贾真真，刘钦超，王 菂

（1.泰安市水利勘测设计研究院，山东 泰安 271000；2.山东领成勘察设计有限公司，山东 泰安 271000；3.山东省水利勘测设计院有限公司，山东 济南 250014）

三维可视化信息集成平台是泰安市大河水库基于云架构的“智慧水库”平台的门户，它与水库安全监测、综合分析与运行管理系统浑然一体，组成了一个三维立体可视化信息集成系统，把大坝、溢洪闸和放水洞的变形、渗流和压力（应力）等安全监测系统，降水、气温、水位、流速、流量、水温、水质等环境量监测系统，视频监控、闸阀控制、智能巡检等系统融为一体，通过三维可视化的方式展现运行，使所见即所得成为现实。

1 系统的总体架构与技术特性

1.1 总体架构

系统采用SOA 架构，集合全景三维、虚拟仿真、互联网、HTML5 等先进技术进行应用研发，主模块采用Unity3D 平台进行开发，针对Web 应用集成web GL 模块，开发语言为C# 和Java、Javascript 相结合，建模工具为3D MAX。

1.2 技术特性

1）可靠性。系统可以满足一年365 d，7×24 h稳定可靠地运行。

2）可伸缩性。系统框架设计灵活，可方便地添加其他业务支持。

3）安全性。具有用户接入认证、前端设备接入认证，完备的权限管理。信令采用TCP 传输，可选SSL 支持。媒体数据可选DRM 支持。

4） 开放性。通过使用公共的协议和标准（TCP/IP、HTTP、WAP Push、XML、EJB、JPA 等），使得系统具有良好的开放性。

5）实用性。系统是按照用户的实际需求进行开发，最大限度地满足实际工作要求。

6）易用性。系统采用了简单、友好的页面设计，确保重点项目评估系统具有不同的计算机应用水平的所有员工均能够对本系统快速地掌握并进行方便地使用。

7）稳定性。系统使用分布式部署，有效地平衡了各服务器的压力，可以保证系统的稳定性。

8） 可维护性。本移动办公系统操作灵活方便，用户界面友好，管理方便，采用的技术是目前通用的SOA 架构体系，可分布式部署，便于维护。

2 三维建模过程

2.1 模型选定

在对虚拟现实三维模型的建模与空间分析中，如何高效地组织和管理三维建模数据是三维GIS 中的核心问题。在比较现有的三维数据模型优缺点的基础上，综合考虑源数据的格式特点和三维开发平台的特征，将系统中的三维模型分为三维地形和枢纽工程实体两种模型。三维地形模型主要包括水库库区及其周边相关的地形、地物，对此基于DOM（卫星遥感数字正射影像图）和DEM 数字高程数据相结合建立三维模型。对于枢纽工程采用3DMAX 工程建模结合实景照片贴图技术，构建关键部位的模型。

2.2 技术路线

采用无人机搭载倾斜摄影系统对项目测区范围内进行倾斜影像采集，然后使用实景三维建模软件对采集的影像进行处理，通过各项质量检查，最终获得实景三维模型（OSGB 文件）成果。

2.3 实景三维模型制作

三维实景建模主要是利用倾斜摄影相片及相关参数和外业测量的像片控制点数据，在三维实景建模软件中进行空中三角测量计算、三维重建、模型修饰、模型输出等工序，获得三维实景分块模型数据和真正射影像图分块数据。

2.4 数据采集

三维建模所需要的数据主要有平面数据（二维矢量数据）、影像数据、高度数据（主要是建筑物的高度）和数字高程数据（用于地面建模）等。

二维矢量数据中最重要的是建筑物周边的地理要素数据和建筑物的几何要素数据。建筑物的几何要素数据可以通过设计图纸（CAD 图纸）获取，也可以从航空或卫星影像上获取地面建筑物的特征线。影像数据可以在遥感卫星或无人机航拍影像中采集获得，建筑物纹理影像可以通过航空摄影、卫星遥感照片提取等方法获取，建筑物顶部的纹理一般从遥感影像或航拍照片提取，侧面的纹理主要通过数码相机拍摄获取，由于拍摄的照片受光线、拍摄角度、拍摄范围、建筑物高度等影响，需要用PS 等图片处理工具进行矫正得到正射的纹理图片。建筑物的高度主要从设计图纸和相关资料获取。数字高程主要的获取方法为通过航天、航空遥感影像立体影像提取DEM，或者利用现有地形图获取高程数据提取DEM。

3 平台的系统架构和主要功能

3.1 系统架构

三维可视化管理平台系统分为前端数据采集子系统、网络传输系统和后端集中管理平台三大部分。前端数据采集子系统可以实时准确地将设备运行状况、现场环境、进出人员信息和管理人员工作情况采集并上传后台管理系统；网络传输系统结合水库实际情况，采用无线通讯技术将前后端数据准确无误、无延时地传输；后端集中管理平台能够汇聚各子系统数据，过滤出有效信息，以直观可视化的方式提供给工程管理者，帮助其工作和辅助决策。

三维可视化管理平台系统的建设，为管理者提供了先进的技术手段，构建了安全监测和控制体系，能够有效地弥补传统方法和技术在监管中的缺陷，实现全方位实时监控，变被动“监测”为主动“监控”。

3.2 功能模块

1）水库场景漫游。系统支持以鼠标和键盘操作方式全方位、无死角地浏览场景。利用虚拟现实技术对现实中的建筑物进行三维仿真，具有人机交互性、真实建筑空间感、大面积三维地形仿真等特性。漫游操作可适配罗技飞行手柄。

2）大坝、溢洪闸和放水洞三维展现、查询与分析。大坝、溢洪闸和放水洞的形象面貌以及监测断面，均以三维形式展现，供运维人员不同角度观察，既能够实时展示监测数据。水位、水质、闸阀启闭、泄水流量等物联感知的监测数据，均以三维形式接入到平台中。

3）库区飞行定位观测。该模块为库区的重要设施设置摄像头观测距离、位置、角度等参数；当选择查看某一设施时，以无人机第一视角的方式从当前位置升空、转角、飞行、降落，按照预设参数到达设施观测点，并展现相应观测数据。

4）库区场景环境、天气数据采集及应用。该模块主界面中分为天气信息和环境信息两个子模块。三维地图中的环境可以通过点击菜单中的特效选项在多种场景中进行切换，通过物联网、自动控制、大数据和云计算技术，检测风向、风速、温湿度、悬浮颗粒物、噪声、大气压等在线检测一体化电子设备的数据，传输并显示在主界面中；支持历史记录查询及当前实时环境查询功能，分析当前天气所带来的影响，为管理人员制定工作计划提供参考。

5））场景模型互动。在漫游库区场景时，点击某栋建筑物，将会在屏幕左侧展示该建筑物的名称和编号，同时拉近建筑物视角，近距离查看建筑详情；之后可以点击楼层编号，将会由整个楼房建筑切换到点击的楼层的三维视图中，以详细观察该楼层的所有房间信息。

6）隐患点预案演练。在三维场景中，创建安全隐患点，可以是大坝渗漏隐患点、电器设施漏电隐患点等，对应这些隐患点，录制对应的预案视频演练，可通过点击隐患点，查看预案演练视频，达到紧急情况处理方法的演练教学目的。

7）值班动态展示。系统支持值班人员信息动态展示功能，点击值班动态牌，即可查看当前区域的值班人员信息。

8）库区监控。该模块由普通监控、围界监控和无人机监控三部分组成，主要是通过安装的各类摄像头以及无人机，实现对库区、环境、人、车、物等的全方位实时监控，一旦发现可疑情况，即可在主界面中收到警报，及时处理，实现低成本高效率监管。

9）信息实时播报系统。此功能可实时的接受库区中的信息，并进行等级判定，明确的标识出消息的重要程度及等级，并可查看当前未读和已读消息的条目，便于查看和处理未完成的工作，进行历史记录的查看，了解库区各区段时间的历史消息。当有新的信息进入时，在界面中就会弹出当前最新信息的一条简要数据，同时存入到数据信息框和历史记录中。

10）警报系统。场景中的各种警报，均会通过警报系统在3D 视图中显示，同时标识出警报等级，并存入历史记录中。

4 结语

采用SOA 架构，集合全景三维、虚拟仿真、互联网、HTML5 等先进技术研发的水库大坝三维可视化信息集成平台，与大坝安全监测与运行管理系统融为一体，实现了水库三维场景、大坝安全监测与运行管理动态实时展示，效果逼真，运行稳定，所见即所得，所得即所用，为水库运行管理提供了有力的技术支撑，有一定的推广应用价值。