基础建设改造三维仿真系统

railsky · 发表于 2011-8-4 16:25:18

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   基础设施建设改造是为社会生产和居民生活提供公共服务的物质工程设施，它是社会赖以生存发展的一般物质条件。“基础设施”不仅包括公路、铁路、机场、通讯、水电煤气等公共设施，即俗称的基础建设，而且包括教育、科技、医疗卫生、体育、文化等社会事业即“社会性基础设施”。

   基础设施建设改造三维仿真应用
   三维仿真在行业中的应用，如城市建设改造仿真、客站建设改造仿真、铁路建设改造仿真、隧道工程改造仿真、机场建设改造仿真、桥梁改建改造仿真、矿山建设改造仿真、交通改造仿真、场馆改造仿真。

   1、基础建设改造仿真
   三维仿真城市系统作为城市管理和决策的现代化工具已被许多城市列为一项重要的基础设施来进行建设，它担负着整个城市综合信息的存储、分析、交换和服务的功能，为城市规划、管理和建设的定量化、科学化以及为城市地理信息进行快速查询和分析提供了先进的技术手段和方法，并为决策提供辅助支持未来数字城市不可缺少的工具。

   基础建设仿真系统充分利用空间信息系统技术的数据库进行数据查询与统计、数据库维护与更新，数据输出等功能，实现相关行业信息的有效管理，为用户提供快捷方便的信息服务。同时与规划知识库和决策支持系统相联接，利用本系统的空间分析技术，并结合有关的预测模型，可以为管理人员提供必要的决策信息。

   其主要内容包括:
   1）规划管理。包括报建管理、建设活动管理、土地管理、规划实施管理、规划成果管理等。
   2）城市管理。针对不同的用户有非空间性管理系统，包括人事、财物、银行、票务等，有空间性管理；
   3）系统:包括交通、管线、环卫、灾害、旅游等。

   2、客站建设改造仿真
   客站建设虚拟仿真以建设与改造为基础，主要为领导和乘客提供实时的车站漫游浏览及建设过程展示，可以三维展示车站建设和改造的全部过程，以计算机作为展示平台，通过可视化的三维窗口为基础进行功能延伸，将车站建设的全过程利用现代高科技信息技术进行虚拟仿真，包括建设中的仿真和建设的流程仿真，建设中的所有相关标准和内容会在系统中进行完美体现，并可以灵活交互运用。建成后客站内部设施在虚拟仿真的环境中完全复原并激活，人们可以通过鼠标和键盘与客站零距离接触，并且可以与相关设施交互操作，仿佛置身于真实的客站之内，更进一步了解客站的建筑情况和设施功能等。

   车站建设与改造过程中采用虚拟仿真技术的好处：
   1）提供了车站基础信息与多媒体信息资源整合的功能，利用多媒体技术三维再现车站建设的过程，增强感官效果，提高了上层领导对相关工作情况的掌握程度。
   2）在车站改造或建设实施开展之前利用虚拟仿真技术可以事先对改造后建成的车站效果有个整体认识，可以通过仿真技术模拟出车站的未来形状，或者进行有效的规划改进车站建设的布局结构。对整体工程的施工预算及实施方案提高精确度，使上层领导和承接单位更好的对工程把关。

   3、铁路建设改造仿真
   在轨道铁路使用企业进行施工、整治过程中，整治现场的问题情况，整治进度等信息无法准确的定位。公司现有的轨道施工、整治系统都是2维平面的，虽然可以显示轨道铁路使用段的位置，但对于轨道道岔、杆塔、线路器材、绝缘子等放置的三维位置没有办法显示。给轨道整治、施工带来的较大的不便。

   铁路三维仿真系统将与轨道设施相关的设备（轨道设备  、轨道附属设备、施工及检修设备等）及属性信息与相应地理空间数据有机地结合在一起，可进行空间数据与属性数据的统一管理及交互操作，具有直观的图形表达形式以及强大的空间分析。是轨道企业施工、维修的行之有效的辅助工具。基于本系统可以实现在统一安排和指导下建立起轨道设施相关的设备管理系统，通过智能化的物理和逻辑资源管理，结合GIS地理信息系统技术辅助实现轨道设施相关的设备和传输网的网络组织和优化，为维修和指挥部门提供有分量的分析；实现地图显示轨道设施的分布和管理；实现轨道设施相关的设备基本数据模型的建设和维护管理；实现对轨道设施相关的设备在维修时准确无误进行指挥操作。

   4、变电站改造仿真
   对常见的线路杆塔、电力设备以及铁路、道路、桥梁、房屋、水库各种环境各种关键要素进行了模块化设计，可以通过对模块布局、直观、形象、迅速的创建仿真场景，现实环境三维真实再现，利用数字地形模型、高分辨率遥感影像构建三维场景，采用数据驱动的方式，快速生成电塔、电线等电力设施的三维模型，在三维平台中对各种数据进行分层显示。同时，允许用户在三维场景中交互式的完成场景浏览、漫游、定位、剖面分析等功能，以全方位、直观、形象的方式再现地形、地貌，辅助领导正确决策，作业更方便、快捷算。复杂的施工场景可以固化用于以后在此特殊场景的安全风险防范。电力三维数字沙盘系统将与电力设施相关的设备（变电站、线路杆塔、以及铁路、道路、房屋等各种关键要素）及属性信息与相应地理空间数据有机地结合在一起，可进行空间数据与属性数据的统一管理及交互操作，具有直观的图形表达形式以及欠打的空间分析。是电力企业施工、维修的行之有效的辅助工具。

   在仿真的场景基础上，结合现场勘查记录进行危险点分析，并编制现场作业指导书，并按作业指导书的要求准备工器具材料、布置落实安全技术措施，对现场作业进行分工安排。电力三维数字沙盘的虚拟空间是动态的，可操纵的，我们可以借助于一些专门的外部设备（如普通键盘、鼠标或游戏柄）以自然地方式来操纵电力虚拟环境的设备，电力虚拟环境可对这种操纵做出相应（根据三维系统仿真算法），以完成电力三维沙盘仿真演示。结合GIS地理信息系统技术辅助实现电力设施相关的设备和输电网络组织的优化，为维修和指挥部门提供有分量的分析；实现地图显示电力设施的分布和管理；实现电力设施相关的设备基本数据模型的建设和维护管理；实现对电力设施相关的设备在维修时准确无误进行指挥操作。在模拟推演结束以后，通过回访现场安全技术措施布置的流程、要求、作业分工、直观、形象、有效地进行作业人员的安全技术交底。

   通过三维仿真技术模拟成如上图所示便于电力使用企业在电力施工抢修时的指挥演示操作、培训提高电力抢修人员的业务技能、规范基层电力抢修人员业务操作、准确定位到故障发生地点。对电力系统而言，利用虚拟环境来练习员工熟悉环境设备与操作那些复杂且不能出错的设备，并做考核，不仅增加了员工的学习爱好与效率，而且节省了许多费用，也大幅降低了新手操作的失误率。而且虚拟环境的工程造价低，运行费用低，维护工作量小，升级轻易。虚拟现实技术作为一种新型的培训方式，其经济效益和社会效益是显而易见的，具有广泛的应用前景。

   5、隧道工程改造仿真
   复杂地质条件和工程环境使隧道施工面临不少难题。国际上，高难度重大工程普遍采用“数值仿真”技术，为具体施工阶段提供理论依据和技术支持，而该技术所依赖的超级计算能力正是一个国家综合国力的体现。我国在计算机对工程的数值仿真方面开始初步应用，除少数高层建筑外，2008年奥运会“鸟巢”主会场也已采用这一技术进行结构仿真施工。

   传统意义上的工程建模是建立同比例缩小的物理模型，在该模型上进行各项实验，验证工程设计的可行性，需要耗费大量人力物力。这种实验现已从单凭人为经验，发展到一维、二维、三维的数据模型验证。全三维、可视化的模型，计算牵涉无以计数的海量数据，须同时考虑材料特性、结构变形和各类作用力的并行关系，只能靠计算机来完成。

   隧道所经河床的土壤、泥沙、水文、气候等多项参数，在计算机上直观模拟盾构推进过程，对盾构机的工作参数进行优化匹配。这种观察入微、精确到毫米的仿真施工，目前已在隧道上提前发现了五六个需要“重点关照”的关节点，可采取加注高强度水泥等措施加固管壁，以确保安全。

   使用模拟计算技术，甚至成功仿真了隧道遭遇失火、爆炸等紧急情况下，通风系统的风力、烟雾扩散的排出路径，以及人员从每隔1公里的双筒隧道间联络通道撤离等情景。

   6、桥梁改建改造仿真
   由于道路桥梁需要同时处理大量的三维模型与纹理数据，导致这种形势需要很高的计算机性能作为后台支持，但随着近些年来计算机软硬件技术的提高，一些原有的技术瓶颈得到了解决，使虚拟现实的应用达到了前所未有的发展。在我国，许多学院和机构也一直在从事这方面的研究与应用。

   虚拟现实技术在道路桥梁方面的应用：仿真技术在高速公路和桥梁建设方面有着非常广阔的应用前景，可由后台置入稳定的数据库信息，便于受众对各项技术指标进行实时的查询，周边再辅以多种媒体信息，如工程背景介绍，标段概况，技术数据，截面等，电子地图，声音、图像、动画，并与核心的虚拟技术产生交互，从而实现演示场景中的导航、定位与背景信息介绍等诸多实用、便捷的功能。

   7、矿山建设改造仿真
   矿山仿真系统以虚拟现实平台为基础建立的矿山安全生产指挥新平台，为采矿领域的科研和工程人员提供身临其境的矿山体验和研究环境，其高度的逼真性和实时的人机交互性，让广大科研和工程用户在实验室中就可以对矿山各监测监控系统监测信息有机集成，实时反映矿山安全信息和生产信息。

   矿山的开采工艺包括巷道挖掘、矿体打眼与爆破、矿石存储与运输、选矿等多个步骤，虚拟仿真技术可以广泛用于采矿工艺的各个步骤仿真，如用于大型矿区的地下运输系统的仿真与调度时，用户在虚拟的地形、地层、巷道环境中任意漫游，可以设置各列车的属性以及初始位置、目标位置、预定行进路线等等，按照预定规则在巷道网中运行以检验列车组的运行方案是否可行或测试方案效率。也使用虚拟仿真技术也可以对凿岩台车的打眼、矿体爆破、铲车铲运矿石、矿石从竖井或溜井输送、运矿列车运输矿石这整个过程进行仿真或展示。与真实试验数据或仿真控制模型相结合以后，可以对矿山的各种事故过程进行仿真分析，在虚拟的巷道模型中，基于真实试验数据或仿真控制模型可以实时计算出仿真对象的变化，在三维环境中实时、逼真地显示出来，二者结合实现对某种事故发生过程进行仿真。

   由于事故性质的原因，事故过程的实物模拟非常困难，而虚拟仿真技术为事故的模拟和仿真提供了新的手段，各种单元试验获得试验数据以及计算模型都可以在虚拟矿山环境中融合，从而可以对事故的发生原因、演进过程、造成的结果进行可视化的仿真研究，为事故的预防和救援提供依据。

   实际事故的救援效率对于抢救人员生命、减小事故损失具有极大影响，建立矿区地表和地下三维环境、矿道和矿井三维模型、各类设备的三维模型，集成到一个虚拟矿山环境中，结合今后将会推广使用的井下无线电通信和定位系统，事故发生时可以定位每一个被困人员在井下的精确位置，并能查询人员附近的各类设备信息，从而可以为抢险救援指挥提供有力帮助。

   8、交通改造仿真
   交通仿真可用于城市规划中的交通影响的分析，对备选方案进行科学评估。把复杂的交通仿真模型变得简单实用，是开展出行行为分析和交通管理的对策研究不可或缺的有力工具。

   1、车辆出行状态仿真：可以仿真车辆的加速、减速、停车、让行、换道、超车、并道等多种行驶状态下的特性，这些特性由内在的模型根据基础路网模型和给定参数计算得出；出行需求模型分析：可以方便的将其它交通规划软件得出的交通需求数据进行分配，以更加直观和细致的检验出行需求模型的分配效果；
   2、交通控制方案的仿真：真实和动态的展示停车、让行、定时控制和感性控制等几种信号控制策略对交通流所产生的影响；
   3、交通管理设施的仿真：仿真包括车道使用信息板、路段封锁标志、车道使用标志、人行横道信号灯、隧道入口信号灯、匝道控制信号灯、减速阀、限速标志、停车标志、让行标志等各类交通管理设施对交通运行状况的影响；
   4、公交系统仿真：根据车站的长度、上下车乘客人数和比例，以及线路发车频率、车辆类型等分析公交车辆行驶受到的影响；设定公交专用车道，动态公交信号，分析公交优先策略对路网的影响及效果；
   5、收费站仿真：可以再现不同车辆类型、不同收费方式（包括手工、电子和混合三种）和不同的收费服务时间分布对车辆出行时间的影响；事故和施工区仿真、行人仿真、综合仿真、停车仿真。

   9、场馆改造仿真
   场馆仿真是现今流行的词，尤其是在中国申奥成功后。所谓场馆仿真就是通过计算机将在建或已建的场馆虚拟出来，达到一个触手可及的真实三维环境。辅助设计、规避风险，提前展示场馆面貌，供市民浏览是做场馆仿真的主要意义，而这一切都离不开虚拟现实技术。

   对于一个场馆的建设，最主要的就是规划设计，规划设计部门可对奥运场馆建设完成后的实际效果做“现场”评估，及时发现并解决问题。规划建设一旦实施，变成现实世界的真实存在，其结果就不可逆了。利用虚拟现实及网络技术等先进技术，普通市民则可以潇洒地进行场馆虚拟游，并根据自己的感受提出建设意见。

1、场馆仿真规划设计，提前展现真实场馆风貌
2、辅助审批设计，规避设计投资风险
3、 3d互联网发布，方便市民浏览参观
4、招商引资、提高知名度
5、虚拟漫游、身临其境感受场馆
6、特需功能定制开发

变电站改造效果图铁路建设改造效果图
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来源：http://www.railsky.com/page/AnLi/jigz.html

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