一种基于BIM和AR技术的复杂市政管线定位与识别方法

技术领域

本发明涉及地下开挖施工技术领域，具体为一种基于BIM和AR技术的复杂市政管线定位与识别方法。

背景技术

随着城镇化的快速推进，城市地下管线的数量和规模越来越大，构成状况越来越复杂，在施工过程中，由于地下管网分布不清，给城镇建设与改造以及管线的使用与维护带来很多的困难，引发了许多管线损坏、人员伤亡、停水停电等重大事故。传统的城市建设在空间规划上大体都停留在二维平面，远达不到智慧化要求，三维空间的有效感知与实景可视化日益成为城市建设管理的重要抓手，也是发展新型智慧城市的关键内容，随着新型测绘、模拟仿真、深度学习等技术的成熟运用，在数字空间构建一一映射的数字孪生城市。除了三维视觉表现，还承载了城市要素的属性信息，将城市三维模型从可视化阶段真正引入城市计算领域，实现挖掘、统计、分析、决策，物理城市的数字表达经历了从最初的二维平面到三维立体、到全要素结构化的发展历程。而现有技术尚未实施，急需得到进一步的解决。

专利号202010788351.9，公开一种基于BIM+AR技术地下管线识别和警示方法，属于地下开挖施工技术领域。步骤为：步骤一，应用BIM技术参照地下管线图纸建立市政管线三维模型；步骤二，将市政管线三维模型导入到基于GIS数据的地理信息云平台中，并在平台中对模型进行检查维护，确保正确；步骤三，利用设备自带的GPS定位系统上传位置给地理信息云平台，调取该位置对应的三维模型与现实环境相结合；步骤四，利用AR识别施工区域内地下预埋的管线情况，并进行亮显警示，进行地下开挖时有效避开。本发明提升对真实环境感知和交互的体验，克服了现有技术中管线探查方法不够直观或要求较高的缺点，是未来发展方向。

但是，现有的基于BIM和AR技术的复杂市政管线定位与识别方法，在使用过程中，只是利用AR识别施工区域内地下预埋的管线情况，并进行亮显警示，进行地下开挖时有效避开，但是，随着技术的信息智能化发展，现在在进行地下管网施工时，一些人员难以进入的位置，会利用遥控的方式，远程操作作业车进行地下管网的施工，但是，在操控过程中，由于人员距离较远，难以利用AR与BIM结合，实现对复杂市政管线定位与识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM和AR技术的复杂市政管线定位与识别方法，解决了背景技术中所提出现有的基于BIM和AR技术的复杂市政管线定位与识别方法，在使用过程中，只是利用AR识别施工区域内地下预埋的管线情况，并进行亮显警示，进行地下开挖时有效避开，但是，随着技术的信息智能化发展，现在在进行地下管网施工时，一些人员难以进入的位置，会利用遥控的方式，远程操作作业车进行地下管网的施工，但是，在操控过程中，由于人员距离较远，难以利用AR与BIM结合，实现对复杂市政管线定位与识别的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于BIM和AR技术的复杂市政管线定位与识别方法，包括以下步骤：

步骤一：先利用BIM技术参照地下管线图纸建立市政管线三维模型，并将市政管线三维模型输入到基于GIS数据的地理信息云平台中，将不同管道的连接位置进行标记，并将管道的尺寸、型号和编号输入到基于GIS数据的地理信息云平台中，对编号数据进行储存；

步骤二：当工作人员进行远程作业时，在操作室内存在多个摄像头，经过多个摄像头能够对工作人员的手部动作进行捕捉，并上传到控制终端内，经过控制终端能够远程的对远处作业设备的操作臂进行远程操控，同时，由于佩戴AR眼镜，能够利用远程操控设备上的多个摄像头，对远程操控设备周围的实景进行三维识别捕捉，并直接将周围实景的三维数据传输到控制终端中，利用控制终端直接进行AR三维实景的建模，并且将AR三维实景模型输入到AR眼镜中进行显示，从而使工作人员直接进行虚拟实景的远程操控作业设备移动作业，通过将市政管线三维模型输入到AR眼镜中，利用实现远程的复杂市政管线定位与识别；

步骤三：通过AR眼镜能够观看到市政管线三维模型表面显示的不同编号，即使工作人员损坏带有编号的市政管线，能够根据市政管线三维模型的编号，快速找到该管道的尺寸和形状，从而实现对损坏市政管线的快速匹配更换；

步骤四：在远程作业设备上设置有测距感应设备，当作业的设备靠近市政管线三维模型时，会先在AR眼镜上对工作人员进行提醒，在提醒完成后，远程作业设备继续靠近市政管线时，会直接对远程作业设备进行信号的切断，待信号重连后才能够继续操作作业设备。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤一中的利用BIM技术参照地下管线图纸建立市政管线三维模型，需要采用BIM电脑建立市政管线三维模型。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤二中的远程作业设备为遥控式监控设备和遥控式作业车。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤二、步骤三和步骤四中的AR眼镜为工业AR眼镜、防爆AR头盔、AR智能眼镜和轻量AR眼镜中的一种。

作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤四中的测距感应设备为红外测距传感器、感应雷达和GPS中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明在使用者佩戴AR眼镜时，利用控制器对遥控作业设备进行操控，在AR眼镜中会显示出，当前遥控作业设备表面摄像头拍摄到的画面以及AR地下管线的三维地图，同时，由于在控制室内设置有多个摄像头，能够对操作人员的手部进行捕捉，根据操作人员的手部动作，能够直接对远程作业设备进行相应的控制，从而提升了远程操控作业的精细度，避免了远程作业时存在误差，容易损伤到管线，而且，在远程操控作业外部设置有多个摄像头，经过多个摄像头，能够对远程操控设备周围的实景进行三维识别捕捉，并直接将周围实景的三维数据传输到控制终端中，利用控制终端直接进行AR三维实景的建模，并且将AR三维实景模型输入到AR眼镜中进行显示，从而使工作人员直接进行虚拟实景的远程操控作业设备移动作业，使工作人员在远程操控作业时，充分的结合管线当前的实景情况进行综合性精准的判断作业，使工作人员的远程操控作业，更加的接近实景操作，提升了远程管道作业操作的准确性。

2.本发明通过将不同管道的连接位置进行标记，并将管道的尺寸、型号和编号输入到基于GIS数据的地理信息云平台中，对编号数据进行储存，利用AR眼镜能够观看到市政管线三维模型表面显示的不同编号，即使工作人员损坏带有编号的市政管线，能够根据市政管线三维模型的编号，快速找到该管道的尺寸和形状，从而实现对损坏市政管线的快速匹配更换。

3.本发明通过在远程作业设备上设置有测距感应设备，当作业的设备靠近市政管线三维模型时，会先在AR眼镜上对工作人员进行提醒，在提醒完成后，远程作业设备继续靠近市政管线时，会直接对远程作业设备进行信号的切断，待信号重连后才能够继续操作作业设备，从而主动安全介入，避免了远程操作作业设备失误损伤到地下管线。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种基于BIM和AR技术的复杂市政管线定位与识别方法的整体流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于BIM和AR技术的复杂市政管线定位与识别方法，包括以下步骤：

步骤一：先利用BIM技术参照地下管线图纸建立市政管线三维模型，并将市政管线三维模型输入到基于GIS数据的地理信息云平台中，将不同管道的连接位置进行标记，并将管道的尺寸、型号和编号输入到基于GIS数据的地理信息云平台中，对编号数据进行储存；

步骤二：当工作人员进行远程作业时，在操作室内存在多个摄像头，经过多个摄像头能够对工作人员的手部动作进行捕捉，并上传到控制终端内，经过控制终端能够远程的对远处作业设备的操作臂进行远程操控，同时，由于佩戴AR眼镜，能够利用远程操控设备上的多个摄像头，对远程操控设备周围的实景进行三维识别捕捉，并直接将周围实景的三维数据传输到控制终端中，利用控制终端直接进行AR三维实景的建模，并且将AR三维实景模型输入到AR眼镜中进行显示，从而使工作人员直接进行虚拟实景的远程操控作业设备移动作业，通过将市政管线三维模型输入到AR眼镜中，利用实现远程的复杂市政管线定位与识别；

步骤三：通过AR眼镜能够观看到市政管线三维模型表面显示的不同编号，即使工作人员损坏带有编号的市政管线，能够根据市政管线三维模型的编号，快速找到该管道的尺寸和形状，从而实现对损坏市政管线的快速匹配更换；

步骤四：在远程作业设备上设置有测距感应设备，当作业的设备靠近市政管线三维模型时，会先在AR眼镜上对工作人员进行提醒，在提醒完成后，远程作业设备继续靠近市政管线时，会直接对远程作业设备进行信号的切断，待信号重连后才能够继续操作作业设备。

请参阅1，步骤一中的利用BIM技术参照地下管线图纸建立市政管线三维模型，需要采用BIM电脑建立市政管线三维模型。

请参阅1，步骤二中的远程作业设备为遥控式监控设备和遥控式作业车。

请参阅1，步骤二、步骤三和步骤四中的AR眼镜为工业AR眼镜、防爆AR头盔、AR智能眼镜和轻量AR眼镜中的一种。

请参阅1，步骤四中的测距感应设备为红外测距传感器、感应雷达和GPS中的一种。

综上述，本发明在使用者佩戴AR眼镜时，利用控制器对遥控作业设备进行操控，在AR眼镜中会显示出，当前遥控作业设备表面摄像头拍摄到的画面以及AR地下管线的三维地图，同时，由于在控制室内设置有多个摄像头，能够对操作人员的手部进行捕捉，根据操作人员的手部动作，能够直接对远程作业设备进行相应的控制，从而提升了远程操控作业的精细度，避免了远程作业时存在误差，容易损伤到管线，而且，在远程操控作业外部设置有多个摄像头，经过多个摄像头，能够对远程操控设备周围的实景进行三维识别捕捉，并直接将周围实景的三维数据传输到控制终端中，利用控制终端直接进行AR三维实景的建模，并且将AR三维实景模型输入到AR眼镜中进行显示，从而使工作人员直接进行虚拟实景的远程操控作业设备移动作业，使工作人员在远程操控作业时，充分的结合管线当前的实景情况进行综合性精准的判断作业，使工作人员的远程操控作业，更加的接近实景操作，提升了远程管道作业操作的准确性，通过将不同管道的连接位置进行标记，并将管道的尺寸、型号和编号输入到基于GIS数据的地理信息云平台中，对编号数据进行储存，利用AR眼镜能够观看到市政管线三维模型表面显示的不同编号，即使工作人员损坏带有编号的市政管线，能够根据市政管线三维模型的编号，快速找到该管道的尺寸和形状，从而实现对损坏市政管线的快速匹配更换，通过在远程作业设备上设置有测距感应设备，当作业的设备靠近市政管线三维模型时，会先在AR眼镜上对工作人员进行提醒，在提醒完成后，远程作业设备继续靠近市政管线时，会直接对远程作业设备进行信号的切断，待信号重连后才能够继续操作作业设备，从而主动安全介入，避免了远程操作作业设备失误损伤到地下管线。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。