專利名稱：基于物聯(lián)網(wǎng)和3d gis的橋梁管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于物聯(lián)網(wǎng)和3D GIS的橋梁管理系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于橋梁建筑檢修技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于物聯(lián)網(wǎng)和3D GIS的橋梁管 理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別RFID、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感 設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的 智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。[0003]地理信息系統(tǒng)(GIS-Geographic Information System)以計(jì)算機(jī)為手段，對(duì)具有 地理特征的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能以一個(gè)空間信息為主線，將其它各種與其有關(guān)的空間位 置信息結(jié)合起來。它的誕生改變了傳統(tǒng)的數(shù)值處理信息方式，使信息處理由數(shù)值領(lǐng)域步入 空間領(lǐng)域。[0004]在橋梁建筑檢修技術(shù)領(lǐng)域，無論是檢修人員的檢修工作，還是物流配送車的配送 工作基本都是人工調(diào)度，存在調(diào)度量大，不易管理的缺陷，并且對(duì)于跨度大、高度高的橋梁 (尤其是江河上的橋梁)檢修，人工檢修存在檢修量大、高危險(xiǎn)的缺陷，采用機(jī)械智能化的檢 修是必然趨勢(shì)，但目前與這種機(jī)械智能化檢修配套的管理系統(tǒng)技術(shù)尚不成熟。實(shí)用新型內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型是為了克服上述橋梁檢修中存在的管理強(qiáng)度大、檢修量大、危險(xiǎn)的缺 陷，而提出的一種基于物聯(lián)網(wǎng)和3D GIS的橋梁管理系統(tǒng)。[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:[0007]基于物聯(lián)網(wǎng)和3D GIS的橋梁管理系統(tǒng)，包括信息采集裝置、橋梁檢修監(jiān)控裝置和 系統(tǒng)服務(wù)器，信息采集裝置和橋梁檢修監(jiān)控裝置與系統(tǒng)服務(wù)器通訊連接，所述的信息采集 裝置包括電子標(biāo)簽和第一通訊端，電子標(biāo)簽與第一通訊端電連接；所述橋梁檢修監(jiān)控裝置 包括攝像頭、輸出端和第二通訊端，該橋梁檢修監(jiān)控裝置設(shè)置在檢修橋梁上，攝像頭和輸出 端分別與第二通訊端電連接；所述系統(tǒng)服務(wù)器包括處理器、存儲(chǔ)器、顯示操作裝置、橋梁三 維地理信息裝置和第三通訊端，所述存儲(chǔ)器、顯示操作裝置、橋梁三維地理信息裝置和第三 通訊端分別與處理器電連接。[0008]本實(shí)用新型的有益效果:首先，本實(shí)用新型通過信息采集裝置采集橋梁構(gòu)件信息， 通過檢修監(jiān)控裝置監(jiān)控橋梁的現(xiàn)場(chǎng)檢修，將采集監(jiān)控到的信息傳給系統(tǒng)服務(wù)器，在系統(tǒng)服 務(wù)器內(nèi)經(jīng)分析處理，將得到的信息存儲(chǔ)到三維地理信息裝置中的三維橋梁構(gòu)件信息和檢修 信息數(shù)據(jù)庫中，為橋梁的調(diào)度檢修管理提供信息支持，實(shí)現(xiàn)橋梁構(gòu)件設(shè)施的物聯(lián)網(wǎng)調(diào)度管 理；第二，本實(shí)用新型在系統(tǒng)服務(wù)器中另設(shè)置了橋梁三維地理信息裝置，通過三維數(shù)據(jù)庫的 應(yīng)用，橋梁檢修調(diào)度可實(shí)現(xiàn)立體化、智能化的全方位管理，尤其橋梁檢修的各個(gè)環(huán)節(jié)均可在 一臺(tái)計(jì)算機(jī)的管理下有序進(jìn)行，甚至一人就可實(shí)現(xiàn)整個(gè)橋梁檢修工作的調(diào)度管理，智能化 的管理使橋梁檢修管理更加高效，大大降低了橋梁檢修管理的強(qiáng)度。[0009]進(jìn)一步，所述的信息采集裝置分別設(shè)置在橋梁構(gòu)件上、檢修機(jī)械手上、機(jī)器人上、 橋梁檢修母車上、母車配套備件上、物流配送車上和中心耗材庫橋梁構(gòu)件上。[0010]進(jìn)一步，所述的橋梁三維地理信息裝置包括地理信息處理器、顯示器、地理信息存 儲(chǔ)器，顯示器和地理信息存儲(chǔ)器分別與地理信息處理器電連接。[0011]進(jìn)一步，所述的橋梁三維地理信息裝置還包括3D GIS行走導(dǎo)航器，3D GIS行走導(dǎo) 航器與地理信息處理器電連接，該3D GIS行走導(dǎo)航器與檢修機(jī)器人通訊連接。[0012]進(jìn)一步，所述的橋梁檢修監(jiān)控裝置攝像頭采用3D高清攝像頭。


[0013]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖；[0014]圖2是本實(shí)用新型系統(tǒng)服務(wù)器層級(jí)調(diào)度管理示意圖。
具體實(shí)施方式
[0015]如圖1所示，為本實(shí)施例系統(tǒng)的框圖，下面將詳細(xì)的闡述本實(shí)施例的具體方案:[0016]某地設(shè)有一橋梁檢修管理中心，該管理中心為一座或多座橋梁檢修提供服務(wù)，在 檢修管理中心設(shè)有物流配送庫和中心耗材庫，其中，物流配送庫為橋梁檢修母車提供補(bǔ)給， 中心耗材庫主要為備件耗材的進(jìn)存管理和綜合服務(wù)管理。進(jìn)入中心耗材庫里的橋梁構(gòu)件均 要安裝信息采集裝置，同時(shí)物流配送車和橋梁檢修母車本身也要安裝信息采集裝置，便于 后續(xù)統(tǒng)一調(diào)度管理。橋梁檢修中如果通過機(jī)械手或機(jī)器人來檢修，那么機(jī)械手、機(jī)器人以及 為機(jī)器人提供備件耗材的母車機(jī)器人配套裝備均需安裝信息采集裝置，上述的信息采集裝 置為電子標(biāo)簽和與電子標(biāo)簽電連接的第一通訊端，作為另一種選擇，信息采集裝置也可以 選擇3D圖像識(shí)別裝置采集。在檢修的橋梁上安裝多個(gè)3D高清攝像頭、輸出端和第二通訊 端，攝像頭和輸出端分別與第二通訊端電連接，以便后續(xù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)檢修作業(yè)的監(jiān)控。[0017]管理中心內(nèi)設(shè)有系統(tǒng)服務(wù)器，即計(jì)算機(jī)或者上位機(jī)，若為上位機(jī)，那么物流配送車 和橋梁檢修母車上也可安裝與上位機(jī)通訊的下位機(jī)，所述的系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)有處理器、存儲(chǔ) 器、顯示操作裝置、橋梁三維地理信息裝置和第三通訊端，存儲(chǔ)器、顯示操作裝置、橋梁三維 地理信息裝置和第三通訊端分別與處理器電連接。橋梁三維地理信息裝置設(shè)有地理信息處 理器、顯示器、地理信息存儲(chǔ)器和3D GIS行走導(dǎo)航器，顯示器、地理信息存儲(chǔ)器和3D GIS行 走導(dǎo)航器分別與地理信息處理器電連接，該3D GIS行走導(dǎo)航器與檢修機(jī)器人通訊連接。[0018]橋梁三維地理信息裝置中將建立3D GIS數(shù)據(jù)庫，3D GIS數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過橋梁 構(gòu)件CAD圖庫進(jìn)行3D轉(zhuǎn)換，并掃描錄入地理信息存儲(chǔ)器中，后續(xù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通過各個(gè)設(shè)施上 的信息采集裝置和現(xiàn)場(chǎng)3D高清攝像頭采集、傳輸轉(zhuǎn)換錄入逐步完善。[0019]3D GIS行走導(dǎo)航器通過獲得的待檢修橋梁信息建立3D GIS行走導(dǎo)航圖，[0020]建立3D GIS行走導(dǎo)航圖的原理如下:采用類洪水算法掃描出最優(yōu)行走路線圖:即 在3D GIS技術(shù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用數(shù)字高程模型(DEM)的格網(wǎng)模型進(jìn)行洪水淹沒分析，例如混沌 大洪水混合優(yōu)化(基于大洪水算法尋優(yōu)思想和混沌序列的內(nèi)在隨機(jī)性、遍歷性和規(guī)律性特 點(diǎn)，當(dāng)邊界條件不滿足時(shí)，遞歸前進(jìn)，當(dāng)邊界條件滿足時(shí)，遞歸返回)，該過程為綜合分形遞 歸迭代循環(huán)遍歷橋梁3D GIS構(gòu)件對(duì)象集合、模擬推演、預(yù)統(tǒng)計(jì)、編排確定機(jī)械手或機(jī)器人3D GIS行走路線圖，最后將該行走導(dǎo)航圖下載給每個(gè)作業(yè)的機(jī)械手或機(jī)器人。[0021]系統(tǒng)服務(wù)器中的處理器處理自動(dòng)管理服務(wù)和人工服務(wù)，如數(shù)據(jù)的查詢、調(diào)用等，為 管理人員提供信息的共享等。[0022]系統(tǒng)服務(wù)器同時(shí)存儲(chǔ)檢修操作仿真學(xué)習(xí)模塊，記錄各種檢測(cè)維修操作的3D GIS空 間工作程序范例，以供機(jī)械手或機(jī)器人進(jìn)一步學(xué)習(xí):檢修操作仿真學(xué)習(xí)模塊通過對(duì)3D GIS 數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及采集的現(xiàn)場(chǎng)檢修操作的3D信息的編輯，形成3D GIS空間工作程序范例 或3D影像，系統(tǒng)服務(wù)器通過聯(lián)網(wǎng)客戶端授權(quán)遠(yuǎn)程管理，經(jīng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)操控，供檢修機(jī)械 手或機(jī)器人學(xué)習(xí)。[0023]如圖2所示，為本系統(tǒng)調(diào)度管理模式，系統(tǒng)服務(wù)器[0024]更具體的，若按照已建成的橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)來應(yīng)用本管理系統(tǒng)，本管理系統(tǒng)包括了 以下方面的內(nèi)容:[0025]1.系統(tǒng)總管理:橋梁三維地理信息裝置維護(hù)系統(tǒng)總體信息數(shù)據(jù)庫，包括系統(tǒng)參數(shù) 配置，除用戶、計(jì)算機(jī)、組織單位等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施信息外，還包括物聯(lián)網(wǎng)管理中心及監(jiān) 控管理分中心、橋梁檢修項(xiàng)目、物流配送及備件進(jìn)存等的注冊(cè)表。[0026]2.新建項(xiàng)目[0027]2.1項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫[0028]系統(tǒng)服務(wù)器按項(xiàng)目類型(管理中心、橋梁檢修項(xiàng)目及物流配送項(xiàng)目)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫模 板分別建立實(shí)例并更新注冊(cè)表目錄。[0029]橋梁檢修項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包括:所屬橋梁名稱、具體位置號(hào)、技術(shù)等級(jí)、管理單位、 橋梁各個(gè)構(gòu)件結(jié)構(gòu)參數(shù)、橋梁整體結(jié)構(gòu)參數(shù)等。中心耗材備件倉庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫包括:服務(wù) 區(qū)域、耗材備件目錄、合格供應(yīng)商等。[0030]2.2物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目相關(guān)和3D GIS數(shù)據(jù)庫[0031]2.2.1預(yù)制各個(gè)橋梁構(gòu)件物聯(lián)網(wǎng)實(shí)體的3D數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫[0032]建立特征值集，特征值集用于現(xiàn)場(chǎng)圖像實(shí)體目標(biāo)比對(duì)識(shí)別定位管理，3D數(shù)字模型 用于3D GIS附屬物圖層展示疊加。[0033]最便捷的方案為利用原橋梁構(gòu)件CAD圖庫導(dǎo)入，再轉(zhuǎn)換編輯成實(shí)體的3D數(shù)字模型 數(shù)據(jù)庫，抽取識(shí)別特征值集。[0034]2.2.2預(yù)制3D GIS系統(tǒng)圖層及各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施屬性圖層[0035]橋梁構(gòu)件3D GIS數(shù)據(jù)庫編輯:操作管理人員遠(yuǎn)程控制，利用3D高清攝像頭采集 橋梁構(gòu)件3D影像毛片；預(yù)處理橋梁構(gòu)件未經(jīng)技術(shù)處理的全息原圖，濾除背景中的干擾和噪 聲、編碼、傳輸、比對(duì)識(shí)別各種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)件；通過電子標(biāo)簽獲取橋梁構(gòu)件、機(jī)械手或機(jī)器人、 母車機(jī)器人配套裝備、物流配送車和橋梁檢修母車的RFID信息，通過對(duì)圖像分割和計(jì)算各 種特征量的分析處理，再比對(duì)物品的3D數(shù)字模型數(shù)據(jù)庫，模型匹配判斷圖像中是否存在符 合某類特征值集的實(shí)體，若存在則再識(shí)別出它的3D坐標(biāo)位置、測(cè)量并記錄實(shí)際狀態(tài)屬性。 完善記錄、存儲(chǔ)入3D GIS系統(tǒng)圖層和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施屬性圖層。[0036]3.實(shí)時(shí)監(jiān)控、回放[0037]觀察已打開的項(xiàng)目，可以選擇現(xiàn)場(chǎng)傳回的實(shí)時(shí)監(jiān)控信號(hào)，也可從數(shù)據(jù)庫調(diào)閱某歷 史時(shí)段的記錄數(shù)據(jù)，不同歷史時(shí)段的數(shù)據(jù)可比較顯示。[0038]除利用2D顯示屏幕窗口外，本系統(tǒng)因特有3D GIS數(shù)據(jù)庫，因此須利用3D顯示器， 如三維投影儀等全方位展示現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景。[0039]系統(tǒng)服務(wù)器同時(shí)存儲(chǔ)檢修操作仿真學(xué)習(xí)模塊，遠(yuǎn)程操控緊急異常事故時(shí):中心控 制人員穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)交互套件中的數(shù)據(jù)手套和頭盔，切換啟用虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程人機(jī)交互 模式，頭盔上安裝有顯示器，通過顯示器中心控制人員可觀察檢修現(xiàn)場(chǎng)的立體影像，中心控 制人員將自己手臂運(yùn)動(dòng)的位置信息通過數(shù)據(jù)手套向現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械手或機(jī)器人發(fā)送動(dòng)作指令，機(jī) 械手或機(jī)器人接收動(dòng)作指令并轉(zhuǎn)換為程序參數(shù)，進(jìn)而執(zhí)行動(dòng)作。中心控制人員頭頸和眼珠 的轉(zhuǎn)動(dòng)信息通過頭盔上設(shè)置的傳感器及數(shù)據(jù)信息發(fā)送裝置向機(jī)器人的3D高清攝像頭云臺(tái) 發(fā)動(dòng)作指令，攝像頭云臺(tái)在動(dòng)作指令的控制下，隨中心控制人員頭頸的轉(zhuǎn)動(dòng)而將新視角影 像送回至頭盔上的兩眼裝置中，該裝置將送回的影像轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)的狀態(tài)參數(shù)并反饋給控制 中心，反饋回的狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)將作為機(jī)械手學(xué)習(xí)的素材，供回放用。[0040]4.3D GIS行走導(dǎo)航器中的行走導(dǎo)航圖[0041]3D GIS行走導(dǎo)航圖以矢量形式表示，以矢量圖形構(gòu)成整個(gè)地圖,具有無級(jí)放大、縮 小、可分塊管理和自由移動(dòng)、使用靈活的特點(diǎn)。[0042]執(zhí)行行走導(dǎo)航圖控制的軟件利用支持對(duì)象技術(shù)的高級(jí)語言和GIS廠商提供的控 件構(gòu)成面向最終用戶的可執(zhí)行應(yīng)用程序。軟件具有的基本功能包括:信息源的終端響應(yīng)和 實(shí)時(shí)處理；各種圖像處理和定位；控制、顯示、記錄、標(biāo)繪、修改各類信息；系統(tǒng)管理、檢測(cè)和 故障診斷；用戶命令的處理。[0043]5.系統(tǒng)服務(wù)器物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施整體管理[0044]所有設(shè)施都有訂貨、倉儲(chǔ)、配送、使用、更換、回收?qǐng)?bào)廢等物流過程。[0045]所有設(shè)施(檢修母車、機(jī)械手或機(jī)器人、備件耗材)和橋梁構(gòu)件均須貼RFID標(biāo)簽，使 橋梁檢修全過程利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。RFID技術(shù)提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的物流信息采集、 信息處理，備件設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化操作，實(shí)現(xiàn)管理和決策的自動(dòng)化乃至智能化，庫存管 理可實(shí)時(shí)掌握商品的庫存信息，從中了解每種商品的需求，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)貨管理，同時(shí)自動(dòng)生 成訂單，有效降低庫存水平、優(yōu)化配送線路。
權(quán)利要求1.基于物聯(lián)網(wǎng)和3DGIS的橋梁管理系統(tǒng)，其特征在于:包括信息采集裝置、橋梁檢修監(jiān)控裝置和系統(tǒng)服務(wù)器，信息采集裝置和橋梁檢修監(jiān)控裝置與系統(tǒng)服務(wù)器通訊連接，所述的信息采集裝置包括電子標(biāo)簽和第一通訊端，電子標(biāo)簽與第一通訊端電連接；所述橋梁檢修監(jiān)控裝置包括攝像頭、輸出端和第二通訊端，該橋梁檢修監(jiān)控裝置設(shè)置在檢修橋梁上，攝像頭和輸出端分別與第二通訊端電連接；所述系統(tǒng)服務(wù)器包括處理器、存儲(chǔ)器、顯示操作裝置、橋梁三維地理信息裝置和第三通訊端，所述存儲(chǔ)器、顯示操作裝置、橋梁三維地理信息裝置和第三通訊端分別與處理器電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)和3DGIS的橋梁管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的信息采集裝置分別設(shè)置在橋梁構(gòu)件上、檢修機(jī)械手上、機(jī)器人上、橋梁檢修母車上、母車配套備件上、物流配送車上和中心耗材庫橋梁構(gòu)件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的基于物聯(lián)網(wǎng)和3DGIS的橋梁管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的橋梁三維地理信息裝置包括地理信息處理器、顯示器、地理信息存儲(chǔ)器，顯示器和地理信息存儲(chǔ)器分別與地理信息處理器電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的所述的基于物聯(lián)網(wǎng)和3DGIS的橋梁管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的橋梁三維地理信息裝置還包括3D GIS行走導(dǎo)航器，3D GIS行走導(dǎo)航器與地理信息處理器電連接，該3D GIS行走導(dǎo)航器與檢修機(jī)器人通訊連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的基于物聯(lián)網(wǎng)和3DGIS的橋梁管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的橋梁檢修監(jiān)控裝置攝像頭采用3D高清攝像頭。
專利摘要本實(shí)用新型屬于橋梁建筑檢修技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于物聯(lián)網(wǎng)和3DGIS的橋梁管理系統(tǒng)，包括信息采集裝置、橋梁檢修監(jiān)控裝置和系統(tǒng)服務(wù)器，信息采集裝置和橋梁檢修監(jiān)控裝置與系統(tǒng)服務(wù)器通訊連接，所述的信息采集裝置包括電子標(biāo)簽和第一通訊端，電子標(biāo)簽與第一通訊端電連接；所述橋梁檢修監(jiān)控裝置包括攝像頭、輸出端和第二通訊端，該橋梁檢修監(jiān)控裝置設(shè)置在檢修橋梁上，攝像頭和輸出端分別與第二通訊端電連接；所述系統(tǒng)服務(wù)器包括處理器、存儲(chǔ)器、顯示操作裝置、橋梁三維地理信息裝置和第三通訊端，所述存儲(chǔ)器、顯示操作裝置、橋梁三維地理信息裝置和第三通訊端分別與處理器電連接。本實(shí)用新型通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與3DGIS技術(shù)的應(yīng)用，使橋梁檢修管理更加高效，大大降低了橋梁檢修管理的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G06Q10/06GK202976181SQ20122065469
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者李吉雄, 李關(guān)壽, 張立強(qiáng), 王榮海, 李川, 孔令云, 周進(jìn)川, 陳天泉, 奉龍成, 秦小平, 張曉平 申請(qǐng)人:重慶市鵬創(chuàng)道路材料有限公司