申请/专利权人：宁波市水利水电规划设计研究院有限公司

申请日：2023-03-30

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN116385680B

主分类号：G06T17/05

分类号：G06T17/05;G08B21/18;G08B31/00;G06T19/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2023.07.21#实质审查的生效;2023.07.04#公开

摘要：本发明公开了一种基于UE技术的三维沉浸式大坝安全监测方法与系统，通过监测数据感知、监测预警分析和基于UE的数字孪生场景构建，形成一个三维沉浸式的大坝安全监测应用系统。本发明的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。本发明旨在基于数字孪生底座，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。

主权项：1.一种基于UE技术的三维沉浸式大坝安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：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；步骤一具体流程为：（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；（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；（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;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；步骤二具体流程为：（1）、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；（2）、利用监测数据感知模块获取大坝安全实时监测数据；（3）、将步骤（1）设定的大坝安全预警阈值与步骤（2）得到的实时监测数据进行对比分析，得到大坝安全监测预警结果;步骤三、利用DEM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；步骤三具体流程为：（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；（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；（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；（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；（5）、整合步骤（1）至（4）得到的素材，利用UE引擎进行场景构建，形成一个融合GIS、高程、BIM模型的高拟真数字孪生大坝场景；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；其中基于UE技术的三维沉浸式大坝安全监测系统包括云平台；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；监测数据感知模块用于方法步骤一中；监测预警分析模块用于方法步骤二中；基于UE的数字孪生场景构建模块用于方法步骤三中；还包括大坝安全监测应用系统；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；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，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和视角信息进行自定义配置，保障各测点位置和视角的最佳展示；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；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，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；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；热力图映射展示平滑色卡变化，也支持根据数值范围划分等值线，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，基于作图法、比较法和特征值统计法的分析方法；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，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；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、位移和加速度的指标的联系，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、漏水的情况，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，设置大坝地震安全报警等级；用户查询分析已有的震动资料与应力、位移和加速度的监测资料，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、温度的信息，提供监测数据的预警；基于现有的降雨、水位的环境量数据，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，保障信息能够及时、准确地通知到人。

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