一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明属于混合现实与地下工程风险预警分析技术领域，具体涉及一种基于混合现实技术的地下工程风险预警与交互式分析方法。背景技术：2.由于复杂水土环境、隐蔽地下空间、邻近建构筑物、频繁地下工程活动的相互影响，多源风险因素叠加，高度整合的地下工程信息具有很强的复杂性与分析难度。地下工程风险预警一般通过日常监测和定期专业巡查建立科学化、常态化的防控模式，捕捉与分析工程变形与病害情况，从而有效控制项目风险，已成为工程风险管控的重要手段。3.目前，现有技术主要通过监控表观测点变形量和变化速率的方式提供预警服务，相关预警结果聚焦结构响应及环境变形的变化表象。针对较为严重的风险，须明确了解其发生原因、演化机制从而采取合理有效的控制措施，尚需通过专业巡查并根据现场情况结合各类勘察设计资料的方式进行分析研判。然而，现场实际条件、监测数据、二维地质勘察信息等多源信息相互孤立，巡查人员在现场无法高效、直观地调取信息资源的支持，离散数据的联动分析给地下工程风险预警分析带来了挑战。4.因此，地下工程风险预警分析技术在现场作业环境下的预警信息交互感知及综合分析方面具有很大的提升空间。技术实现要素：5.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，通过模型处理、分块配准与预警分析功能开发的综合创新，辅助提升地下工程现场风险综合预警分析的便捷性，实现地下工程数字信息与实景信息匹配，提示工程变形程度及发展趋势较快的高风险区域，让一线工程师了解到无法直观查看工程围护结构细微变形及隐蔽位置地质条件信息，提高一线安全水平和风险分析判断能力。6.本发明的技术方案如下：7.一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，包括以下步骤：8.(1)模型基础准备工作；9.(2)依据工程场布方案进行模型分区；10.(3)标靶模型配置及位置信息获取；11.(4)revit模型向unity3d模型格式转换；12.(5)现场布设特征标靶；13.(6)现场混合现实设备配准；14.(7)加载测点、地质等模型：；15.(8)监测预警信息调取与全域显示；16.(9)指定测点监测数据调取分析；17.(10)勘察设计信息调取辅助分析。18.进一步的，上述一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，包括以下步骤：19.(1)模型基础准备工作：基于城市坐标系，在revit软件中创建地下工程项目1:1模型，对构件录入勘察设计信息与唯一标识码；20.(2)依据工程场布方案进行模型分区：根据该地下工程特点制定模型分区，以工程指定测设点为起始基准点按视阈良好距离d为直径进行模型分区；21.(3)标靶模型配置及位置信息获取：建立标靶族构件模型，在步骤2所述的每一区域选择3个视线良好、未遮蔽的特征点放置标靶族并获取其城市坐标系下的平面坐标与高程，以备现场放置与匹配；保存至步骤1的revit模型中；22.(4)revit模型向unity3d模型格式转换：将步骤3中保存的模型通过unity插件导出unity3d引擎指定格式，并储存至混合现实设备中；23.(5)现场布设特征标靶：现场按前述步骤3中坐标对进行标靶放样布设，确保每一区域的标靶位置及高程均与方案保持一致；24.(6)现场混合现实设备配准：现场使用混合现实设备，利用机载摄像镜头基于该区域内标靶点，通过空间坐标转换完成实景配准；25.(7)加载测点、地质等模型：利用混合现实设备机载的unity3d引擎加载渲染步骤4中模型，在全息显示屏的现实实景影像中叠加渲染的模型影像结果，包含分布的监测测点、地质体、地下暗埋构筑物等模型；26.(8)监测预警信息调取与全域显示：利用步骤1中所有测点携带的测点编号信息通过移动网络调取中央数据库匹配的预警数据，对所有测点模型赋予与安全级别对应的预警颜色；在步骤6所在区域内，持续计算混合现实设备与区域内测点对象之间的欧几里得距离l，每隔短暂时间对l与d的数据进行判断：若l≤d，加载满足条件的测点模型对应的最新数值，对警报信息进行闪烁提示；若d《l≤1.5d，对满足条件的测点模型的警报信息进行闪烁提示；其他情况下即l》1.5d，除了前述基础操作外不做额外操作；27.(9)指定测点监测数据调取分析：针对风险级别高的测点或是巡查人员关心的部位，可通过交互操作选择指定一个或多个测点，通过测点携带的唯一标识码，检索对应的测点编号，即时调取中央数据库匹配的监测数据，将获取的监测数据通过半透明图表方式叠加至步骤7的全息影像中，供巡查人员分析；28.(10)勘察设计信息调取辅助分析：针对风险突出的部位或是巡查人员关心的隐蔽位置，可通过交互操作来显示并选中地质模型、结构对象或地下暗埋构筑物模型，利用步骤1中模型携带的唯一标识码，调取模型构件中附带的地层信息、钻孔分层信息、结构部位设计信息及地下构筑物基本信息，通过动态监测数据与静态地质赋存条件的联动分析，从现场巡查人的第一人称视角全面了解地下工程风险情况。29.进一步的，上述一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，还包括：(11)地下工程风险预警与交互式分析的持续应用：根据巡查计划或实际风险分析需要，工程巡查人员进入新的区域后，进行新环境匹配，重复步骤6～10的进程，过程中反映风险信息并通过交互方式辅助分析，直至应用结束。30.进一步的，上述一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，所述步骤(1)模型基础准备工作中，所述模型包括但不限于地质模型、监测测点模型、地下工程结构模型和暗埋地下构筑物。31.进一步的，上述一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，所述步骤(2)依据工程场布方案进行模型分区中，所述视阈良好距离d的取值范围为10-20m。32.进一步的，上述一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，所述步骤(7)加载测点、地质等模型中，默认显示加载的模型内容可根据工程需要，在步骤1模型所涵盖的模型类型范围里进行选择配置，默认不显示加载的模型可后续手动打开。33.进一步的，上述一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，步骤(8)监测预警信息调取与全域显示中，所述l＝sqrt((x1-x2)^2+(y1-y2)^2+(z1-z2)^2)，其中x1、y1、z1为所在位置空间坐标，x2、y2、z2为测点模型包围盒中心空间坐标。34.进一步的，上述一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，包括以下步骤：35.(1)模型基础准备工作：基于城市坐标系，在revit软件中创建地下工程项目1:1模型，对构件录入勘察设计信息与唯一标识码；所述模型包括但不限于地质模型、监测测点模型、地下工程结构模型和暗埋地下构筑物；36.(2)依据工程场布方案进行模型分区：根据该地下工程特点制定模型分区，以工程指定测设点为起始基准点按视阈良好距离d为直径进行模型分区；所述视阈良好距离d的取值范围为10-20m；37.(3)标靶模型配置及位置信息获取：建立标靶族构件模型，在步骤2所述的每一区域选择3个视线良好、未遮蔽的特征点放置标靶族并获取其城市坐标系下的平面坐标与高程，以备现场放置与匹配；保存至步骤1的revit模型中；38.(4)revit模型向unity3d模型格式转换：将步骤3中保存的模型通过unity插件导出unity3d引擎指定格式，并储存至混合现实设备中；39.(5)现场布设特征标靶：现场按前述步骤3中坐标对进行标靶放样布设，确保每一区域的标靶位置及高程均与方案保持一致；40.(6)现场混合现实设备配准：现场使用混合现实设备，利用机载摄像镜头基于该区域内标靶点，通过空间坐标转换完成实景配准；41.(7)加载测点、地质等模型：利用混合现实设备机载的unity3d引擎加载渲染步骤4中模型，在全息显示屏的现实实景影像中叠加渲染的模型影像结果，包含分布的监测测点、地质体、地下暗埋构筑物等模型；默认显示加载的模型内容可根据工程需要，在步骤1模型所涵盖的模型类型范围里进行选择配置，默认不显示加载的模型可后续手动打开；42.(8)监测预警信息调取与全域显示：利用步骤1中所有测点携带的测点编号信息通过移动网络调取中央数据库匹配的预警数据，对所有测点模型赋予与安全级别对应的预警颜色；在步骤6所在区域内，持续计算混合现实设备与区域内测点对象之间的欧几里得距离l，每隔短暂时间对l与d的数据进行判断：若l≤d，加载满足条件的测点模型对应的最新数值，对警报信息进行闪烁提示；若d《l≤1.5d，对满足条件的测点模型的警报信息进行闪烁提示；其他情况下即l》1.5d，除了前述基础操作外不做额外操作；所述l＝sqrt((x1-x2)^2+(y1-y2)^2+(z1-z2)^2)，其中x1、y1、z1为所在位置空间坐标，x2、y2、z2为测点模型包围盒中心空间坐标；43.(9)指定测点监测数据调取分析：针对风险级别高的测点或是巡查人员关心的部位，可通过交互操作选择指定一个或多个测点，通过测点携带的唯一标识码，检索对应的测点编号，即时调取中央数据库匹配的监测数据，将获取的监测数据通过半透明图表方式叠加至步骤7的全息影像中，供巡查人员分析；44.(10)勘察设计信息调取辅助分析：针对风险突出的部位或是巡查人员关心的隐蔽位置，可通过交互操作来显示并选中地质模型、结构对象或地下暗埋构筑物模型，利用步骤1中模型携带的唯一标识码，调取模型构件中附带的地层信息、钻孔分层信息、结构部位设计信息及地下构筑物基本信息，通过动态监测数据与静态地质赋存条件的联动分析，从现场巡查人的第一人称视角全面了解地下工程风险情况；45.(11)地下工程风险预警与交互式分析的持续应用：根据巡查计划或实际风险分析需要，工程巡查人员进入新的区域后，进行新环境匹配，重复步骤6～10的进程，过程中反映风险信息并通过交互方式辅助分析，直至应用结束。46.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：47.(1)相较于常规的地下工程风险预警分析实施方案，本发明增加了以第一人称为核心的混合现实交互方式，针对监测预警信息，通过接入云端监测数据，实现动态施工过程中的风险进行快速定位和查看，在现实世界中直观找到风险位置，提升了现场风险表达的直观性。48.(2)本发明提出了一种现场风险预警与辅助分析一体化的交互式应用模式，构建了一种地下工程现场与岩土工程信息模型融合的三维场景，通过对地下工程背后岩土介质、结构设计参数及地下暗埋构筑物等地下要素信息的三维可视化及参数化表达，在动态监测预警信息集成的基础上增强了地下工程勘察设计信息的联动性，辅助地下工程风险预警分析，提升地下空间建设管理者及一线工程师的风险分析能力。附图说明49.图1为本发明所述方法的流程示意图。具体实施方式50.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。51.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。55.实施例56.如图1所示，一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，包括以下步骤：57.(1)基于城市坐标系，在revit软件中创建地下工程项目1:1模型，对模型构件录入勘察设计信息与唯一标识码，模型主要包含：地质模型包含地层(通过唯一标识码可查询地层编号及地层属性信息)、勘探孔(通过唯一标识码可查询孔号及钻孔分层信息)；监测测点模型(通过唯一标识码可查询测点预警信息及监测数据)；结构模型(通过唯一标识码可查询设计参数)；地下暗埋构筑物模型(如地下管网，地下障碍物，既有建构筑物桩基础等，通过唯一标识码可查询地下暗埋构筑物基础信息)。58.(2)根据该地下工程特点制定模型分区，确定巡查路径，以工程指定测设点为起始基准点按视阈d(10～20m)为直径进行模型分区；59.(3)每一区域，选择3个视线良好、未遮蔽的特征点建立标靶族并获取其城市坐标系下的地理x、y坐标与高程z，以备现场放置与匹配；60.(4)将步骤1中模型通过unity reflect插件导出unity3d引擎指定格式，并储存至混合现实设备(包括但不限于mr眼镜、智能手机等)中；61.(5)现场按前述步骤3中坐标对进行标靶放样布设，确保每一区域的标靶数量、位置及高程均与方案保持一致；62.(6)现场使用混合现实设备，利用机载摄像镜头基于标靶点完成实景分块配准；63.(7)利用混合现实设备机载的unity3d引擎加载渲染步骤4中模型，在全息显示屏的现实实景影像中叠加渲染的模型影像结果，包含分布的监测测点、地质体、地下暗埋构筑物等模型(默认显示加载的模型内容可根据工程需要，在步骤1模型所涵盖的模型类型范围里进行选择配置，默认不显示加载的模型可后续手动打开)；64.(8)利用步骤1中所有测点携带的测点编号信息通过移动网络调取中央数据库匹配的预警数据，对所有测点模型赋予与安全级别对应的预警颜色及数值标签。在步骤6所在区域内，持续计算混合现实设备与区域内测点对象之间的欧几里得距离l，l＝sqrt((x1-x2)^2+(y1-y2)^2+(z1-z2)^2)，其中x1、y1、z1为所在位置空间坐标，x2、y2、z2为测点模型包围盒中心空间坐标。每隔短暂时间对l与d的数据进行判断：若l≤d，加载满足条件的测点模型对应的最新数值，对警报信息进行闪烁提示；若d《l≤1.5d，对满足条件的测点模型的警报信息进行闪烁提示；其他情况下(即l》1.5d)，除了前述基础操作外不做额外操作。通过交互式预警提示与数据按需加载，提升风险提示效果，合理分配数据调用与渲染性能。65.(9)针对风险级别高的测点或是巡查人员关心的部位，可通过交互操作选择指定一个或多个测点，通过测点携带的唯一标识码(检索对应的测点编号)即时调取中央数据库匹配的监测数据，将获取的监测数据通过半透明图表方式叠加至步骤7的全息影像中，供巡查人员分析。66.(10)针对风险突出的部位或是巡查人员关心的隐蔽位置，可通过交互操作来显示并选中地质模型、结构对象及地下构筑物，利用步骤1中模型携带的唯一标识码，调取模型构件中附带的地层信息、钻孔分层信息、结构部位设计信息及地下构筑物基本信息，通过动态监测数据与静态地质赋存条件的联动分析，从现场巡查人的第一人称视角全面了解地下工程风险情况。67.(11)根据巡查路线规划或实际风险分析需要，工程巡查人员进入新的区域后，进行新环境匹配，重复6～10的进程，过程中反映风险信息并通过交互方式辅助分析，直至应用结束。68.由以上实施例可知，本发明所公开的一种基于混合现实的地下工程风险预警与交互式分析方法，通过模型处理、分块配准与预警分析功能开发的综合创新，辅助提升地下工程现场风险综合预警分析的便捷性，实现地下工程数字信息与实景信息匹配，提示工程变形程度及发展趋势较快的高风险区域，让一线工程师了解到无法直观查看工程围护结构细微变形及隐蔽位置地质条件信息，提高一线安全水平和风险分析判断能力。69.以上仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明的保护范围，即大凡依本发明权利要求书及发明内容所做的简单的等效变化与修改，皆仍属于本发明专利申请的保护范围。









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