一种适用于隧道预警的方法、系统、设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及隧道预警技术领域，具体而言，涉及一种适用于隧道预警的方法、系统、设备及可读存储介质。

背景技术

BIM全称是建筑信息模型(BuildingInformationModeling)，其概念是：建筑信息模型包含了不同专业的所有构件信息、功能要求和性能，把一个工程项目的所有构件信息包括在设计过程、施工过程、运营管理过程的信息全部整合到一个建筑模型。

3DGIS(地理信息系统，GeographicInformationSystem)是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。3DGIS技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术，在资源与环境应用领域中，它发挥着技术先导的作用。

不同于传统竣工后BIM与现状GIS融合技术，面向规划管理的BIM与3DGIS的融合技术是将计划实施的方案数据与现状地理信息数据进行融合，是对同一地区现状GIS与计划实施的BIM方案进行融合。BIM和GIS的融合是建筑设计全生命周期数据共享与重复利用的重要一环，也是隧道智能化规划审批管理所急需解决的一项重要技术。

中国专利CN109918526B公开了一种面向规划管理的BIM与3DGIS融合方法，该方法基于三维动态数据服务的多层级BIM与城市三维模型融合技术，通过解决海量构件的加载与显示效率，来实现方案地上地下、室内室外全空间一体化景观评审，以达到城市智能化、可视化三维规划管理；其缺陷在于，该方法在在实施过程中根据方案分析与展示的需求，动态分级加载BIM方案数据，其目的仅是为了提高BIM方案浏览的效率，没有考虑到在隧道规划管理中需要进行的预警和救援的问题，即缺失预警和救援的服务支撑。

发明内容

为解决上述问题之一，本发明提供一种可以精准定位预警点并反馈预警信息的适用于隧道预警的方法、系统、设备及可读存储介质。

一种适用于隧道预警的方法，预先建立隧道的建筑信息模型，所述建筑信息模型包括若干隧道设施设备和若干监测点的BIM模型，将所述BIM模型的数据快速提取并植入到现状三维地理信息数据包中，包括以下步骤：

步骤1、在所述隧道的建筑信息模型中，对各所述隧道设施设备和各所述监测点进行定位，得到各所述隧道设施设备和各所述监测点的定位信息，同时对各人员进行定位，得到各所述人员的定位信息；

步骤2、获取各所述设施设备和各所述监测点的监测数据，根据所述监测数据、各所述隧道设施设备和各所述监测点的定位信息以及各所述人员的定位信息，基于决策树算法确定对应的应急预案；

步骤3、根据所述监测数据得到组合配置的结果，根据所述组合配置的结果确定分析计算模型，并根据所述分析计算模型和所述监测数据得到安全感知预警的结果；

步骤4、根据所述安全感知预警的结果，发出所述应急预案的执行指示信息。

本发明方法的优点及有益效果：本发明将隧道的建筑信息模型和若干隧道设施设备和若干监测点的BIM模型结合起来，能够实现隧道内安全施工的高效实时的可视化安全监测，实时查看施工情况和辨识隧道内危险源，并将BIM模型的数据快速提取并植入到现状三维地理信息数据包中，将GIS技术的地理宏观表现与BIM技术的微观精细数字化相结合，充分发挥数据分析、管理功能的特点；将隧道内人员位置信息与建筑信息模型相关联，能够实时掌握隧道内部人员的定位信息，实现高效的安全管控，对指挥洞内事故人员逃生和疏散有明显作用，并对后续救援工作的展开提供极大便利以及提高救援效率；通过对隧道设施设备和各监测点进行定位，可以起到将可能发生险情或故障的设备或监测点预先监控起来，预防危险的发生；根据安全感知预警的结果做出相应应急预案的执行指示信息，使险情的发生具备预判性，同时结合指挥人员的指挥能使险情发生后的救援和逃生过程具有联动性和协调性。

优选地，在执行所述步骤1之前还包括一动态巡查监测流程，包括：

A1、在所述隧道的建筑信息模型中，为每个所述隧道设施设备和每个所述监测点生成一电子标签，所述电子标签包括设备状态、维修信息、保养信息以及点检信息；

A2、关联每个所述电子标签和对应的所述隧道设施设备或所述监测点的基础信息；

A3、实时获取所述设备状态、所述维修信息、所述保养信息以及所述点检信息。

优选地，所述步骤2包括：根据所述设备状态、所述维修信息、所述保养信息、所述点检信息、所述监测数据、各所述隧道设施设备和各所述监测点的定位信息以及各所述人员的定位信息，基于决策树算法确定对应的应急预案。

优选地，在执行所述步骤1和所述步骤2之间还包括一人员姿势识别流程：

B1、获取各所述人员的步行数据，并通过对应监测点的监测数据获取各所述人员的朝向；

B2、根据所述步行数据，计算所述人员的速度变化量和步长变化量；

B3、根据所述人员的速度变化量和步长变化量得到所述人员的姿势，所述姿势包括直立行走状态、弯腰直膝行走状态、弯腰屈膝行走状态、爬行状态以及受阻停止状态。

优选地，所述步骤2包括：根据所述设备状态、所述维修信息、所述保养信息、所述点检信息、所述监测数据、各所述隧道设施设备和各所述监测点的定位信息以及各所述人员的所述姿势，基于决策树算法确定对应的应急预案。

优选地，执行完所述B3之后还包括一位置信息可视化流程，包括：

C1、根据所述速度变化量和所述步长变化量得到当前时刻所述人员的视觉步点朝向，并与最相近时刻的各所述人员的朝向进行匹配，以最相近时刻的视觉步点朝向代替原所述人员的朝向，生成2D位置信息；

C2、根据所述视觉步点朝向信息，与所述隧道的深度进行匹配，结合校准后的所述2D位置信息生成3D用户定位，同时与所述隧道的建筑信息模型的数据一起输出至现状三维地理信息数据包中，以实现所述人员的位置信息可视化。

优选地，在所述步骤2中，所述监测点包括：所述隧道的变形监测、沉降监测、应力和应变监测、环境监测、液位监测、水泵风机监测、照明系统监测、配电系统监测、监控系统监测以及门禁系统监测，在所述BIM模型中均建立对应的传感器。

一种适用于隧道预警的系统，包括：

采集模块，用于获取各所述设施设备和各所述监测点的监测数据；

定位模块，用于在所述隧道的建筑信息模型中，对各所述隧道设施设备和各所述监测点进行定位，得到各所述隧道设施设备和各所述监测点的定位信息，同时对各人员进行定位，得到各所述人员的定位信息；

确定模块，用于根据所述监测数据、各所述隧道设施设备和各所述监测点的定位信息以及各所述人员的定位信息，基于决策树算法确定对应的应急预案；

预警模块，根据所述监测数据得到组合配置的结果，根据所述组合配置的结果确定分析计算模型，并根据所述分析计算模型和所述监测数据得到安全感知预警的结果；

指示模块，用于根据所述安全感知预警的结果，发出所述应急预案的执行指示信息。

一种设备，包括：

通信接口；

至少一个处理器，其与所述通信接口连接；以及

至少一个存储器，其与所述处理器连接并存储有程序指令，所述程序指令当被所述至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器执行以上任一所述的适用于隧道预警的方法。

一种可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令当被计算机执行时使得所述计算机执行以上任一所述的适用于隧道预警的方法。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明方法的动态巡查监测流程示意图；

图3为本发明方法的人员姿势识别流程示意图；

图4为本发明方法的位置信息可视化流程示意图；

图5为本发明系统的示意图；

图6示意性地示出了用于保持或者携带实现根据本申请的方法的程序代码的存储单元；

图7示意性地示出了用于执行根据本申请的方法的电子设备的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1所示，一种适用于隧道预警的方法，

预先建立隧道的建筑信息模型，建筑信息模型包括若干隧道设施设备和若干监测点的BIM模型，将BIM模型的数据快速提取并植入到现状三维地理信息数据包中，包括以下步骤：

步骤1、在隧道的建筑信息模型中，对各隧道设施设备和各监测点进行定位，得到各隧道设施设备和各监测点的定位信息，同时对各人员进行定位，得到各人员的定位信息；

步骤2、获取各设施设备和各监测点的监测数据，根据监测数据、各隧道设施设备和各监测点的定位信息以及各人员的定位信息，基于决策树算法确定对应的应急预案；

步骤3、根据监测数据得到组合配置的结果，根据组合配置的结果确定分析计算模型，并根据分析计算模型和监测数据得到安全感知预警的结果；

步骤4、根据安全感知预警的结果，发出应急预案的执行指示信息。

具体的，本发明将隧道的建筑信息模型和若干隧道设施设备和若干监测点的BIM模型结合起来，能够实现隧道内安全施工的高效实时的可视化安全监测，实时查看施工情况和辨识隧道内危险源，并将BIM模型的数据快速提取并植入到现状三维地理信息数据包中，将GIS技术的地理宏观表现与BIM技术的微观精细数字化相结合，充分发挥数据分析、管理功能的特点；将隧道内人员位置信息与建筑信息模型相关联，能够实时掌握隧道内部人员的定位信息，实现高效的安全管控，对指挥洞内事故人员逃生和疏散有明显作用，并对后续救援工作的展开提供极大便利以及提高救援效率；通过对隧道设施设备和各监测点进行定位，可以起到将可能发生险情或故障的设备或监测点预先监控起来，预防危险的发生；根据安全感知预警的结果做出相应应急预案的执行指示信息，使险情的发生具备预判性，同时结合指挥人员的指挥能使险情发生后的救援和逃生过程具有联动性和协调性。

结合附图2所示，本发明的较佳实施例中，在执行步骤1之前还包括一动态巡查监测流程，包括：

A1、在隧道的建筑信息模型中，为每个隧道设施设备和每个监测点生成一电子标签，电子标签包括设备状态、维修信息、保养信息以及点检信息；

A2、关联每个电子标签和对应的隧道设施设备或监测点的基础信息；

A3、实时获取设备状态、维修信息、保养信息以及点检信息。

具体的，电子标签又称射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间；电子标签的作用有1、对资产进行唯一标识；2、阅读距离大，可达10米以上；3、电子标签范围广，现最先进的物联网技术都是采用超高频电子标签技术；4、传送数据速度快，每秒可达单标签读取速率170张；因此采用电子标签后可以方便日常隧道设施设备的数字化维护管理。

为进一步优化上述方案，步骤2包括：根据设备状态、维修信息、保养信息、点检信息、监测数据、各隧道设施设备和各监测点的定位信息以及各人员的定位信息，基于决策树算法确定对应的应急预案。

结合附图3所示，为进一步优化上述方案，在执行步骤1和步骤2之间还包括一人员姿势识别流程：

B1、获取各人员的步行数据，并通过对应监测点的监测数据获取各人员的朝向；

B2、根据步行数据，计算人员的速度变化量和步长变化量；

B3、根据人员的速度变化量和步长变化量得到人员的姿势，姿势包括直立行走状态、弯腰直膝行走状态、弯腰屈膝行走状态、爬行状态以及受阻停止状态。

具体的，当进行人员的姿势识别时，主要获取各人员的手机反馈的数据，即手机管道装置反馈的手机惯导数据，识别的姿势主要有直立行走状态、弯腰直膝行走状态、弯腰屈膝行走状态、爬行状态以及受阻停止状态。

这三种姿势在人员被困隧道后进行逃生时比较常见，其中直立行走状态是根据直立行走速度最快且步长均值也最大得出；弯腰行走状态分两种情况，一种是弯腰直膝行走状态，根据直膝弯腰行走会导致步长和速度同时减小，且小于直立行走得出；另一种是弯腰屈膝行走状态，即根据屈膝弯腰行走会引起速度减慢且在达到稳定前进速度时会出现一个急剧下降又迅速上升的变化，同时步长会略长于直膝弯腰行走的步长得出；若步长和速度均小于直膝弯腰行走和屈膝弯腰行走状态数据，则判断为爬行状态；若速度和步长在拥有一定稳定初始阶段但突然归零并持续长时间没有发生变化，默认人员停止运动，此种情况若用户最后位置处于隧道内则默认被困；结合人员的姿势和对应人员的位置信息，可以在后续救援中帮助决策决出营救的优先级。

在本发明中，手机惯导装置会在日常情况下持续记录用户的步行数据，并将其作为默认无险情下的步长和速度为直立行走状态，然后依据人员受困时的均值变化，判断人员当前时刻的状态。

本申请使用的惯导装置是智能手机自带的惯导元件，直接能用，操作简单，基于本发明的惯导数据采集不受机型影响，其他技术数据和获取容易受到不同手机系统的影响(一般多用于Android系统)。

同时不需要佩戴额外设备，较为容易被用户接受，最大程度利用隧道内己有设施设备，不需要额外安装布设和定期维护以确保精度，可节约成本，整体布设也较简单灵活且运行不易受影响，即使有部分区域不可见也可达到相对高的定位精度，总体所用算法相对较为简易，对用户端手机型号和系统没有特殊要求，在用户端进行的运算较少，减少用户端耗能，增强续航能力；对整体系统的运算能力要求不是很高，可节约运算力，增加处理效率。

为进一步优化上述方案，步骤2包括：根据设备状态、维修信息、保养信息、点检信息、监测数据、各隧道设施设备和各监测点的定位信息以及各人员的姿势，基于决策树算法确定对应的应急预案。

结合附图4所示，为进一步优化上述方案，执行完B3之后还包括一位置信息可视化流程，包括：

C1、根据速度变化量和步长变化量得到当前时刻人员的视觉步点朝向，并与最相近时刻的各人员的朝向进行匹配，以最相近时刻的视觉步点朝向代替原人员的朝向，生成2D位置信息；

C2、根据视觉步点朝向信息，与隧道的深度进行匹配，结合校准后的2D位置信息生成3D用户定位，同时与隧道的建筑信息模型的数据一起输出至现状三维地理信息数据包中，以实现人员的位置信息可视化。

具体的，位置信息可视化可以帮助现场指挥人员更直观地判断人员在隧道内的分布情况；同时有检测用户姿势的功能，判断人员当前状态和推断隧道内的险情状况，这些信息将帮助后续到达的救援人员进行救援决策判断。

本发明的较佳实施例中，在步骤2中，监测点包括：隧道的变形监测、沉降监测、应力和应变监测、环境监测、液位监测、水泵风机监测、照明系统监测、配电系统监测、监控系统监测以及门禁系统监测，在BIM模型中均建立对应的传感器。

具体的，通过在各监测点设立对应传感器，以达到实时监测的目的；相应的隧道设施设备的监测主要包括以下几部分，即隧道的振动、应力、沉降、各设备运行状态、各防火分区排水泵的状态、通风设备状态、照明设备状态、火灾检测设备状态、环境温度、环境湿度、环境含氧量、设备信息和库存信息等。

结合附图5所示，一种适用于隧道预警的系统，包括：

采集模块，用于获取各设施设备和各监测点的监测数据；

定位模块，用于在隧道的建筑信息模型中，对各隧道设施设备和各监测点进行定位，得到各隧道设施设备和各监测点的定位信息，同时对各人员进行定位，得到各人员的定位信息；

确定模块，用于根据监测数据、各隧道设施设备和各监测点的定位信息以及各人员的定位信息，基于决策树算法确定对应的应急预案；

预警模块，根据监测数据得到组合配置的结果，根据组合配置的结果确定分析计算模型，并根据分析计算模型和监测数据得到安全感知预警的结果；

指示模块，用于根据安全感知预警的结果，发出应急预案的执行指示信息。

结合附图6所示，一种计算机设备，包括：

通信接口；

至少一个处理器，其与通信接口连接；以及

至少一个存储器，其与处理器连接并存储有程序指令，程序指令当被至少一个处理器执行时使得至少一个处理器执行以上任一适用于隧道预警的方法。

结合附图7所示，一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，程序指令当被计算机执行时使得计算机执行以上任一适用于隧道预警的方法。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。