一种基于UE技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统与流程

本发明涉及水利工程运行管理，具体为一种基于ue(虚幻引擎)技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统。

背景技术：

1、水库大坝是国民经济的重要基础设施，是调控水资源时空分布和优化水资源配置重要的工程措施。建造水利水电工程是改造自然、开发利用水资源的重大举措，能为社会带来巨大的经济效益和社会效益。

2、但是，随着经济与社会的发展，城市化进程加快、人口与财产高度集中，这种紧密的经济结构有其脆弱的一面，难于承受水利水电工程设施失效的影响。作为国民经济的基础产业之一，水利水电工程工作性状失常，会直接影响其经济收益，而工程一旦失事，将给社会带来巨大的生命财产损失和人为的灾害，严重时甚至会形成社会问题和环境问题。因此，应从社会、环境、经济等全局利益出发，高度重视水工程安全。对于大型、复杂的水利水电工程，除采取及时有效的工程措施外，布设完善、先进的安全监测系统、及时埋设监测设施进行监测并对监测成果进行及时分析和反馈，是工程安全施工和动态设计的重要保障。

3、大坝安全监测系统有多种数据展示形式，而在现有的大坝安全监测系统中，存在一维数据图表展示不够直观、二维平面展示缺乏空间立体感、简单三维展示精细程度较低的问题，无法满足大坝安全监测精细化管理的要求。

4、针对传统大坝安全监测系统场景化展示水平较低、精细化管理能力不足的问题，本次发明了一种基于ue技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于ue技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统，具备在传统水库大坝安全监测系统的基础上强化工程安全可视化，提升灾害预警能力，实现工程三维可视、状态可查可控，守住安全底线，保障水库综合效益的有益效果，解决了上述背景技术中所提到的在现有的大坝安全监测系统中一维数据图表展示不够直观、二维平面展示缺乏空间立体感、简单三维展示精细程度较低、无法满足大坝安全监测精细化管理要求的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种基于ue技术的三维沉浸式大坝安全监测方法，

3、包括以下步骤：

4、步骤一、利用监测设备感知大坝安全监测要素数据，再利用通信链路将监测设备感知获取的大坝安全监测要素数据传输至数据平台，最后在数据平台中将通过通信链路传输的大坝安全监测要素数据存入标准的数据库表中；

5、步骤二、分析大坝设计资料和历史监测数据，设定大坝安全预警阈值，再将步骤一获取的大坝安全监测要素数据与预设的大坝安全预警阈值进行对比分析，得到大坝安全监测预警结果；

6、步骤三、利用dem(数字高程模型)数据和点云数据还原真实地形，叠加卫星遥感图像还原真实地貌，导入bim模型并与传感监测信息匹配，利用倾斜摄影信息和实景拍摄信息制作pbr材质，；

7、步骤四、结合步骤一至步骤三，利用ue引擎进行场景构建，形成一个融合gis、高程、bim模型的高拟真虚拟流域场景的三维沉浸式的大坝安全监测应用系统。

8、步骤一具体流程为：

9、(1)、利用监测设备感知大坝安全监测要素数据，所述大坝安全监测要素数据包括环境量、变形、渗流、应力应变和地震五大类；

10、(2)、利用通信链路将监测设备感知获取的大坝安全监测要素数据传输至数据平台；

11、(3)、在数据平台中将通过通信链路传输的监测要素数据存入标准的数据库表中，所述数据库表包括监测站点信息库、监测设备信息库、监测巡查路线库、监测时序数据库。

12、步骤三具体流程为：

13、(1)、通过dem数据和点云数据获取到场景地形的高程数据还原真实地形；

14、(2)、根据真实地理范围数据精确采集卫星遥感图像赋予地形真实地貌；

15、(3)、导入大坝模型和设备模型，通过建立三维场景与bim模型数据链接接口，传输bim模型数据信息至三维场景中并与传感监测信息匹配；

16、(4)、根据专业倾斜摄影测绘模型信息以及实景拍摄信息，在三维场景中制作pbr材质；

17、(5)、整合步骤(1)至(5)得到的素材，利用ue引擎进行场景构建，形成一个融合gis(地理信息系统)、高程、bim(建筑信息模型)模型的高拟真数字孪生大坝场景。

18、还包括一种基于ue技术的三维沉浸式大坝安全监测系统，其包括云平台；

19、所述云平台包括监测数据感知模块、监测预警分析模块和基于ue的数字孪生场景构建模块；

20、监测数据感知模块用于方法步骤一中；

21、监测预警分析模块用于方法步骤二中；

22、基于ue的数字孪生场景构建模块用于方法步骤三中。

23、该系统还包括大坝安全监测应用系统；

24、大坝安全监测应用系统包括安全监测可视化、安全监测巡查、安全监测分析和安全监测预警。

25、该系统基于ue的数字孪生场景构建模块中视线三维场景下的视角配置功能，支持在可视化场景下对各个测点的三维位置信息和视角信息进行自定义配置；

26、其中三维位置信息包括经度、纬度和高度；

27、视角信息包括观察角度和距离信息；

28、安全监测可视化包括真实场景模块和数字场景模式，且真实场景模块和数字场景模块可手动切换或设置时间进行切换展示。

29、本发明所述一种基于ue技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统还包括大坝安全监测应用系统，包含安全监测可视化、安全监测巡查、安全监测分析和安全监测预警。

30、安全监测可视化方面，基于水库自动化安全监测数据，结合人工监测、外部环境量、日常巡查巡检及气象信息，对工程安全相关的监测要素进行全面展示、数据查询统计、数据分析，工程安全监测要素包括环境量、变形、渗流、应力应变和地震五大类。在中观场景下，基于水库大坝三维可视化模型，展示各类安全监测数据三维空间的位置和数值等，用户点击标注测点可查询监测数据过程线，也可以自定义时间段查询历史数据。在微观场景下，根据业务需求的观察距离，按照实际对监测设备、管道等进行孪生映射，沉浸式展示大坝内部各测点的详细位置、监测数值。同时，开发安全监测测点三维场景视角配置功能，支持在可视化场景下，对各个测点的三维位置信息(经度、纬度、高度)和视角信息(观察角度、距离)进行自定义配置，保障各测点位置和视角的最佳展示。此外，还支持真实场景和数字场景展示模式的切换。其中真实场景基于水库大坝bim、库区倾斜摄影建模成果构建，最大程度还原现场真实情况；数字场景实现对水库大坝、周围山体的透明化展示，便于清晰看到大坝内部、山体内部埋设的安全监测点位和监测情况。

31、安全监测巡查方面，在安全监测可视化的基础上，针对某一类型下某一监测要素的所有监测点，可通过配置好的顺序和视角进行自动巡查，展示固定巡查路线上的大坝安全监测实时信息。

32、安全监测分析方面，在水库大坝表面、剖切面或点云模型中，通过热力图映射的方式，展示安全监测数据。热力图映射可以展示平滑色卡变化，也支持根据数值范围划分等值线。能够加载不同时序的数据，可根据时序变化，展示数值变化过程。在监测资料的定性分析方面，主要基于作图法、比较法和特征值统计法等分析方法。对于安全监测数据，通过绘制过程线、分布图，统计测值历史最高、最低值及发生极值时的环境量，定性分析测值的历史变化规律。根据监测项目绘制不同的过程线，选择相应的坐标和监测数据，可同时展示多个测点的过程线，并在过程线图上叠加环境量数据；通过构建分布图，展示分析某时刻大坝安全监测测值的分布情况。支持指定时间段展示，支持图表与表格切换、导出。

33、安全监测预警方面，基于水库安装布设的数字强震仪，关联分析震动强度变化与应力、位移和加速度等指标的联系，修正安全报警等级，在数字孪生底座进行大坝地震安全报警。在震动强度关联分析方面，提供对水库历史震动强度数值的时段查询与过程线展示。统计展示水库震动强度历史最高值与平均值，同时关联展示应力、位移和加速度等监测指标，判断当前震动强度是否导致大坝发生变形、滑动、开裂、漏水等情况，针对震动强度突发强烈变化、且其他安全监测指标同时发生异常的情况进行标注，并录入标注信息。此外，根据历史异常标注信息，可设置大坝地震安全报警等级。用户可查询分析已有的震动资料与应力、位移和加速度等监测资料，查看历史标注信息，修正大坝地震安全报警等级对应震动强度值并上传。最终，基于三维模型，系统可根据上传的报警等级在震动强度测点处进行及时报警，展示当前震动强度、当前报警等级，避免更大的次生灾害发生。通过现有监测数据及外部发布的降雨、温度等信息，提供监测数据的预警。基于现有的降雨、水位等环境量数据，通过已有的数学模型，判断其对大坝安全的影响。同时提供监测项阈值设置功能，通过历史极值、历史平均值自动划分预警阈值，用户也可对此进行自定义设置，对超出预警值的监测项进行报警。预警信息发送方面，对水库重要运行信息及大坝安全预警信息进行自动推送及发布。信息发布范围主要包括水库内部管理人员、相关工作人员等，保障信息能够及时、准确地通知到人。

34、本发明具备以下有益效果：

35、1、该一种基于ue技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统，在传统水库大坝安全监测系统的基础上强化工程安全可视化，提升灾害预警能力，实现工程三维可视、状态可查可控，守住安全底线，保障水库综合效益。

36、2、该一种基于ue技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统，在传统大坝安全监测系统数据感知、预警分析技术的基础上，结合了基于ue的数字孪生场景构建技术，突破了数据图表展示不够直观、二维平面展示缺乏空间立体感和简单三维展示精细程度较低的局限，实现了基于ue技术的大坝安全监测场景化表达，对工程安全相关的监测要素进行全面展示，提供沉浸式的大坝安全监测体验。

37、3、该一种基于ue技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统，实现三维场景下的视角配置功能，支持在可视化场景下对各个测点的三维位置信息(经度、纬度、高度)和视角信息(观察角度、距离)进行自定义配置，保障各测点位置和视角的最佳展示。

38、4、该一种基于ue技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统，支持真实场景和数字场景展示模式的切换，做到既能最大程度展现现场真实情况，又能清晰看到大坝内部、山体内部埋设的安全监测点位和监测情况。