一種三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，包括：一探測(cè)器單元，該探測(cè)器單元用于實(shí)時(shí)探測(cè)并傳輸船閘及水位狀態(tài)變化；一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和一模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)，該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)該船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，該模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)該船閘的三維模型數(shù)據(jù)；一處理單元，該處理單元根據(jù)該船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)加載該三維模型數(shù)據(jù)；一顯示單元，該顯示單元顯示與該三維模型數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的三維圖形。
【專利說明】一種三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種涉及建筑信息模型構(gòu)建【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]航運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)是船閘全天候安全運(yùn)行的重要保障。現(xiàn)有技術(shù)中所使用的船閘監(jiān)控系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和二維模型的信息監(jiān)控。視頻監(jiān)控的技術(shù)原理是在船閘的航道上安裝若干攝像頭，實(shí)時(shí)獲得當(dāng)前活動(dòng)橋、內(nèi)外閘門的動(dòng)態(tài)圖形，調(diào)度指揮人員根據(jù)屏幕上的顯示判斷當(dāng)前船閘是否運(yùn)行正常。視頻監(jiān)控的缺點(diǎn)在于一個(gè)攝像頭畫面難以在屏幕中顯示船閘及周圍環(huán)境的全貌，因此多個(gè)攝像頭組成的零散畫面給調(diào)度指揮人員整體把控船閘動(dòng)態(tài)造成了困難。
[0003]二維模型的信息監(jiān)控系統(tǒng)可以通過動(dòng)畫模擬的方式在畫面中實(shí)時(shí)模擬當(dāng)前狀態(tài)，但是船閘的主要設(shè)備如內(nèi)外閘門，閘室，活動(dòng)橋等以比較抽象的靜態(tài)模擬圖形的形式進(jìn)行展示。監(jiān)控人員如長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)這樣的監(jiān)控界面，很容易產(chǎn)生視覺疲勞，導(dǎo)致誤操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種反映實(shí)時(shí)情況的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開一種三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，包括:一探測(cè)器單元，該探測(cè)器單元用于實(shí)時(shí)探測(cè)并傳輸船閘狀態(tài)變化；一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和一模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)，該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)該船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，該模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)該船閘的三維模型數(shù)據(jù)；一處理單元，該處理單元根據(jù)該船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)加載該三維模型數(shù)據(jù)；一顯示單元，該顯示單元顯示與該三維模型數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的三維圖形。
[0006]更進(jìn)一步地，該探測(cè)器單元包括:第一探測(cè)器，用于實(shí)時(shí)探測(cè)一活動(dòng)橋的開啟與關(guān)閉；第二探測(cè)器，用于實(shí)時(shí)探測(cè)內(nèi)外閘門的開啟與關(guān)閉；第三探測(cè)器，用于探測(cè)閘室內(nèi)和閘室外水位的高低。
[0007]更進(jìn)一步地，該探測(cè)器單元還包括:第四探測(cè)器，用于探測(cè)船閘地面的紅綠燈變換狀態(tài)。
[0008]更進(jìn)一步地，該探測(cè)器單元還包括:第五探測(cè)器，用于探測(cè)閘室內(nèi)的光照度。
[0009]更進(jìn)一步地，該三維模型數(shù)據(jù)包括以下數(shù)據(jù)中的一種和多種:活動(dòng)橋的開啟與關(guān)閉狀態(tài)的三維模型、內(nèi)外閘門的開啟與關(guān)閉的三維模型、閘室內(nèi)外的水位變化的三維模型、輸水廊道中水流動(dòng)向的三維模型。
[0010]更進(jìn)一步地，該顯示單元還可以顯示該探測(cè)器單元的實(shí)時(shí)視頻信號(hào)。
[0011 ] 更進(jìn)一步地，該處理單元通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加載技術(shù)加載該三維模型數(shù)據(jù)。
[0012]更進(jìn)一步地，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元還包括一背景模型數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)該船閘所在地形地貌和/或天氣狀態(tài)的三維模型數(shù)據(jù)。
[0013]更進(jìn)一步地，當(dāng)該處理單元根據(jù)該船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)加載該三維模型數(shù)據(jù)時(shí)，先加載該背景模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的三維模型數(shù)據(jù)，再加載該模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)的三維模型數(shù)據(jù)。
[0014]更進(jìn)一步地，該處理單元包括一緩沖池，該三維模型數(shù)據(jù)先進(jìn)入該緩沖池，再經(jīng)該顯示單元顯示。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所提供的三維交互式船閘監(jiān)控系，將抽象的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況、各類傳感器的安裝位置以及測(cè)量參數(shù)通過直觀形象的三維圖形呈現(xiàn)，使復(fù)雜問題變得簡(jiǎn)單，大大提高了操作員的技能素質(zhì)，保障了船閘系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進(jìn)一步的了解。
[0017]圖1是本發(fā)明所涉及的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明所涉及的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)的三維模型建立示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0019]本發(fā)明的目的在于提供一種船閘監(jiān)控系統(tǒng)，將抽象的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況、各類傳感器的安裝位置以及測(cè)量參數(shù)通過直觀形象的三維圖形呈現(xiàn)，使復(fù)雜問題變得簡(jiǎn)單，大大提高了操作員的技能素質(zhì)，保障了船閘系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
[0020]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的本發(fā)明公開一種三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，包括:探測(cè)器單元，該探測(cè)器單元用于實(shí)時(shí)探測(cè)并傳輸船閘狀態(tài)變化；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和一模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)，該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)該船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，該模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)該船閘的三維模型數(shù)據(jù)；處理單元，該處理單元根據(jù)該船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)加載該三維模型數(shù)據(jù)；顯示單元，該顯示單元顯示與該三維模型數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的三維圖形。
[0021]圖1是本發(fā)明所涉及的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。以下將結(jié)合圖1具體說明本發(fā)明如何實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)就是利用三維引擎Unity3D結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集終端建立一個(gè)實(shí)時(shí)的虛擬仿真系統(tǒng)，監(jiān)控內(nèi)外閘門的開啟與關(guān)閉、活動(dòng)橋的開啟與關(guān)閉、閘室內(nèi)外的水位變化以及輸水廊道中水的流向等活動(dòng)，最終達(dá)到幫助操作員智能監(jiān)控船閘的目的。
[0022]本發(fā)明運(yùn)用Unity3D以及3dsMax等建模、渲染軟件制作三維仿真系統(tǒng),在客戶端中將整個(gè)船閘系統(tǒng)精密的展示，并通過通信端口與PLC相連接，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地展示船閘系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析也提供及時(shí)的警報(bào)和遠(yuǎn)程控制功能。
[0023]數(shù)據(jù)采集端I主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和傳輸工作，其包含各種傳感器設(shè)備及必要的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)采集端I采集到的數(shù)據(jù)可以是視頻圖像，活動(dòng)橋的開啟與關(guān)閉狀態(tài)、內(nèi)外閘門的開啟與關(guān)閉、閘室內(nèi)外的水位變化、輸水廊道中水的流向等等?？梢詫?shù)據(jù)采集端分別與活動(dòng)橋控制單元、內(nèi)外閘門控制單元、水位儀、流量計(jì)等相連接，實(shí)時(shí)獲得當(dāng)前整個(gè)船閘系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0024]數(shù)據(jù)層2主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)及其他類型的數(shù)據(jù)(如背景數(shù)據(jù))的存儲(chǔ)。在本船閘系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)有活動(dòng)橋的開啟、關(guān)閉狀態(tài)，內(nèi)外閘門的開啟、關(guān)閉狀態(tài)，閘室內(nèi)外的水位等。而模型數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)前在三維引擎中進(jìn)行了處理，生成了Unity3D可以識(shí)別的文件格式，并以文件的格式存儲(chǔ)在服務(wù)器上。
[0025]服務(wù)層3主要為應(yīng)用層提供服務(wù)，其中數(shù)據(jù)服務(wù)是核心，因?yàn)樯蠈拥膶?shí)時(shí)虛擬仿真系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性就依靠這一層來保證。
[0026]應(yīng)用層4主要是一個(gè)進(jìn)行實(shí)時(shí)虛擬仿真的平臺(tái)，其包含三方面的關(guān)鍵技術(shù)，分別為:Unity3D引擎、動(dòng)態(tài)加載技術(shù)及實(shí)時(shí)交互技術(shù)。三維引擎技術(shù)在近幾年得到了有力的發(fā)展，現(xiàn)有的三維引擎都具備場(chǎng)景搭建、實(shí)時(shí)交互、服務(wù)器通信等功能。
[0027]在獲得整個(gè)船閘系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建整個(gè)船閘系統(tǒng)的模型，然后通過該三維軟件將模型導(dǎo)出，運(yùn)用FBX的標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)文件格式將模型導(dǎo)入到Unity3D中，再利用Unity3D開發(fā)可程序驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)仿真。
[0028]在一個(gè)大型的虛擬場(chǎng)景中，不能讓用戶長(zhǎng)時(shí)間的等待所有資源的加載，而應(yīng)該先加載用戶附近的場(chǎng)景資源，其他的資源在程序運(yùn)行過程中在不影響操作的情況下，讓其在后臺(tái)加載，直到所有資源都加載完畢。這就不可避免的需要使用到數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)加載技術(shù)。
[0029]因?yàn)槟Ｐ臀募募虞d需要緩沖，所以就必須為其在客戶端設(shè)計(jì)一個(gè)緩沖池。在加載過程中必須對(duì)加載的每一幀進(jìn)行監(jiān)聽，判斷該幀是否為文件的結(jié)尾。將加載文件首先置于緩沖池中，在加載的同時(shí)，客戶端也開始處理顯示模型。
[0030]實(shí)時(shí)仿真的過程主要是首先建立仿真的場(chǎng)景:主要依賴于數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)加載技術(shù)。其次就是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的展現(xiàn):主要是通過場(chǎng)景來模擬真實(shí)參數(shù)的變化，以達(dá)到實(shí)時(shí)性的需求。
[0031]仿真場(chǎng)景的生成過程:在用戶啟動(dòng)虛擬仿真平臺(tái)時(shí)，客戶端就主動(dòng)向服務(wù)器請(qǐng)求模型數(shù)據(jù)，使用動(dòng)態(tài)加載技術(shù)可以使畫面平滑逼真。實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸依靠Unity3D內(nèi)部的Update函數(shù)，實(shí)時(shí)的向服務(wù)器請(qǐng)求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。服務(wù)器接到數(shù)據(jù)請(qǐng)求以WWW方式返回?cái)?shù)據(jù)，虛擬仿真平臺(tái)解析返回的數(shù)據(jù)并在平臺(tái)上展示。
[0032]針對(duì)本船閘智能監(jiān)控系統(tǒng)，以下舉例說明虛擬仿真的過程:
當(dāng)活動(dòng)橋開啟或關(guān)閉時(shí)，該狀態(tài)變化會(huì)被立即存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)服務(wù)器中。而仿真系統(tǒng)依靠Unity3D會(huì)不停地請(qǐng)求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如果監(jiān)聽到活動(dòng)橋開啟狀態(tài)，仿真系統(tǒng)就會(huì)對(duì)對(duì)應(yīng)活動(dòng)橋的Unity GameObject進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作,達(dá)到活動(dòng)橋升起的效果。與活動(dòng)橋類似，只是仿真系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)對(duì)應(yīng)的GameObject進(jìn)行平移操作，達(dá)到內(nèi)外閘門升降的效果。利用內(nèi)置的物理引擎應(yīng)該可以精確模擬水位的變化。利用內(nèi)置的物理引擎應(yīng)該可以精確模擬水的流向。
[0033]在另一個(gè)實(shí)施方式中，三維建模的過程除了船閘系統(tǒng)本身的實(shí)時(shí)參數(shù)以外，還包括背景參數(shù)，如紅綠燈變化的情況、內(nèi)閘光線的強(qiáng)弱變化以及實(shí)時(shí)水文氣象情況等。
[0034]完成上述三維模型的顯示后，呈現(xiàn)在操作員面前的就是一個(gè)整體的反映實(shí)時(shí)情況的三維模型圖，如圖2中示。通過該三維模型示意圖，操作員可以宏觀地觀察當(dāng)前整個(gè)船閘的狀態(tài)，該三維建模的結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)相符，使復(fù)雜問題變得簡(jiǎn)單、精確和直觀，大大提高了操作員的技能素質(zhì)，保障了船閘系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
[0035]本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)本發(fā)明的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括: 一探測(cè)器單元，所述探測(cè)器單元用于實(shí)時(shí)探測(cè)并傳輸船閘狀態(tài)變化； 一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和一模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)，所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)所述船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，所述模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)所述船閘的三維模型數(shù)據(jù)； 一處理單元，所述處理單元根據(jù)所述船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)加載所述三維模型數(shù)據(jù)； 一顯示單元,所述顯示單元顯示與所述三維模型數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的三維圖形。
2.如權(quán)利要求1所述的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)器單元包括:第一探測(cè)器，用于實(shí)時(shí)探測(cè)一活動(dòng)橋的開啟與關(guān)閉；第二探測(cè)器，用于實(shí)時(shí)探測(cè)內(nèi)外閘門的開啟與關(guān)閉；第三探測(cè)器，用于探測(cè)閘室內(nèi)和閘室外水位的高低。
3.如權(quán)利要求2所述的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)器單元還包括:第四探測(cè)器，用于探測(cè)船閘地面的紅綠燈變換狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求2所述的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述探測(cè)器單元還包括:第五探測(cè)器，用于探測(cè)閘室內(nèi)的光照度。
5.如權(quán)利要求1所述的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述三維模型數(shù)據(jù)包括以下數(shù)據(jù)中的一種和多種:活動(dòng)橋的開啟與關(guān)閉狀態(tài)的三維模型、內(nèi)外閘門的開啟與關(guān)閉的三維模型、閘室內(nèi)外的水位變化的三維模型、輸水廊道中水流動(dòng)向的三維模型。
6.如權(quán)利要求1所述的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示單元還可以顯示所述探測(cè)器單元的實(shí)時(shí)視頻信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述處理單元通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)加載技術(shù)加載所述三維模型數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求1所述的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元還包括一背景模型數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)所述船閘所在地形地貌和/或天氣狀態(tài)的三維模型數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述處理單元根據(jù)所述船閘狀態(tài)變化數(shù)據(jù)加載所述三維模型數(shù)據(jù)時(shí)，先加載所述背景模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的三維模型數(shù)據(jù)，再加載所述模型文件數(shù)據(jù)庫(kù)的三維模型數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求1所述的三維交互式船閘監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述處理單元包括一緩沖池，所述三維模型數(shù)據(jù)先進(jìn)入所述緩沖池，再經(jīng)所述顯示單元顯示。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK104166697SQ201410377695
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】趙淵, 胡曉東, 吳鵬程, 王勇, 居懿峰, 傅瑜, 徐良鈞, 劉靜君, 王林國(guó), 胡鶴民 申請(qǐng)人:上海國(guó)際航運(yùn)服務(wù)中心開發(fā)有限公司, 上海海達(dá)通信公司