地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统及方法，所述系统包括：BIM数据存储子系统、语义传感信息子系统、轻量应用服务器、移动终端和PC端；所述BIM数据存储子系统、所述语义传感信息子系统、所述移动终端、所述PC端分别与所述轻量应用服务器连接；本发明专利技术分别将地下空间深基坑BIM数据和传感器监测信息语义化，并利用语义Web技术将BIM数据的几何和非几何信息与语义传感信息集成到Web端，本发明专利技术的系统使用简单方便，基于手持终端，用户能随时查看当前项目的信息，而且该系统将IoT信息与BIM数据实时集成，使得用户能基于轻量化地下空间深基坑BIM查看实时风险源，提供决策支持。决策支持。决策支持。

【技术实现步骤摘要】
地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统及方法


[0001]本专利技术涉及数据处理
，尤其涉及一种地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，以BIM（Building information modelling，建筑信息模型）和IoT（Internet of things，物联网）为代表的信息化技术使得地下空间深基坑开挖风险监测手段由传统的人工检查与经验判断转向了自动化监测与识别，并广泛应用于地下空间深基坑开挖风险的实时可视化。
[0003]然而，对于更大体量、更复杂的基坑开挖工程，当前的风险实时可视化系统存在以下三个方面的不足：其一、BIM往往非常复杂，每次调用需要加载大量的信息，渲染大规模的模型，不仅对设备要求高，也极其消耗设备资源；其二、现阶段的BIM应用软件服务器主要采用的是客户端/服务器架构，即用户将相应的BIM软件客户端安装在电脑桌面，软件开发商维护服务器，使得用户无法在施工现场的任何地点、任何时间查看当前施工现场的危险信息；其三、基坑监测的项目多，造成传感器的种类繁多，收集的信息呈现多源异构的特性，由于BIM和IoT数据格式的天然壁垒，导致多源异构信息与BIM数据的集成和可视化仍然存在一定的不足。
[0004]伴随着互联网的发展，基坑开挖风险可视化技术从桌面端走向Web端、移动端是必然的趋势。为应对上述一、二的不足，学者们提出了WebGL解决方案，将BIM数据轻量化，其核心是利用HTML5/WebGL技术。然而，该技术对用户水平要求较高，需要配备专业的技术人才。更重要的是，尽管上述方案利用API和数据库技术，实现了BIM数据与IoT数据之间的调用和查询，但是仍然没有很好地解决多源异构的IoT信息之间及其与BIM数据之间轻量化集成与实时可视化的问题。
[0005]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统及方法，旨在解决多源异构的IoT信息之间及其与BIM数据之间轻量化集成与实时可视化的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，所述地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统包括BIM数据存储子系统、语义传感信息子系统、轻量应用服务器、移动终端和PC端；所述BIM数据存储子系统、所述语义传感信息子系统、所述移动终端、所述PC端分别与所述轻量应用服务器连接；BIM数据存储子系统，用于存储利用三维制图软件建立的地下空间深基坑BIM，将存储的BIM数据传输给所述轻量应用服务器，并标记所述地下空间深基坑BIM的原点坐标，
基于所述原点坐标对所述地下空间深基坑BIM的构件自动进行ID编号，筛选和关联构件的几何信息和非几何信息；语义传感信息子系统，用于采集和存储深基坑现场实时环境信息，并转换为语义XML数据后发送给所述轻量应用服务器；轻量应用服务器，用于解析和轻量化BIM数据，并进行语义转换，同时对所述语义传感信息子系统发送的语义XML数据进行语义标注，形成RDF数据流，利用本体映射方法，集成BIM信息和语义传感信息，并通过图形引擎嵌入Web浏览器；移动终端和PC端，用于利用Web浏览器查看深基坑实时风险源信息，包括各个监测点的实时监测数据及风险程度。
[0008]所述的地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其中，所述语义传感信息子系统包括：监测传感器、智能采集仪、SQL数据库和语义转换模块；所述监测传感器、所述智能采集仪、所述SQL数据库和所述语义转换模块依次连接；所述监测传感器用于收集深基坑现场实时环境信息，并发送给所述智能采集仪；所述智能采集仪用于接收所述监测传感器采集的数据，并实时将监测数据发送到所述SQL数据库；所述SQL数据库用于将所述智能采集仪发送的监测数据进行结构化存储；所述语义转换模块用于调用SQL数据库资源形成原始数据流，将原始数据格式转换为便于交换的语义XML数据，并以XML格式传输至所述轻量应用服务器。
[0009]所述的地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其中，所述监测传感器包括：土压力计、土体测缝计、静力水准仪、位移计和智能倾角计；所述土压力计、所述土体测缝计、所述静力水准仪、所述位移计和所述智能倾角计分别与所述智能采集仪连接；所述土压力计、所述土体测缝计、所述静力水准仪、所述位移计和所述智能倾角计通过有线连接的方式，将监测数据实时传输到所述智能采集仪中。
[0010]所述的地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其中，所述轻量应用服务器包括：传感器语义数据本体库、语义传感信息处理模块、BIM数据解析模块、语义映射模块、Web轻量化引擎；所述传感器语义数据本体库、所述语义传感信息处理模块、所述语义映射模块和所述Web轻量化引擎依次连接，所述BIM数据解析模块分别与所述Web轻量化引擎和所述语义映射模块连接；所述传感器语义数据本体库用于存储基于领域本体构建的传感器语义知识；所述语义传感信息处理模块用于基于领域知识本体，对XML数据添加语义信息；所述BIM数据解析模块用于解析地下空间深基坑BIM数据，以分离几何信息和非几何信息，并对几何信息进行轻量化和语义化处理；所述语义映射模块用于利用词语相似度计算算法，以构成概念的中心词为对象，建立传感器监测数据本体与BIM几何信息本体之间的映射关系，将语义传感信息子系统的实时监测数据与BIM数据集成，并通过嵌入的格式转换器，将结果从RDF格式转换为XML格式，传输至所述Web轻量化引擎；
所述Web轻量化引擎用于直接调用带有ID编号的非几何信息，并基于WebGL的Three.js库，通过解析JSON文件、构造场景和渲染将集成的模型嵌入到浏览器中。
[0011]所述的地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其中，所述语义传感信息处理模块包括：XML数据标注单元和To
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RDF单元；所述XML数据标注单元和所述To
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RDF单元连接；所述XML数据标注单元用于接收所述语义转换模块传输的实时数据流，并按照利用存储在所述传感器语义数据本体库的语义传感器本体模式，对XML数据进行标注；所述To
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RDF单元用于对XML数据进行格式转换、分割、重构和编码，形成传感器数据流本体，并将结果以RDF的格式传输到所述语义映射模块。
[0012]所述的地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其中，所述BIM数据解析模块包括：BIM数据解析单元、非几何信息存储单元、几何信息存储单元、几何信息轻量化表示单元和IFC2RDF单元；所述BIM数据解析单元分别与所述非几何信息存储单元和所述几何信息存储单元连接，所述几何信息存储单元、所述几何信息轻量化表示单元和所述IFC2RDF单元依次连接；所述非几何信息存储单元和所述Web轻量化引擎连接，所述IFC2RDF单元与所述语义映射模块连接；所述BIM数据解析单元用于将所述地下空间深基坑BIM数据转换成标准IFC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其特征在于，所述地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统包括：BIM数据存储子系统、语义传感信息子系统、轻量应用服务器、移动终端和PC端；所述BIM数据存储子系统、所述语义传感信息子系统、所述移动终端、所述PC端分别与所述轻量应用服务器连接；BIM数据存储子系统，用于存储利用三维制图软件建立的地下空间深基坑BIM，将存储的BIM数据传输给所述轻量应用服务器，并标记所述地下空间深基坑BIM的原点坐标，基于所述原点坐标对所述地下空间深基坑BIM的构件自动进行ID编号，筛选和关联构件的几何信息和非几何信息；语义传感信息子系统，用于采集和存储深基坑现场实时环境信息，并转换为语义XML数据后发送给所述轻量应用服务器；轻量应用服务器，用于解析和轻量化BIM数据，并进行语义转换，同时对所述语义传感信息子系统发送的语义XML数据进行语义标注，形成RDF数据流，利用本体映射方法，集成BIM信息和语义传感信息，并通过图形引擎嵌入Web浏览器；移动终端和PC端，用于利用Web浏览器查看深基坑实时风险源信息，包括各个监测点的实时监测数据及风险程度。2.根据权利要求1所述的地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其特征在于，所述语义传感信息子系统包括：监测传感器、智能采集仪、SQL数据库和语义转换模块；所述监测传感器、所述智能采集仪、所述SQL数据库和所述语义转换模块依次连接；所述监测传感器用于收集深基坑现场实时环境信息，并发送给所述智能采集仪；所述智能采集仪用于接收所述监测传感器采集的数据，并实时将监测数据发送到所述SQL数据库；所述SQL数据库用于将所述智能采集仪发送的监测数据进行结构化存储；所述语义转换模块用于调用SQL数据库资源形成原始数据流，将原始数据格式转换为便于交换的语义XML数据，并以XML格式传输至所述轻量应用服务器。3.根据权利要求2所述的地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其特征在于，所述监测传感器包括：土压力计、土体测缝计、静力水准仪、位移计和智能倾角计；所述土压力计、所述土体测缝计、所述静力水准仪、所述位移计和所述智能倾角计分别与所述智能采集仪连接；所述土压力计、所述土体测缝计、所述静力水准仪、所述位移计和所述智能倾角计通过有线连接的方式，将监测数据实时传输到所述智能采集仪中。4.根据权利要求2或3所述的地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其特征在于，所述轻量应用服务器包括：传感器语义数据本体库、语义传感信息处理模块、BIM数据解析模块、语义映射模块、Web轻量化引擎；所述传感器语义数据本体库、所述语义传感信息处理模块、所述语义映射模块和所述Web轻量化引擎依次连接，所述BIM数据解析模块分别与所述Web轻量化引擎和所述语义映射模块连接；所述传感器语义数据本体库用于存储基于领域本体构建的传感器语义知识；所述语义传感信息处理模块用于基于领域知识本体，对XML数据添加语义信息；
所述BIM数据解析模块用于解析地下空间深基坑BIM数据，以分离几何信息和非几何信息，并对几何信息进行轻量化和语义化处理；所述语义映射模块用于利用词语相似度计算算法，以构成概念的中心词为对象，建立传感器监测数据本体与BIM几何信息本体之间的映射关系，将语义传感信息子系统的实时监测数据与BIM数据集成，并通过嵌入的格式转换器，将结果从RDF格式转换为XML格式，传输至所述Web轻量化引擎；所述Web轻量化引擎用于直接调用带有ID编号的非几何信息，并基于WebGL的Three.js库，通过解析JSON文件、构造场景和渲染将集成的模型嵌入到浏览器中。5.根据权利要求4所述的地下空间深基坑开挖风险监测的轻量可视化系统，其特征在于，所述语义传感信息处理模块包括：XML数据标注单元和To
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖龙辉，杨川，全丽蓉，廖奎安，梁逸飞，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：