(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210946600.1 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 福建中锐网络股份有限公司 地址 350108 福建省福州市闽侯县福州大 学国家大 学科技园8号楼5层 (72)发明人 张紫盈　陈醒　陈友武　施章渠　 黄祖海　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 专利代理师 丘鸿超　蔡学俊 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G01C 11/02(2006.01) G01C 13/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01)G06F 30/27(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于虚拟现实技术的大中型水库安全 巡检系统 (57)摘要 本发明提出一种基于虚拟现实技术的大中 型水库安全巡检系统， 包括： 传感系统： 在 物理大 坝现场安装至少包括水雨情监测器、 湿度传感器 和液位传感器的多种传感器， 用于采集物理大坝 的状态信息、 性态信息及周边环境信息， 通过预 设的各类传感器、 得到数据并且进行实时传输； BIM模型数字孪生大坝： 基于物理大坝构建虚拟 BIM模型， 与物理大坝形成一对一的映射， 反映大 坝结构特征、 材料特征、 建造过程特征、 运行维护 过程特征以及性态变化特征， 用于计算分析并根 据物理大坝变化进行即时更新； 数据处理系统； 以及物联网系统， 用于连接传感系统、 BIM模型数 字孪生大坝和数据处理系统。 旨在实现数字孪生 体与物理实体之间信息交 互和虚拟调控。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115374508 A 2022.11.22 CN 115374508 A 1.一种基于虚拟现实技 术的大中型 水库安全巡检系统， 其特 征在于， 包括： 传感系统： 在物理大坝现场安装至少包括水雨情监测器、 湿度传感器和液位传感器的 多种传感器， 用于采集物理大坝的状态信息、 性态信息及周边环境信息， 通过预设的各类传 感器、 得到数据并且进行实时传输； BIM模型数字孪生大坝： 基于物理大坝构建虚拟BIM模型， 与物理大坝形成一对一的映 射， 反映大坝结构特征、 材料特征、 建造过程特征、 运行维护过程特征以及性态变化特征， 用 于计算分析并根据物理大坝变化进行即时更新； 数据处理系统； 以及物联网系统， 用于连接传感系统、 BIM模型 数字孪生大坝和数据处 理系统。 2.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的大中型水库安全巡检系统， 其特征在于： 所述传感系统采集的实时监测数据进 行预处理后传输至物联网系统； 所述数据处理系统依 照水利行业标准创建数据库， 存储地形数据、 气象数据、 水文 数据、 社会 经济数据、 实时数据 和历史数据， 并将物联网系统提供的预处理后的各项实时监测数据经过数据 清洗后存储至 标准数据库。 3.根据权利要求1所述的基于虚拟现实技术的大中型水库安全巡检系统， 其特征在于： 所述BIM模型 数字孪生大坝的构建方法为： 利用无人机设备进行航拍和激光扫描， 得到待建模区域的点云数据和视频图像； 对点云数据进行增强、 分割、 分类操作， 以便清洁和丰富点云模型， 并对点云数据进行 去噪和精简； 通过迭代最近点方法对地面密集点云和空中密集点云进行配准， 导出进行配准时的刚 体变换， 根据该刚体 变换对地 面密集点云和空中密集 点云进行融合， 得到空地 三维点云； 将全景摄影测量影像与三维点云进行融合， 得到目标区域中地面及物体的精确几何模 型与全方位纹 理信息， 真实地重构场景的三维样貌； 通过近景全景数据弥补所得三维模型在覆盖侧面及底部场景的缺陷， 以进一步提高建 模效果； 采用彩色二 值化处理方法对建模影 像进行色彩平衡处 理， 其步骤如下： Step1、 设图像在像素点(n， k)处的灰度值f(n， k)， 考虑以像素点(n， k)为中心的(2i+1) ×(2i+1)窗口； Step2、 计算图像中各个 像素点(n， k)的阈值T(n， k)； Step3、 对图像中各像素点(n， k)用b(n， k)值逐点进行二 值化。 4.根据权利要求3所述的基于虚拟现实技术的大中型水库安全巡检系统， 其特征在于： 在所述BIM模型 数字孪生大坝当中： 将水库、 堤防、 闸等水利工程、 视频监视器、 水雨情监测器、 湿度传感器和液位传感器等 现场传感器的三维 实景模型 数据叠加到GIS地图， 进行展示； 在现场勘测后选取拍摄节点， 利用三脚架和全景云台进行拍摄， 并对所得大坝现场图 片进行修整和拼接， 导出 720VR全景图片， 并叠加到GIS地图进行展示； 将所得标准数据库内的实时监测数据， 以及视频监视器回传的现场监控视频， 叠加至 GIS地图内进行展示。 5.根据权利要求3所述的基于虚拟现实技术的大中型水库安全巡检系统， 其特征在于：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374508 A 2在三维建模的实施中， 对点云数据进行轻量化处理， 具体处理方法为： 利用点云处理软件， 采用特征提取算法获取建筑物轮廓特征点云数据， 在保留特征点云数据 精度达到厘米级的 前提下， 去除部分离群点云以及部分 建筑物内部点云数据。 6.根据权利要求2所述的基于虚拟现实技术的大中型水库安全巡检系统， 其特征在于： 所述数据清洗具体包括以下步骤： 根据包括水位、 降雨量的各水文数据的业务特性， 设计不同的异常数据 过滤规则、 时段 数据转换规则以及缺失补值 算法； 利用异常数据过 滤规则， 对各项实时监测进行 过滤； 根据时段数据转换规则， 将从现场传感器采集的各项实时监测数据转换为满足业务需 求的各类数据格式； 对经过数据清洗后的各项实时监测数据进行 校验， 剔除校验失败的监测数据。 7.根据权利要求2所述的基于虚拟现实技术的大中型水库安全巡检系统， 其特征在于： 所述数据 处理系统对标准数据库内采集到的原始数据进行处理， 建立数据 处理模型； 针对 大坝安全隐患， 结合包括多元非线性回归、 机器学习的多种 数据分析方法判别大坝的安全 状态， 为大坝安全预警判断进行支撑 。 8.根据权利要求2所述的基于虚拟现实技术的大中型水库安全巡检系统， 其特征在于： 所述数据 处理系统根据水利行业预警分级标准， 识别预警等级、 生成预警决策并发出预警 信息； 根据历史监测数据、 历史预警记录、 历史巡检记录、 历史维保记录， 定期自动导出各项 业务报告。 9.根据权利要求2所述的基于虚拟现实技术的大中型水库安全巡检系统， 其特征在于： 所述数据处理系统包括 实时监测子系统、 监测分析子系统、 安全巡检子系统、 预警发布子系 统、 视频监控子系统、 监测报告子系统； 所述实时监测子系统用于存储各项监测数据， 并基于地理信 息系统， 叠加在二维地图、 三维BIM模型中进行直观的展示； 所述监测分析子系统用于对数据库的各项监测数据进行分类 计算和统计分析； 所述安全巡检子系统基于业务流引擎， 对巡检点、 巡检计划、 巡检人员进行管理， 登记 巡检人员信息， 指派其负责的巡检 计划； 所述预警发布子系统用于根据超阈值的构建运行参数， 对超阈值的各项大坝监测数据 进行报警； 所述视频监控子系统与大坝安全监测系统连接， 并通过视频监控模块对监控录像文件 的快速检索、 定位、 比对及备份， 实现统一的身份认证和权限管理， 保证信息和数据的安全； 所述监测报告子系统用于展示大坝日常运行产 出的各种报告， 包括： 巡检报告、 维修报 告、 养护报告。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374508 A 3