三維可視化與物聯(lián)網(wǎng)技術在數(shù)字校園建設中的應用(共6頁)

1、 三維可視化與物聯(lián)網(wǎng)技術在數(shù)字(shz)校園建設中的應用以濱海新區(qū)三維可視化數(shù)字校園系統(tǒng)建設(jinsh)研究為例天津市濱海新區(qū)塘沽教育(jioy)中心 馬連成 賀秀芳摘要：天津市濱海新區(qū)三維可視化數(shù)字校園信息管理系統(tǒng)的建設，首次將物聯(lián)網(wǎng)、三維可視化技術在校園中進行集成應用，通過各類傳感器的對接，實現(xiàn)了校園內(nèi)資產(chǎn)與設備管理、多媒體教室和實驗室使用監(jiān)管、地下管網(wǎng)管理、安全監(jiān)督管理、應急管理等系統(tǒng)的集成應用和聯(lián)動管理，并借助三維場景和動態(tài)模型表現(xiàn)管理對象的空間位置、屬性及其狀態(tài)信息，為校園各部門管理人員提供可視化管理方式，極大的豐富了數(shù)字校園信息管理的內(nèi)涵，提升了校園管理信息化水平，為校園全方位管

2、理提供決策支撐。關鍵字：物聯(lián)網(wǎng) 三維可視化 數(shù)字校園三維可視化數(shù)字校園信息管理系統(tǒng)主要是通過物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信與傳感網(wǎng)絡、三維可視化與虛擬仿真、智能分析與多維聯(lián)動、三維 GIS 空間信息等最新技術的聯(lián)合應用，依托于三維可視化綜合管理平臺，集成各種感知識別設備、現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)和各類數(shù)據(jù)，完成了對校園校產(chǎn)、校園人員、設備與設施的屬性和位置管理，實現(xiàn)了對以上對象的狀態(tài)進行實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和報警聯(lián)動，最后通過三維可視化的方式對便于展示的部分進行位置、屬性和狀態(tài)的綜合直觀顯示。該系統(tǒng)集成校園現(xiàn)有固定資產(chǎn)、校園OA、校園教務管理系統(tǒng)等業(yè)務的接口，真正建立起包括校園環(huán)境及建筑監(jiān)管、校園設備監(jiān)管、校園運營管理、

3、校園決策輔助等功能在內(nèi)的全方位、網(wǎng)絡化、可視化信息管理系統(tǒng)，最終實現(xiàn)校園管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互與共享，為數(shù)字校園安全、精細化管理、綠色校園建設提供重要的輔助支撐。本系統(tǒng)建設完成后，還可以與教育局等主管部門進行基于GIS的教育布局分析系統(tǒng)進行對接，不斷完善同空間位置相關聯(lián)的各類管理信息的集成、聯(lián)動與分析，并形成適合教育系統(tǒng)應用的多層次管理結構。 一、系統(tǒng)結構設計網(wǎng)絡資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)層網(wǎng)絡平臺應用層建設設設備經(jīng)濟經(jīng)濟三維可視化綜合信息管理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)管理三維空間數(shù)據(jù)庫基于GIS的三維電子地圖校園資產(chǎn)與設施管理教室與實驗室使用監(jiān)管校園地下管網(wǎng)管理校園安全監(jiān)督管理校園應急管理二、系統(tǒng)(xtng)功能模塊

4、設計（一）基于(jy)GIS的三維電子地圖該模塊是系統(tǒng)的主界面和主要顯示部分(b fen)，提供二三維集成的電子地圖窗口，主要包括以下功能：地圖基本視窗操作、導航定位、三維顯示、圖層管理、數(shù)據(jù)處理。1、地圖基本視窗操作：提供瀏覽圖和鳥瞰圖。瀏覽圖是用戶操作的主窗口，包括地圖放大、縮小、自由縮放、漫游、全幅顯示、拖拽移動、點選和矩形區(qū)域選擇、設計區(qū)域快速切換等；2、導航定位：按照圖層分類標準將管理對象信息以樹形目錄方式進行說明，方便用戶了解管理層次結構、快速進入所關注的管理對象信息列表。定位功能支持用戶將視窗直接切換到關注目標上；3、三維顯示：可在二維和三維顯示模式上進行切換，進入三維模式以后，

5、可以進入校園建筑物內(nèi)部，將管理對象精確到每個樓層、房間、設施、設備甚至傳感器；4、圖層管理：對空間數(shù)據(jù)、對象和模型進行分層管理；數(shù)據(jù)處理：包括地圖編輯、數(shù)據(jù)導入導出、地圖配準、三維模型加載等等。（二）校園資產(chǎn)與設施(shsh)管理系統(tǒng)對資產(chǎn)從采購、入庫、領用，建立卡片(kpin)，處置、盤點和維修等階段進行管理，分為(fn wi)需求申請管理，采購申請管理，入庫管理，領用管理，卡片管理，變動管理，處置管理，維修管理等。系統(tǒng)采用RFID技術對校園資產(chǎn)和設施進行在線式監(jiān)管，對固定資產(chǎn)貼上電子標簽，通過校園網(wǎng)絡來進行識別、定位、跟蹤和監(jiān)控管理。識別和定位可以通過手持設備在現(xiàn)場進行，當操作人員進入現(xiàn)場

6、后，自動讀取所有資產(chǎn)的電子標簽，進行盤點處理，也可以選中某些資產(chǎn)進行處理，比如調撥，信息變更等。設備的跟蹤和監(jiān)視需要通過校園網(wǎng)絡來進行，在房間入口或樓道出口處安裝射頻閱讀器和校園網(wǎng)絡連接，可以監(jiān)視設備的移動。當設備移出時，射頻系統(tǒng)自動接到資產(chǎn)設備的信息，可以通過網(wǎng)絡通知管理人員，同時可以在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中做相應的記錄。三維可視化管理平臺是以面向對象技術為基礎，因此能夠實現(xiàn)與校園資產(chǎn)與設施管理信息系統(tǒng)的無縫集成，進而實現(xiàn)在三維地圖中對所有有形資產(chǎn)和設施以對象的方式進行管理，具有可設的屬性信息并與數(shù)據(jù)庫實時對接。（三）校園多媒體教室與實驗室使用監(jiān)管系統(tǒng)采用RFID技術對多媒體教室、實驗室進行實時狀態(tài)

7、管理，每個教室和實驗室均安裝聯(lián)網(wǎng)型的RFID讀卡器，教師通過RFID身份識別卡，經(jīng)過與排課系統(tǒng)的接口，便可獲得教室的使用權限。通過網(wǎng)絡可以查詢?nèi)魏我粋€教室和實驗室的課程和教師安排。1、教室實驗室使用控制：任課教師在教室控制臺讀卡器前刷卡，經(jīng)身份信息和教務排課數(shù)據(jù)識別，自動打開控制臺的電控鎖完成多媒體教學設備的啟動；2、系統(tǒng)接口：系統(tǒng)具有教務排課數(shù)據(jù)和教師信息兩個系統(tǒng)的接口，獲取課表信息和教師身份信息；3、集中授權：系統(tǒng)按照每學期的排課數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡集中對教室端讀卡器授權，教室端IC卡讀卡器能存放一學期的排課數(shù)據(jù)和刷卡記錄，教室端進行本地身份認證；4、權限(qunxin)信息更新：當排課數(shù)據(jù)(sh

8、j)或權限(qunxin)信息發(fā)生變化時，系統(tǒng)即時對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的更新管理，同時對相應教室端讀卡器的數(shù)據(jù)自動刷新；5、教室使用報表：教務部門隨時可以查詢教室使用情況(如正常、遲到、未用、應急調課處理)。可以生成教室使用報表。（四）校園地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)能夠基于主界面對地下管網(wǎng)的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，為用戶提供模型管理、數(shù)據(jù)管理、信息查詢、數(shù)據(jù)更新、結果輸出、統(tǒng)計、分析和三維顯示等功能。1、管網(wǎng)三維模型管理：每個模型都有唯一標識符，用戶可以對模型進行控制，如改變管網(wǎng)走向、增加刪除管網(wǎng)結點或設備，管段三維模型庫維護（增、刪、改、查）、設備三維模型庫維護；2、管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)管理：對單個管

9、段、設備的各類屬性數(shù)據(jù)進行維護和管理；3、三維管網(wǎng)查詢與顯示：當鼠標指到某根管道上時，在屏幕范圍內(nèi)應突出顯示，有管道配件的，如閘、表等也在鼠標移動到其上時，突出顯示。能夠實現(xiàn)目標管道獨立查看。建筑內(nèi)管網(wǎng)能夠分層獨立查看。各不同類型的管線應以不同顏色區(qū)分。網(wǎng)距地面距離和建筑距離作為參數(shù)的一部分予以顯示，所有參數(shù)可以具有顯示和隱藏的切換。允許不同類型的綜合管網(wǎng)具有不同的屬性結構；4、管網(wǎng)分析：可進行橫斷面分析、施工圖分析、連通性分析、停水范圍分析、爆管分析等多種分析。（五）校園安全監(jiān)督管理系統(tǒng)通過各種現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)與安全防范系統(tǒng)、消防系統(tǒng)對接后，在主界面上集中瀏覽查看校園安全防范及消防設備的屬性

10、和實時狀態(tài)，包括視頻監(jiān)控、門禁、周界報警、消防報警主機、消防傳感器、閥門、風機等。系統(tǒng)包括了設備管理、設備狀態(tài)顯示、立體場景監(jiān)控、消防業(yè)務管理、報警管理等功能模塊。1、設備(shbi)管理：對安全防范和消防設備的屬性、空間位置進行(jnxng)管理；2、設備狀態(tài)(zhungti)顯示：通過采集接口，顯示設備的實時狀態(tài)，如門禁的開啟、消防傳感器和安防探測器的狀態(tài)（正常、報警、故障）、水閥的開閉；3、立體場景監(jiān)控：對校園區(qū)域的視頻和三維場景信息進行處理、整合，而直觀、立體地再現(xiàn)監(jiān)控場景的智能系統(tǒng)。系統(tǒng)將多路安全防范同時顯示在一個三維立體場景中，擴展監(jiān)管人員的視野，更好、更充分地利用已有的視頻信息；

11、4、消防業(yè)務信息管理：管理消防日常巡查數(shù)據(jù)、批件、圖紙、表格、報告、照片、錄像等；5、報警管理：接到報警后，立即彈出報警區(qū)域的三維仿真模型地圖，同時該區(qū)域的所有報警相關信息并在地圖上突出顯示，如視頻監(jiān)控畫面、報警探測器的位置和狀態(tài)。（六）校園應急管理應急管理包括應急值守、應急指揮、預案管理、資源管理、預測預警、應急演練等功能，可實現(xiàn)對災情的預警、監(jiān)測、預防、減緩、處理等工作以及對傷亡人員的搶救、防疫和安置等。1、應急值守：實現(xiàn)應急事件接報和事件應急處理。各類事件由值守人員錄入并依據(jù)流程進入響應和處理階段；2、應急指揮：實現(xiàn)校園突發(fā)事件處置與指揮，包括危險發(fā)生時的人員疏散、應急力量調度等；3、預

12、案管理：實現(xiàn)對幼、小、中學應急預案的數(shù)字化管理，包括預案的增、刪、改、查，以及預案的語義瀏覽和推理；4、應急資源管理：包括應急力量管理、救援設備管理、醫(yī)療急救或醫(yī)務室管理。實現(xiàn)對人力資源的基礎信息維護，工作組織結構的維護，后備力量管理，設備分類管理、設備監(jiān)控、設備維護保養(yǎng)等；4、預警預測：包括學校內(nèi)外危險源的監(jiān)控、校內(nèi)安全監(jiān)控、學生輿情監(jiān)控、突發(fā)事件征兆研判；6、應急演練：通過網(wǎng)絡模擬自主學習與校方集體組織兩種方式結合，實現(xiàn)對突發(fā)事件的應急演練。三、三維可視化綜合管理平臺三維可視化綜合管理平臺借鑒并融合了GIS和CAD兩種系統(tǒng)，創(chuàng)新性地采用了獨特的數(shù)據(jù)結構和表達方式，突破了傳統(tǒng)三維仿真技術在三

13、維分析、信息查詢以及屬性管理方面的欠缺，同時借鑒了二維地理信息系統(tǒng)在數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)存儲與管理、空間分析與查詢等方面的成熟功能。三維可視化管理平臺在三維模型的基礎上增加了三維對象的數(shù)據(jù)管理，能實現(xiàn)對各種對象的非幾何屬性的定義、查詢、狀態(tài)顯示、報警記錄等眾多功能，跨越了三維立體可視化與數(shù)據(jù)管理之間的鴻溝。平臺實現(xiàn)了管理業(yè)務信息與空間信息的對應關系，使得業(yè)務信息能在空間模型上直觀表達。系統(tǒng)具有以下特點：1、真正實用的三維可視化管理技術：突破了一系列技術難題，如三維空間拓撲分析、三維空間信息索引、三維空間數(shù)據(jù)組織等；2、面向對象與管理信息系統(tǒng)無縫集成：三維空間中所有物體均以對象的方式進行管理，具有可設

14、的屬性信息并與數(shù)據(jù)庫實時對接，從而可與各種復雜的信息管理系統(tǒng)集成，甚至包括ERP系統(tǒng)。3、創(chuàng)新的三維框架表現(xiàn)形式：可以用線框方式簡明地表現(xiàn)建筑物的內(nèi)部空間，并在線框模式和實體模式之間靈活(ln hu)切換，非常有利于管理信息的表現(xiàn)。建筑物內(nèi)/外部三維建模、建筑物內(nèi)部三維框架巧妙地集成在一個平臺上。4、效果(xiogu)精美的三維可視化效果(xiogu)：卓越的三維渲染引擎，精細的模型；四、結語傳統(tǒng)的數(shù)字化校園是一個綜合性且龐大的系統(tǒng)，很多信息過于抽象，難以方便的管理和使用，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，急需一個便捷有效的管理系統(tǒng)對其進行控制和管理。三維可視化數(shù)字校園信息管理系統(tǒng)基于三維可視化綜合管理平臺，將物聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)信息通過三維立體化的方式進行展示和管理，同時可以對各種信息進行集成，還世界原本的真實，讓信息以可視化的方式呈現(xiàn)并得以有效的管理控制。因此基于物聯(lián)網(wǎng)的三維可視化數(shù)字校園信息綜合管理系統(tǒng)必將對傳統(tǒng)數(shù)字校園建設形成革命性的沖擊，成為今后數(shù)字化校園建設的主流技術。參考文獻：1李俊華.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能數(shù)字校園研究與設計J. 梧州學院學報,2010,20(3)51-54.2喬彥友. 基于GIS和物聯(lián)網(wǎng)技術的基礎設施管理信息系統(tǒng)J.地理信息世界,2010,08(5)17-2