基于三维信息集成的可视化应急系统

摘要

本发明属于地下工程领域，尤其涉及一种基于三维信息集成的可视化应急系统。其特征在于：系统包含基础数据管理、ZD三维空间建模、ZD工程设计、ZD毁伤综合评估和ZD工程修复设计五个子系统。本发明操作简单、功能强大、成本低、效率高。

主权项

一种基于三维信息集成的可视化应急系统，其特征在于：系统包含基础数据管理、ZD三维空间建模、ZD工程设计、ZD毁伤综合评估和ZD工程修复设计五个子系统，基础数据管理子系统，主要在充分分析ZD工程各类基础数据的基础上，从全局应用的角度出发，合理设计数据组织形式和数据库逻辑结构，确保ZD日常运行和应急条件下能方便、快捷地从原始数据或中间数据库中提取有关基础数据，并进行可视化查询、分析与利用，包括数据库设计、数据输入、导入转换、数据提取、可视化编辑、检核处理、数据图形输出等模块；本子系统包括4大类基础数据库如下：1)ZD地质环境数据包括ZD勘探钻孔、地质剖面、地层等高线、水文地质条件、施工揭露、岩体物理力学参数等数据；2)ZD地形数据包括ZD区域及周边邻近地区的地形、植被、道路、水系、桥梁、建(构)筑物、电力线路、通讯线路、供水线路等数据；3)ZD竣工测量数据包括ZD竣工后和运行期间的几何测量与物理测量数据，如隧道断面、隧道坐标、硐室断面、硐室坐标、砌筑材料与厚度、支护方式与参数等；4)ZD水风电油气布局数据包括ZD当前给排水的空间布局与工艺参数，通风的空间布局与工艺参数，电气设备的空间布局与工艺参数、油气供给的空间布局与指标参数；ZD三维空间建模子系统，根据地质、地形、工程体、各种构件的数据，选择GTP和剖面建模、BR和Voxel等模型，生成多尺度地质环境三维模型、三维地形地物电子沙盘、ZD隧道、硐室空间集成的三维几何模型，并与ZD地质环境模型形成几何无缝结合、ZD水、风、电、油气的三维空间布局模型等，为ZD工程修复设计与毁伤评估提供综合、详细基础环境数据。本子系统包括本子系统包括ZD地质环境三维模型、ZD地形三维模型、ZD工程三维模型、ZD水风电油气布局模型4个子模块；1)ZD地质环境三维模型根据ZD地质数据，选择GTP和剖面建模方式构建ZD多尺度地质环境三维模型，并生成相应的BR和Voxel表示模型，为ZD工程修复设计与毁伤评估提供基础环境；2)ZD地形三维模型根据ZD地形等高线数据和较高分辨率的航摄(卫星)影像(0.7～5米分辨率)，采用TIN和GRID方式构建ZD数字高程(DTM)模型，并将ZD植被、道路、水系、建(构)筑物、电力线路、通讯线路、供水线路、桥梁(照片关联)等重要地物在地形图上表示出来，形成一种综合的三维地形地物电子沙盘；3)ZD工程三维模型根据工程竣工测量数据和运行测量数据，采用基于TIN的BR方式生成ZD隧道、硐室空间集成的三维几何模型，并与ZD地质环境模型形成几何无缝结合，为ZD工程修复设计与毁伤评估提供基础环境；4)ZD水风电油气布局模型根据工程竣工测量数据和运行测量数据，在ZD工程三维模型中采用BR方式生成ZD水、风、电、油气的三维空间布局模型，并与ZD工程三维模型几何联动，为ZD工程修复设计与毁伤评估提供基础环境；ZD工程设计子系统，在ZD基础数据管理系统和ZD三维空间建模子系统的基础上，进行自主设计与开发的功能系统，本子系统是在ZD基础数据管理系统和ZD三维模型子系统的基础上，进行自主设计与开发的功能系统，包括工程设计综合管理、工程结构设计、通风设计、给排水设计、电气设计、道路桥梁设计、工艺设计、供油供气设计和非标设计等9个子模块；1)工程设计综合管理在ZD基础数据管理系统和ZD三维模型子系统的基础上，根据上级下达或本级生成的工程设计任务，按照ZD工程设计与修复的工作条例与工作程序，实现任务分解，明确结构设计、通风设计、给排水设计、电气设计、道路桥梁设计、工艺设计、供油供气设计和非标设计的具体任务；2)工程结构设计在ZD基础数据管理系统和ZD三维模型子系统的基础上，根据工程修复对ZD结构设计需求，结合当前ZD工程基础数据、工程特点和结构修复预案，辅助进行结构设计分析，生成基于CAD表达的结构修复方案；3)通风设计在ZD基础数据管理系统和ZD三维模型子系统的基础上，根据工程修复对ZD通风需求，结合当前ZD工程基础数据、工程特点和通风修复预案，辅助进行通风设计分析，生成基于CAD表达的通风修复方案；4)给排水设计在ZD基础数据管理系统和ZD三维模型子系统的基础上，根据工程修复对ZD给排水需求，结合当前ZD工程基础数据、工程特点和给排水修复预案，辅助进行给排水设计，生成基于CAD表达的给排水修复方案；5)电气设计在ZD基础数据管理系统和ZD三维模型子系统的基础上，根据工程修复对ZD电气需求，结合当前ZD工程基础数据、工程特点和电气修复预案，辅助进行电气设计，生成基于CAD表达的电气修复方案；6)道路桥梁设计在ZD基础数据管理系统和ZD三维地形模型子系统的基础上，根据ZD使用对道路桥梁工艺的需求，结合作战使用特点和当前损毁情况，生成基于DTM表达的道路和基于CAD表达的桥梁设计与修复方案；7)工艺设计在ZD基础数据管理系统和ZD三维模型子系统的基础上，根据ZD使用对地下空间单元工艺的需求，结合作战使用特点，生成基于CAD表达的单元工艺几何的设计与修复方案；8)供油供气设计在ZD基础数据管理系统和ZD三维模型子系统的基础上，根据ZDWQ使用对供油供气的需求，结合作战使用特点，辅助进行WQ供油供气设计，生成基于CAD表达的修复方案；9)非标设计在ZD基础数据管理系统和ZD三维模型子系统的基础上，根据ZD工程修复对非标准部件的需求，结合作战使用特点，生成基于CAD表达的非标部件的修复方案；10)需求报告生成根据ZD毁伤综合评估报告、工程设计综合管理、指挥部命令生成满足工程修复与决策报告，其中包工程材料种类、数量、质量的要求，施工设备数量性能的要求，施工人员不同专业数量、素质的要求，ZD毁伤修复需要的各专业详尽设计图纸资料；ZD毁伤综合评估子系统，在ZD基础数据管理系统和ZD三维空间建模子系统的基础上，根据ZD毁伤评估原理，结合不同的毁伤特征和程度，运行地理信息系统(GIS)技术和模糊数学知识相结合，提出一套ZD毁伤综合评估的指标体系与评估数学模型，该子系统包括地面评数据获取、地下评估数据获取、指标模型设计、毁伤综合评估等功能模块，包括如下子模块：1)毁损区背景数据提取ZD受毁伤后，利用近景摄影测量对ZD可见区域进行探测，系统提供数据接口，对毁损区背景数据进行提取，作为ZD毁伤综合评估的地面数据；2)毁伤勘测数据接口ZD受毁伤后，利用EH4对ZD地下进行地球物理斟测，系统提供数据接口，对毁损区背景数据进行提取，作为ZD毁伤综合评估的地下数据；3)毁伤评估指标与评估模型设计在ZD基础数据管理系统、ZD三维模型子系统和毁伤区地面、地下提取的数据基础上，根据ZD毁伤评估原理和现有研究成果、经验知识，结合不同的毁伤特征和程度，运行地理信息系统(GIS)技术和模糊数学知识相结合，提出一套ZD毁伤综合评估的指标体系与评估数学模型；4)毁伤综合评估系统对评估模型进行算法实现和软件编程，形成一个可交互的ZD毁伤评估系统，实现对当前ZD结构、通风、给排水、电气等具体毁伤情况进行评价，并可采用地面近景摄影测量获得的毁损特征数据和EH4地球物理勘测获得的地下毁损特征数据，结合ZD使用目标，实现对ZD工程毁伤情况进行综合评估，进而确定ZD修复程度，为ZD修复设计提供参考，最终形成ZD受毁伤综合评估报告；ZD工程修复设计子系统，根据具体ZD的工程设计与建筑特点，结合不同的修复设计任务，构建工程修复模型库，为工程修复提供设计支持和应急参考，该子系统包括ZD修复模型库建立、修复设计等功能模块；1)修复模型与方案设计系统根据具体ZD工程特点与毁伤特征与程度，利用工程设计子系统各专业的设计要求，结合各专业修复具体要求，运用空间交互与可视化技术，在修复模型与技术方案库内选择较好的ZD毁伤修复设计；2)修复模型与技术方案库根据ZD受的结构、通风、给排水、电气、道路桥梁、工艺、供油供气和非标等的不同破坏程度，提供各专业多种修复型与技术方案，这些不同的修复方案构成修复模型与技术方案库，为工程修复提供设计支持和应急参考，并提供给ZD工程设计子系统进行调用；3)典型预案库模拟ZD受损毁不同等级，建立每一等级最优的修复模型与技术方案，这些方案形成典型预案库，包括计算模型、几何模型、关键参数等，ZD受毁伤时，快速提供最优的修复模型与技术方案，提供一种开放性二次开发环境，以供应用单位根据自身需要及时增加或修改有关修复模型，以满足不同ZD的需要。