基于虚拟现实和物联网的水闸自动化监控系统

时间:2022-10-29 09:49:20

基于虚拟现实和物联网的水闸自动化监控系统

【摘要】利用虚拟现实和物联网技术实现对水闸状况的自动化监控,通过虚拟现实能够有效的把握水闸的运行情况,以便于及时对其变化做出应对。并且通过传感器可以及时获取闸门的各项数据、信息,及时反映异常状况,迅速定位。以下通过在虚拟现实和物联网基础之上,对水闸的自动化监控系统进行了分析和研究。

【关键词】虚拟现实;物联网;水闸监控;自动化

引言

水闸作为挡潮排涝当中的重要枢纽,不仅能够有效的控制河流水位,保障附近居民、企业的生产生活用水的安全便利,而且还可以降低自然灾害的危害。除此之外水闸也还在保护环境、保障水体交换等方面起到重大的作用。

一、总体技术构架的设计

基于虚拟现实和物联网的水闸自动化监控系统,整个系统的总体构架的设计,主要包括了三个方面的内容:感知层、网络层、应用层。

(一)感知层

物联网的信息主要源自于信息感知,它是物联网技术运用的基础。而感知层又主要是由闸位传感器、智能电器表、视频传感器等组成。感知层的主要作用是为自动化监控系统提供信息支持,以辅助系统进行正常的运行和正确的决策。其提供的信息主要包括了实时水情、变电运行、报警等方面的内容。感知层在获得各项自动化监控系统所需要的数据之后,再通过网络通道及时传输,然后再由中心数据库进行存储。

(二)网络层

如今信息网络技术飞速发展,网络技术也被运用到水闸的监控系统当中,以提高信息传递的高速性和及时性、准确性。网络层主要由有线网络或者无线网络构成,对感知层获得的各项数据和信息进行传递、处理。并且将获取的数据存储在中心数据库当中,为应用系统的运行提供数据基础。

(三)应用层

应用层通过以上两层得来的各项数据、信息,再使用水文水利计算,对闸门的开度进行自动设定,提高对闸门的自动化控制程度。并且通过虚拟现实对闸门的运行情况进行模拟,同时对实时视频图像和闸门的调度方案进行一致性的检测。如图1所示就是总体系统构架的设计图。

二、场景的三维建模、信息集成

(一)三维建模的内容

要保障虚拟现实当中的一切和现实高度契合,因此要求在进行建模之时应该要考虑到涉及水闸工程的各个方面的因素。比如水闸工程的环境因素、水闸建筑等,数据基础则主要是来自于工程图纸、影像数据等。并且在水闸建筑的精细建模当中,为了保证对每个闸门的独立控制,就必须进行相应闸门的单独建模。

(二)建模流程设计

基于虚拟现实和物联网的水闸自动化控制系统,实际上就是对地形、地上实体和河流水体,进行集成描述、建模、分析和管理的可视化信息系统。在建模过程当中主要运用了美国设计的MicroDEM软件、3D Studio Max软件、Unity3D。首先进行地表场景和水体的建模,然后再进行水闸模型和建筑物的建模。最终的效果图如图2所示。

(三)虚拟现实环境和监控设备集成

通过以上两步已经成功完成建模,再利用Unity3D调取中心数据库的实时数据,将监测监控设备模型和水闸自动化监控系统进行集成,为虚拟环境当中水闸在进行调度之时高度契合现实状况,提供真实数据作为基础。然后再通过C#脚本开发语言,按照实际的要求、闸门的具体情况等对模型进行开发以及调试,最终实现对水闸的自动化监控。

三、系统功能设计

对系统的功能进行设计必须要满足四个方面的要求:第一,要求虚拟现实能够高度的还原现实情况,并且能够通过多视角的转换达到对闸门全方位的浏览和模拟。第二,在三维场景当中能够快速的进行信息的查询,以及具体的定位浏览,并且以高亮的形式展现。第三,实现水闸的智能化优化调度。然后将具体需要开启的孔数、闸门号等,以命令形式传达给监控系统,进而提高运行效率,减低劳动量,避免或者减少操作失误现象。第四,提高对水闸的自动化监控。系统运行当中通过感知设备获得数据,进而了解现场设备运行、水位观测、机房设备状态等的实时状态、图像等。将实际情况和模型进行对比验证,然后通过模拟以便于及时了解闸门情况,发现异常做出及时而准确的应对,提高水闸的安全性和稳定性。

结语

综上所述基于虚拟现实和物联网的水闸自动化监控系统,具有诸多的优势,其能够有效的提高对水闸的自动化和智能化控制,及时的了解水闸情况并且做出正确处理。在总体的系统构架设计当中要尤其注意对感知层、网络层、应用层的设计,缺一不可。建模当中为了最大限度的还原闸门现实状况,必须要结合闸门建筑、图纸设计等各个方面的数据,以提高模拟当中的准确度和可行性。

参考文献

[1]王履华,孙在宏,吴长彬,曾微波.基于虚拟现实和物联网的水闸自动化监控系统[J].地理信息世界,2013,04:51-55.

[2]杨建宇.基于虚拟现实的数字样机若干关键技术研究与应用[D].东北大学,2010.

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