种隧道监控传感器的标定、隧道壁病害修复、设备设施更换等标准程序动作。
3. 2物联网物品管理所有设施和物品一般都有(已工程规划设计)订货、仓储、配送、安装、消费使用、检修、 更换拆卸、回收报废等物流过程。
所有设施和物品都通过RFID标签化，在供应链全过程中使用RFID技术，对叉车、 运输车辆等设备配备GPS定位的方式进行实时的追踪、监控这些设备的生产运作使用情况，从商品的生产完成到到最终使用后报废，商品在整个供应链上的分布情况以及商品本身的信息，都完全可以实时、准确地反映在企业的信息系统中，确保供应链的可视性，使得整个供应链和物流管理过程都将变成一个完全透明的体系。快速、实时、准确的信息使得企业乃至整个供应链能够在最短的时间内对复杂多变的市场做出快速的反应，提高供应链对市场变化的适应能力。RFID提供准确、实时的物流信息采集、信息处理的自动化；商品实物运动等操作环节的自动化，如分拣、搬运、装卸、存储等；管理和决策的自动化乃至智能化， 如库存管理实时掌握商品的库存信息，从中了解每种商品的需求模式及时进行补货即供应商管理+自动生成订单，有效降低库存水平、优化配送线路。
3. 3查询/统计/报表与传统管理信息系统的普通数据库不同之处在于，本系统使用3D GIS数据库，内容有 3D形式，如突发异常事件现场、故障物品外貌、隧道建筑物病害等。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说， 在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
权利要求
1.基于物联网和3DGIS的公路隧道智能检修管理系统，其特征是包括上位机、备品库、现场检修装置和下位机，上位机设有3D GIS工作模块，备品库和现场检修装置中均设有下位机，下位机设有用于识别备品身份的信息采集装置，上位机与下位机通讯连接。
2.根据权利要求1所述的基于物联网和3DGIS的公路隧道智能检修管理系统，其特征是所述信息采集装置是3D摄像和RFID识别装置，备品库中设有与上位机通讯连接的 RFID标示装置。
3.根据权利要求2所述的基于物联网和3DGIS的公路隧道智能检修管理系统，其特征是所述备品库包括中心库、服务区库、应急停车带中转库和移动检修库。
4.根据权利要求3所述的基于物联网和3DGIS的公路隧道智能检修管理系统，其特征是所述上位机设有3D GIS系统。
5.根据权利要求1-4中任一所述的基于物联网和3DGIS的公路隧道智能检修管理系统，其特征是所述现场检修装置是隧道检修车。
6.根据权利要求5所述的基于物联网和3DGIS的公路隧道智能检修管理系统，其特征是中心库内设有RFID标示装置，中心库、服务区库、应急停车带中转库和移动检修库均设有下位机，所述中心库、服务区库和应急停车带中转库中的下位机与上位机通讯连接，隧道检修车上设的下位机通过移动无线通讯装置与应急停车带中转库设有的固定无线通讯装置通讯连接，所述固定无线通讯装置与上位机通讯连接。
7.根据权利要求6所述的基于物联网和3DGIS的公路隧道智能检修管理系统，其特征是还包括用于运输隧道检修车的运载母车和用于在各库间移送备品的补给配送车。
全文摘要
本发明意在提供一种基于物联网和3D GIS的公路隧道智能检修管理系统，以解决现有技术中人工管理成本高，效率低的问题。本发明的目的可以通过以下措施来达到本方案中的基于物联网和3DGIS的公路隧道智能检修管理系统，其特征是包括上位机、备品库、现场检修装置和下位机，备品库和现场检修装置中均设有下位机，下位机设有用于识别备品身份的信息采集装置。可以大幅度提供整个检修流程的工作效率。
文档编号G05B19/418GK102541022SQ201210016538
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者周进川, 孔令云, 张立强, 李关寿, 李吉雄, 李川, 王志美, 陈天泉 申请人:重庆市鹏创道路材料有限公司