探究指挥防护工程三维可视化全信息保障系统设计

探究指挥防护工程三维可视化全信息保障系统设计

苟新平

江苏星湖科技有限公司，江苏南京  210000

摘要：本文分析了指挥防护工程三维可视化全信息保障系统设计，对防护工程内部各区域及设备实现模型定位及远程投切。并集成接入多套现有系统，实现对工程内部设备管理的信息化、自动化、智慧化。通过利用大数据分析技术，实现工程内部能耗的实时监测及能源管理辅助决策分析，通过能耗数据的分析测算，达到覆盖工程、功能区域、设备设施及其配套辅助设施的能源消耗监测、统计、分析、控制及管理的目标。

关键词：指挥防护工程；三维可视化；全信息保障；系统设计

引言

在指挥防护工程三维可视化全信息保障系统的整体设计中考虑未来将对接多个子系统。在信息全面感知和互联的基础上，实现工程通讯管理，安全管理，设备管理，物资管理等方面的智能化；还将以设备——系统/功能区为维度进行模型的分层展示，辅助系统使用人员在三维模型中进行设备单点定位；从而达到将三维模型植入防护工程管理中，打造出一体化、可视化的防护工程管理系统。

一、系统设计内容

整合各子系统功能及工程信息保障需求进行一体化平台设计与实现；系统基于B/S架构进行开发，进行设计与开发功能和设备的三维模型。在三维模型上集中展示工程环境信息、设备运维信息、人员出入信息、视频监控信息、能源消耗信息、物资库存信息等功能。系统开发有应用端和管理端两种，应用端主要是用户日常使用的界面，管理端是对系统基本信息，三维模型、组态信息、配置信息等管理。

二、系统架构设计

2.1系统整体架构

指挥防护工程全信息管理系统关联设备多，功能复杂。总体方案设计应打破传统智能化子系统单独建设的模式，重新定义末端设备和传感器，拆分重组，通过物联网技术把不同专业的设备生产数据融合，利用API接口支撑应用服务。结合大数据分析、云计算、可视化等技术，让系统更加智能。

遵循“从上而下设计、从下而上实施”“总体规划、分步实施”的原则。因此，项目组提出了采用“云+管+端”的技术架构，融合智能化各子系统功能，通过一套平台实现对所有功能的融合管理。

设备层-端：主要是工程现场各个子系统的前端设备，按照设计点位部署方式和技术要求安装实施。

接入层-管：使用物联网管道侧设备、软件定义IOT边缘接入设备等产品，结合媒体终端、第三方子系统数据和无线路由器接口，实现各种设备和专业子系统的标准接入，实现统一化、标准化和智慧化的弱电施工建设与后期运维管理。

平台层-云：结合防护指挥工程的特点，平台层采用私有云方式实现，确保工程数据的安全性。云服务部署本地服务池，保证数据的高度稳定。即使设备出现宕机，平台仍可以正常运行。对各专业子系统的信息进行统一融合处理，对外提供统一服务接口。结合工程使用实际，按需开发、部署、展现各类业务的数据。如下图1所示：

图1 系统总体架构

2.2体系结构

根据对系统整体架构的设计和功能需求重新进行划分，设计了系统体系结构。如下图2所示：

图2 系统的体系结构图

系统体系结构有接入、设备、业务实现、技术支撑、展现访问层五种。

设备层：主要包括工程内的各类设备和传感器。

接入层：包括软件网关、硬件网关、报警主机、DDC控制器、PLC等，主要负责设备接入。接入层向下通过各类通信协议与设备层连接，采集数据，下发指令；向上通过TCP/IP协议提供数据支撑和指令接收。

技术支撑层：包括BIM引擎、组态引擎、工作流引擎、任务引擎、消息组件、视频组件、算法组件、推送组件等。主要为业务实现层提供技术支撑。

业务实现层：是根据业务功能需求，实现具体的业务逻辑。

展现访问层：即通过三维可视化技术、大数据技术向用户展现各类数据和操作界面。

这种体系结构层次清晰、设计灵活、分工明确，可靠性高、扩展性好、可以兼容当前各类设备和系统。功能和算法可以不断扩展和优化。

三、系统主要功能设计

3.1首页

首页展示基于防护工程的三维BIM模型，支持放大、缩小、旋转等基础操作。；并且支持针对单个部件、区域进行定位、放大、缩小等操作，定位到单个部件需要进行高亮标识该部件。

首页支持对整体工程进行三防模式的切换，并且切换模式时需要在设备信息栏中展示所选模式下各个口部设备的工作状态。

展示工程整体内部的设备总数，并利用概览模型进行标注各个系统数量，包括环境监测、通风、给排水、电气、供配电系统和工程占地面积。

基于整体工程对系统以及功能区进行tab页面的切换，具体分化到设备类型或单个功能区域。功能区分层结构有：口部（一号口部、二号口部、三号口部）、进风机房（一号口部进风机房、二号口部进风机房、三号口部进风机房）、排风机房（一号口部排风机房、二号口部排风机房、三号口部排风机房）、发电机房、空调机房、排污房、水泵房。

通过对系统设备类型的复选，实现在模型中标注设备点位信息；通过单选功能区，实现在模型中高亮展示所选区域以及区域下涉及到的相关设备，并支持查看所选区域内的实时监控视频。

3.2设备运行

需要实现对二级菜单的下拉选择，包括口部、进风机房、排风机房、空调机房、发电机房、水泵房、排污房的具体细分；二级菜单选择单个功能区后，需要展示所选功能区域内的设备列表；并且页面背景需要定位到所选二级菜单的区域，并以颜色区分。

通过选择设备列表中的单个设备，BIM模型实现定位到所选设备的位置，放大并高亮展示；并且在详细信息栏中展示该设备近七天耗电量、设备控制开关、设备状态展示、以及设备启停记录。

3.3能源总览

以图表形式展示整体工程内部的能源消耗情况，包括：综合耗电量、昨日耗电量、综合能耗量、昨日耗水量、上月耗电量、月耗电量、年耗电量、上月耗水量、月耗水量、年耗水量、昨日耗油量、上月耗油量、月耗油量、年耗油量。

3.4区域能耗

通过对功能区域的切换可查看各个区域内部的能耗分析图，并对本期及上期进行对比查看，可同时查看同比能耗、环比能耗。

对时间段内能耗数据进行统计值、最大值、最小值、平均值分析，对时间段内的统计值进行同比、环比分析。

3.5分项能耗

通过对系统设备类型的切换可查看各个类型设备的能耗分析图，并对本期及上期进行对比查看，可同时查看同比能耗、环比能耗。

对时间段内能耗数据进行统计值、最大值、最小值、平均值分析，对时间段内的统计值进行同比、环比分析。

3.6全生命周期

全生命周期管理主要记录工程内部已登记设备的台账信息，同时支持展示单个设备的页面、历史数据、实时数据、运行记录、维修记录、报警记录、综合评分等信息。

页面需要展示工程内部所有的设备列表，并支持对单个设备进行详情查看的操作，切换设备默认展示设备的基础信息，包括：设备的名称、型号、编号和安装信息、模型信息、GIS信息等；

实时数据需要指的是设备进行设备实时数据的展示；

历史数据需要指的是对设备进行设备历史数据、平均值、最大值、最小值的展示，分时段查看及导出功能；

运行记录需要按照时间段进行筛选展示设备的具体操作内容及时间记录；

报警记录需要按照时间段、报警状态进行筛选展示设备的报警记录；

维修记录需要指的是根据时间段进行展示设备维修记录；

综合评分按照设备的启停次数、使用时长、故障次数、在线率、保养次数进行综合评分。

3.7监控统计

把不同厂家的监控设备视频流转换为标准流，提供跨平台的流媒体服务并支持多种操作系统的客户端。在开启尺寸控制功能后，流媒体转换服务器会智能地分析原视频尺寸和转码配置的尺寸，避免因配置失误导致视频宽高尺寸出现过度拉伸情况。流媒体转换服务器提供CPU占用率设置，用户根据选择实时、高、较高、标准、低、较低等选项。媒体转换服务器支持对flv、f4v、mov、m4v、3gp、f4m、mp3、rmvb、rm、avi、mpeg、mkv格式转码为MP4格式的视频。

监控统计需要按照监控视频流的状态进行流量监测、内存监测、磁盘监测。

并统计展示整体工程内部的监控设备数量以及在离线情况。

四、非功能性设计

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系统采用高级人机界面学时，要注重易用美观。采用电子地图方式显示子系统、设备和楼层的信息，操作界面简单。能化软件部分的界面风格由智能化集成系统提供整体解决方案，以确保集成系统和各子系统的工作界面风格保持一致，具体如下：

（1）支持三维数据展示和各系统在三维图像上的控制；

（2）系统采用统一的中英文标识；

（3）系统采用统一的电子地图、图形界面和设备组态；

（4）系统采用统一的数据命名格式。

先提供二维界面支持，然后满足功能需求后再进行研发三维界面，研发要按照先满足功能需求，再满足界面需求的思路。

参考资料：

1《智能建筑工程质量验收规范》（GB 50339-2003）

2《软件工程国家标准》（2006）

3《计算机软件开发规范》（GB8566-87）

4《计算机软件开发质量及配套管理计划规范》（GB12504-12509-90）

5《信息技术互连国际标准》（ISO/IEC11801-95）