专利名称：一种基于虚拟现实和物联网技术的水闸交互控制系统的制作方法
技术领域：
本发明是将虚拟现实和物联网相结合的技术应用于水闸的交互控制，通过物联网技术手段实时接入水闸电自动化监控系统的运行参数和获取实时水位信息，在虚拟现实的场景中进行可视化展现，并提供水闸的开闭方案和设备的交互控制，适用于水利管理部门对水闸的在线监控和管理。
背景技术：
近年来，物联网技术在国内外迅速发展，物联网的核心思想是通过感知设备对感知对象进行识别、定位、跟踪、监控和管理。虚拟现实技术为用户提供一个集视觉、听觉、触觉等为一体的真实虚拟环境，利用物联网前端传感器获取的各种信息可以对被感知对象进行虚拟重建、再现，从而可以建立具有真三维景观描述的、可实时交互的、能进行空间分析 和查询的地理信息工程应用，将使物联网的感知和显示能力发生质的变化。由于水闸所处的工作环境普遍比较恶劣，其液压系统、传感设备装置等元器件老化较快，经常出现误动、拒动现象，信息一般没有数字化，更没有进行存储[1]。部分地区建立了水闸综合自动化系统，并利用三维仿真系统模拟水闸调水模型，但三维仿真系统都是单向的数据接口，只能进行水闸信息的模拟演示[3]。另外，虚拟现实技术也有在水闸工程的设计方面有应用案例[2]，但尚未应用于水闸运行的日常管理中。为提高水利工程效益和管理水平，适应现代化水利的要求，采用虚拟现实和物联网技术建立水利闸门控制、维护和技术管理综合集成自动化系统，可以提高调度运行响应速度和能力，实现在线优化调度，充分发挥水利枢纽工程在国民经济建设和社会发展中的作用。[I]宋春杰，王辉.水闸自动化监控系统的组成及关键设计.信息技术，2012, NO. 17:33-34.
[2]刘万新，许辉，唐文坚.虚拟现实技术在水闸工程设计中的应用.人民长江，2012，43(7) :24-28.
[3]曹阳，卢爱菊.福建省九龙江北溪水闸综合自动化系统设计.人民长江，2009，40(2) :81-85.
发明内容
本发明的目的在于提供一种水闸交互控制的实现方式，采用虚拟现实和物联网技术，实现根据制定的闸门开闭方案来控制闸门的运行，通过物联网感知设备实时获取闸门运行、水位、流量等数据，和开闭方案的一致性进行检测，并对异常信息及时捕获和定位，在可视化的虚拟现环境中展现运行结果。本发明的技术方案是基于虚拟现实和物联网技术的水闸交互控制系统，包含感知层、网络层和应用层构成。其中，所述感知层包括了闸门控制、视频监控、水位监测等模块。所述闸门控制模块用于闸门调度的远程控制，并实时采集闸门控制系统数据，包括闸门开度信息、变电所运行信息、各设备运行信息、系统故障及报警信息等；所述视频监控模块用于获取和存储各监控点的实时视频图像信息；所述水位监测模块用于获取水闸内外实时水位和流量信息。所述网络层是指通过有线或无线网络，传递和处理感知层获取水闸的监测、监控、控制等信息。所述应用层是指物联网和用户的接口，包含了水闸的虚拟现实展现模块和智能调水管理模块。 所述的虚拟现实展现模块是指将水闸场景内外进行三维精细建模，采用虚拟现实的技术在软件中进行展现。系统提供第一人称视角、第三人称视角、全景视角、飞行模式的沉浸式场景浏览功能，并在场景中提供交互查询的功能，点击场景中的监测、监控、控制设备，调取设备的实时运行信息，在场景中进行展现。所述的智能调水管理模块是指在获取闸门实时运行数据、洪水预报信息的基础上，根据水闸调度数据模型，按照水工要求、闸门运行规则以及闸门工况，通过调洪计算得出闸门运行调度模式，包括开启闸门号、开启孔数、闸门开启度等，发送命令至闸门控制系统，实现闸门调度功能。进一步，所述的智能调水管理模块还包含了闸门调度的实际运行情况和调度模型的一致性的实时监测。在闸门调度运行的过程中，通过感知设备反馈的数据，和调度模型进行验证，并在可视化的虚拟现环境中展现验证结果，可准确的获取和定位闸门在调度运行过程中的异常情况。本发明以专业化、可视化的虚拟现实模型为基础，综合集成水闸监测、监控、控制等系统，实时采集各种数据，并进行集中管理、分析，为闸门的调度提供可视化辅助决策环境。使用本发明可以实现根据制定的闸门开闭方案来控制闸门的运行，并通过物联网感知设备实时获取闸门运行、水位、流量等数据，和开闭方案的一致性进行检测，在可视化的虚拟现环境中展现运行结果，提高了水闸调度运行响应速度和安全性，实现在线优化调度。使用本发明能够改变原有的水闸调度方式，提供了一种高效、直观的信息化手段和有效的水闸交互控制模式。
图I是本发明的系统技术架构图 图2是本发明的系统建设和实现流程图
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。本发明的系统技术架构如图I所示，基于虚拟现实和物联网技术的水闸交互控制系统，包含感知层、网络层和应用层构成。感知层包括了闸门控制、视频监控、水位监测等模块；应用层包含了水闸的虚拟现实展现模块和智能调水管理模块；感知层和应用层通过网络层的有线或无线网络进行连接。
本发明的系统建设和实现流程如图2所示，其具体过程如下
步骤一利用三维建模工具软件3ds Max、Sketchup等建立水闸场景的精细三维模型，并转换为FBX交换文件格式；
步骤二 将水闸场景的精细三维模型导入到虚拟现实软件系统中，并设置场景的灯光、水流等声、光、动画效果，虚拟再现现实环境；
步骤三根据接口将闸门控制、视频监控、水位监测等设备和场景中的模型进行关联，实现在场景中对监测监控设备的交互控制；
步骤四系统建立完成后，通过获取闸门实时运行数据、洪水预报信息的基础上，根据水闸调度数据模型，按照水工要求、闸门运行规则以及闸门工况，计算得出闸门运行调度模式，包括开启闸门号、开启孔数、闸门开启度等；
步骤五根据制定的闸门开闭方案来控制闸门的运行，发送命令至闸门控制系统，实现闸门的调度功能。在闸门调度运行的过程中，通过感知设备反馈的数据，和调度模型进行一 致性验证，在可视化的虚拟现环境中展现验证结果，准确地获取和定位闸门在调度运行过程中的异常情况。
权利要求
1.一种基于虚拟现实和物联网技术的水闸交互控制系统，包含感知层、网络层和应用层，其特征在于， 其中，所述感知层包括了闸门控制、视频监控、水位监测模块；所述闸门控制模块用于闸门调度的远程控制，并实时采集闸门控制系统数据，包括闸门开度信息、变电所运行信息、各设备运行信息、系统故障及报警信息；所述视频监控模块用于获取和存储各监控点的实时视频图像信息；所述水位监测模块用于获取水闸内外实时水位和流量信息； 所述网络层是指通过有线或无线网络，传递和处理感知层获取水闸的监测、监控、控制信息； 所述应用层是指物联网和用户的接口，包含了水闸的虚拟现实展现模块和智能调水管理模块。
2.根据权利要求I所述的一种基于虚拟现实和物联网技术的水闸交互控制系统，其特征在于，所述虚拟现实展现模块是指将水闸场景内外进行三维精细建模，采用虚拟现实的技术在软件中进行展现；系统提供第一人称视角、第三人称视角、全景视角、飞行模式的沉浸式场景浏览功能，并在场景中提供交互查询的功能，点击场景中的监测、监控、控制设备，调取设备的实时运行信息，在场景中进行展现。
3.根据权利要求I所述的一种基于虚拟现实和物联网技术的水闸交互控制系统，其特征在于，所述的智能调水管理模块是指在获取闸门实时运行数据、洪水预报信息的基础上，根据水闸调度数据模型，按照水工要求、闸门运行规则以及闸门工况，通过调洪计算得出闸门运行调度模式，包括开启闸门号、开启孔数、闸门开启度等，发送命令至闸门控制系统，实现闸门调度功能。
4.根据权利要求3所述的一种基于虚拟现实和物联网技术的水闸交互控制系统，其特征在于，所述的智能调水管理模块还包含了闸门调度的实际运行情况和调度模型的一致性的实时监测；在闸门调度运行的过程中，通过感知设备反馈的数据，和调度模型进行验证，并在可视化的虚拟现环境中展现验证结果，可准确的获取和定位闸门在调度运行过程中的异常情况。
全文摘要
一种基于虚拟现实和物联网技术的水闸交互控制系统，包含感知层、网络层和应用层。本发明能够改变原有的水闸调度方式，提供了一种高效、直观的信息化手段和有效的水闸交互控制模式。
文档编号E02B7/20GK102877443SQ201210425870
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者王履华, 孙在宏, 吴长彬, 曾微波, 葛艳波, 骆浩, 高权忠 申请人:南京国图信息产业股份有限公司