一种基于BIM和VR技术的数字孪生系统的制作方法

一种基于bim和vr技术的数字孪生系统
技术领域
1.本发明属于三维建模技术领域，特别是涉及一种基于bim和vr技术的数字孪生系统，系统采用三维仿真和bim技术，用于展示台站的整体布局、设备运行状态和告警信息，整体使用b/s架构，后端使用java语言开发，采用spring框架，集成缓存、网络处理、安全等模块。


背景技术：

2.台站的运维和监测依靠的是设备实时数据和业务数据，包含发射机、电力、环境等实时数据和告警数据，设备的基本信息和运行维护信息，值班信息和安防信息。通过对数据的采集、处理、存储、分析，将结果存储至数据服务器中，前端使用数据可视化的方式，将数据输出至图表或表格进行呈现。
3.随着数据量的增加和数据种类的多种多样，数据可视化为了实现功能和美观而变得纷繁复杂。主要体现在以下几个方面：
4.1.设备监测效率低：无法灵活调整，数据资源分散管理，无法全局管控。
5.2.运维成本高：各环节数据传递存在延时及可能性差错，值班人员、设备维护人员涉及大量数据，难以协同运维管理。
6.3.事故预警及处理能力不足：故障及报警信息无法精准定位，事故发生后需要人为判断处理，无法进行效果可视化的预警仿真演练。
7.因此，随着用户对台站运维管理的智慧化，实现运行维护人员可以精准把控设备运行状态并及时进行预案处理，打造一套适配智慧台站的数字孪生系统就成了新的主流趋势。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种基于bim和vr技术的数字孪生系统，通过记录台站工程所需机房以及电气设备生成bim三维模型，使用webgl技术，引用babylonjs优化三维处理显示，解决了现有的台站设备监测效率低、运维成本高、事故预警以及处理能力不足的问题。
9.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
10.本发明为一种基于bim和vr技术的数字孪生系统，包括数据层、业务处理层和展示层；所述数据层用于存储台站数据；所述台站数据包括实时数据和业务数据；所述实时数据采用xml格式，由数据平台通过http协议上报；所述业务数据包括设备的基本信息、运行维护信息、值班信息和安防信息；所述业务处理层包括设备业务处理和台站业务处理；所述设备业务处理包括告警联动处理，支持微信通知、电话通知、开关机操作、告警门限获取下发和运行图获取下发；所述台站业务处理包括人员管理、设备设施生命周期、制度流程预案、值班管理、维修管理、检修管理、技术资料管理；所述展示层通过浏览器进行访问，使用webgl技术，引用babylonjs优化三维处理显示。
11.作为一种优选的技术方案，所述实时数据上报的间隔可以自定义；所述实时数据上报时，在后端采用异步并行处理方式来进行多平台多种类数据同时上报；所述实时数据分为结构化数据和非结构化数据；所述结构化数据包括发射机指标、电力指标、烟感、水浸、馈管温度、切换器、卫星接收机以及设备的告警信息；所述非结构化数据包括安防视频数据、调频和中波的音频和数字电视的视频。
12.作为一种优选的技术方案，所述展示层的处理步骤如下：
13.步骤s1：对台站设备进行实测，进行多位置、多角度、多方位的方法模拟台站工程的实际情况；
14.步骤s2：记录台站工程所需机房以及电气设备，并绘制台站工程的cad二维实测图纸；
15.步骤s3：cad二维实测图纸导入bim三维建模工具，并根据控制点坐标，得到bim三维模型；
16.步骤s4：在生成的bim三维模型中加载该环境内的设备指标、状态和告警信息，并添加高亮指示；
17.步骤s5：将生成模型的id与数据库中的设备id进行绑定；
18.步骤s6：利用bim可视化编程工具在bim三维图形工具的基础上，根据三维几何图形算法计算生成导线曲线；
19.步骤s7：运用3dmax工具对bim进行轻量化处理，减少了模型顶点数量，通过模型成组和材质复用，加快了整体加载速度，生成台站工程gim数字模型；
20.步骤s8：规范各类电气设备的数据处理，构建台站工程设备监测系统，进行台电设备状态和运行环境的实时监测、预警和评估功能，形成信息共享平台。
21.作为一种优选的技术方案，所述步骤s1中，台站工程的建立包括可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图阶段和竣工图阶段。
22.作为一种优选的技术方案，所述步骤s3中，cad二维实测素描图导入bim三维建模工具前，需要将实测素描剖面图分图层处理，生成完整的cad实测电气设备图；根据电气设备竣工图确定电缆的连接位置，以同一排为同一编号进行电缆连接，完成导线的连接处理；并根据电气设备编号进行逐一保存，并按照地理坐标确定模型的基点。
23.作为一种优选的技术方案，所述步骤s6中，生成导线曲线是根据三维几何图形算法生成导线的平面投影，根据电气设备之间平面投影线上求出每个设备之间的定位点，利用几何图形相交算法，求出每个导线所属的设备之间的接口，将每个相互连接的接口赋予相同的id，使每个相同id的接口通过生成的导线进行连接。
24.作为一种优选的技术方案，所述步骤s8中，信息共享平台首先加载html页面和js，通过js处理异步加载bim模型数据；所述bim模型数据分为台站正极、机房和设备，通过操作具体设备，可显示该设备运行信息、设备文档及设备的开关机。
25.作为一种优选的技术方案，所述bim模型使用babylonjs引擎进行渲染，对模型进行光源显示和阴影处理，同时支撑旋转移动颜色改变，并叠加地面数字电视的节目内容和安防视频内容。
26.本发明具有以下有益效果：
27.(1)本发明通过记录台站工程所需机房以及电气设备生成bim三维模型，使用
webgl技术，引用babylonjs优化三维处理显示，打造全场景、全要素、全生命周期的智慧台站，统一平台夸部门协作，一站式管控，提升设备监测效率，降低运维成本。
28.(2)本发明通过使用bim行业通用软件revit制作，真实还原台站、机房及设备原型，制作后的模型在3dsmax进行了轻量化处理，减少了模型顶点数量，通过模型成组和材质复用，加快了整体加载速，真实三维渲染效果，让企业管理从内核到对外形象都有量级提升。
29.(3)本发明通过卓越的仿真能力和ai算法，捕捉故障从而提前制定应急预案，在故障发生第一时间进行精准定位并快速响应，实现仿真预警，降低风险。
30.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明的一种基于bim和vr技术的数字孪生系统工作流程图。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.请参阅图1所示，本发明为一种基于bim和vr技术的数字孪生系统，数据层、业务处理层和展示层；数据层用于存储台站数据；台站数据包括实时数据和业务数据；实时数据采用xml格式，由数据平台通过http协议上报；业务数据包括设备的基本信息、运行维护信息、值班信息和安防信息；业务处理层包括设备业务处理和台站业务处理；设备业务处理包括告警联动处理，支持微信通知、电话通知、开关机操作、告警门限获取下发和运行图获取下发；台站业务处理包括人员管理、设备设施生命周期、制度流程预案、值班管理、维修管理、检修管理、技术资料管理；展示层通过浏览器进行访问，使用webgl技术，引用babylonjs优化三维处理显示。
35.实时数据上报的间隔可以自定义；实时数据上报时，在后端采用异步并行处理方式来进行多平台多种类数据同时上报；实时数据分为结构化数据和非结构化数据；结构化数据包括发射机指标、电力指标、烟感、水浸、馈管温度、切换器、卫星接收机以及设备的告警信息；非结构化数据包括安防视频数据、调频和中波的音频和数字电视的视频；
36.数据支持分布式存储，可根据安全等级和性能要求设置多服务器主从备份和集群。
37.展示层的处理步骤如下：
38.步骤s1：对台站设备进行实测，进行多位置、多角度、多方位的方法模拟台站工程的实际情况；
39.步骤s2：记录台站工程所需机房以及电气设备，并绘制台站工程的cad二维实测图纸；
40.步骤s3：cad二维实测图纸导入bim三维建模工具，并根据控制点坐标，得到bim三维模型；
41.步骤s4：在生成的bim三维模型中加载该环境内的设备指标、状态和告警信息，并添加高亮指示；
42.步骤s5：将生成模型的id与数据库中的设备id进行绑定，通过操作具体设备，可显示该设备运行信息，设备文档及设备开关机；
43.步骤s6：利用bim可视化编程工具在bim三维图形工具的基础上，根据三维几何图形算法计算生成导线曲线；
44.步骤s7：运用3dmax工具对bim进行轻量化处理，减少了模型顶点数量，通过模型成组和材质复用，加快了整体加载速度，生成台站工程gim数字模型；
45.步骤s8：规范各类电气设备的数据处理，构建台站工程设备监测系统，进行台电设备状态和运行环境的实时监测、预警和评估功能，形成信息共享平台。
46.步骤s1中，台站工程的建立包括可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图阶段和竣工图阶段。
47.步骤s3中，cad二维实测素描图导入bim三维建模工具前，需要将实测素描剖面图分图层处理，生成完整的cad实测电气设备图；根据电气设备竣工图确定电缆的连接位置，以同一排为同一编号进行电缆连接，完成导线的连接处理；并根据电气设备编号进行逐一保存，并按照地理坐标确定模型的基点。
48.步骤s6中，生成导线曲线是根据三维几何图形算法生成导线的平面投影，根据电气设备之间平面投影线上求出每个设备之间的定位点，利用几何图形相交算法，求出每个导线所属的设备之间的接口，将每个相互连接的接口赋予相同的id，使每个相同id的接口通过生成的导线进行连接。
49.步骤s8中，信息共享平台首先加载html页面和js，通过js处理异步加载bim模型数据；bim模型数据分为台站正极、机房和设备，通过操作具体设备，可显示该设备运行信息、设备文档及设备的开关机。
50.bim模型使用babylonjs引擎进行渲染，对模型进行光源显示和阴影处理，同时支撑旋转移动颜色改变，并叠加地面数字电视的节目内容和安防视频内容。
51.实施例一
52.本发明采用三维仿真和bim技术，展示台站的整体布局、设备运行状态和告警信息。整体使用b/s架构，后端使用java语言开发，版本11，采用spring框架，集成缓存、网络处理、安全等模块。
53.1.数据层
54.台站数据包括设备实时数据和业务数据，实时数据由数据平台通过http协议上报，数据格式为xml，上报间隔可设置。后端采用异步并行处理方式满足多平台多种类数据同时上报。
55.实时数据分为结构化数据包含发射机指标、电力指标、烟感、水浸、馈管温度、切换器、卫星接收机以及设备的告警信息；非结构化数据包含安防视频数据、调频和中波的音
频、数字电视的视频。
56.数据支持分布式存储，可根据安全等级和性能要求设置多服务器主从备份和集群。
57.2.业务处理层
58.设备业务处理包含告警联动处理，支持微信通知、电话通知、开关机操作、告警门限获取下发、运行图获取下发；
59.台站业务包含人员管理、设备设施生命周期、制度流程预案、值班管理、维修管理、检修管理、技术资料管理。
60.3.展示层
61.展示前端通过浏览器访问，使用webgl技术，引用babylonjs优化三维处理显示。
62.前端首先加载html页面和js，通过js处理异步加载模型数据，模型数据分为台站整体、机房、设备。同时加载该环境内的设备指标、状态和告警，并添加颜色高亮指示。模型的id与数据库中的设备id进行绑定，通过操作具体设备，可显示该设备运行信息、设备文档及设备的开关机。
63.本技术文件涉及到的模型部分使用bim行业通用软件revit制作，真实还原台站、机房及设备原型。由于在浏览器显示，制作后的模型在3dsmax进行了轻量化处理，减少了模型顶点数量。通过模型成组和材质复用，加快了整体加载速度。
64.显示部分使用最新的webgl2，并支持webgpu，可充分发掘利用显卡性能。通过babylonjs引擎的渲染，支持各种光源显示和阴影处理，还原真实场景显示。模型支持旋转移动颜色改变，可叠加地面数字电视的节目内容和安防的视频内容。
65.值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
66.另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
67.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。