人防指揮所三維管理信息系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

廖澤宇 蔡延光 黃司輝 劉志勇

【摘要】系統(tǒng)主要采用三維仿真和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對人防指揮所及內(nèi)部管線的三維仿真展示、內(nèi)部管線的信息化管理等功能，提高人防的信息化管理水平和工作效率，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】人防指揮所;物聯(lián)網(wǎng);信息技術(shù);三維管理信息系統(tǒng)

Research and implementation of civil air defence realm 3D management information system

LIAO Ze-yu，CAI Yan-guang ，QIU Xu-qin，LIU Zhi-yong

（School of Automation，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China）

Abstract：The system based on the three dimensional simulation and Internet technology，to realize 3 d simulation of civil air defence command post and internal pipeline features，internal pipeline information management，and other functions，improve the level of information management of civil air defense and working efficiency，has very important practical significance.

Key words：civil air defence realm;internet of things;information technology;3D management information system

引言

人防工程及指揮所通常都安裝了供電、通風(fēng)、空調(diào)、給排水、消防、通信、計算機網(wǎng)絡(luò)、智能化控制等各種內(nèi)部管線[1～4]，其資料大都還是以圖紙的形式存在，沒有實現(xiàn)信息化管理，對內(nèi)部管線的管理效率較低，發(fā)生故障時不能進行預(yù)警并找出故障區(qū)域[5]。

1.總體設(shè)計

本系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)達到以下五個總體目標：

（1）建模

建立人防工程核心區(qū)內(nèi)（約5280平方米）所有地下構(gòu)筑物、管線、地溝、設(shè)備、監(jiān)控模塊的三維仿真模型，并對所有模型屬性進行數(shù)據(jù)庫管理，以構(gòu)建該工程完整的三維仿真模型，并按要求建立三維坐標。

（2）可視化

實現(xiàn)該工程三維仿真模型可視化，即以第一人稱視角全方位觀看，可矢量性縮放、全方位旋轉(zhuǎn)、平移、升降、定點巡航、飛行及俯視。各模型屬性、各管線屬性、監(jiān)控模塊數(shù)據(jù)可實時點擊查看，隱蔽管線可透明、半透明、不透明顯示;各管線及設(shè)備可按功能分層管理。

（3）可修改

用戶可方便快捷的對該系統(tǒng)所有建模、管線、設(shè)備進行屬性更改和增減，以確保系統(tǒng)的時效性和準確性。

（4）可管理

實現(xiàn)用戶的權(quán)限管理。

（5）故障警告

可實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)連接故障的實時預(yù)警。

總體框架如圖1-1所示。該總體框架采用了層次化設(shè)計思想，以實現(xiàn)不同層次間的相互獨立性，保障系統(tǒng)的高度穩(wěn)定性、實用性和可擴展性。

第一層是通過門戶（Portal）技術(shù)實現(xiàn)的統(tǒng)一信息門戶，用戶通過“一站式”登錄，即可使用根據(jù)其權(quán)限所配置的所有應(yīng)用系統(tǒng)，為用戶提供人性化的應(yīng)用界面和用戶界面整體布局。

第二層是應(yīng)用層，是信息化應(yīng)用的軟件實現(xiàn)及表現(xiàn)層。該層建立人防系統(tǒng)基礎(chǔ)框架之上，與具體應(yīng)用需求相結(jié)合，開發(fā)并集成各類應(yīng)用功能，通過“一站式”登錄門戶為用戶提供人性化的應(yīng)用界面。

第三層是應(yīng)用開發(fā)與集成的支撐框架層，負責(zé)提供信息系統(tǒng)基礎(chǔ)、通用、專業(yè)的業(yè)務(wù)協(xié)同運行支持以及相關(guān)數(shù)據(jù)的專業(yè)處理及應(yīng)用功能，是信息系統(tǒng)運行的技術(shù)核心。

第四層是綜合數(shù)據(jù)中心層，是整個信息系統(tǒng)的信息資源核心。人防工程綜合數(shù)據(jù)庫在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準與技術(shù)規(guī)范的規(guī)定下，由人防工程建筑平面圖數(shù)據(jù)，通風(fēng)、空調(diào)布置圖，弱電、光纖布置圖，設(shè)備分布圖數(shù)據(jù)和人防管線數(shù)據(jù)等組成。

第五層是信息化基礎(chǔ)設(shè)施層，該層提供信息系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、桌面操作系統(tǒng)（OS）及企業(yè)級數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）等基礎(chǔ)軟件環(huán)境，提供信息系統(tǒng)運行所依賴的存儲設(shè)施、計算設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、安全設(shè)施等，是信息系統(tǒng)的軟硬件設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖

2.系統(tǒng)軟硬件配置

（1）系統(tǒng)：Windows XP（Service Pack 3）或Windows Vista（Service Pack 1）/Windows 7

（2）CPU：Intel Pentium 4 2.2GHz或與之相當?shù)腁MD Athlon處理器

（3）內(nèi)存：1GB for XP;1.5GB for Vista/7

（4）硬盤：4G磁盤剩余空間

（5）顯卡：至少128MB顯存的NVIDIA GeForce 6600 GT或ATI Radeon 9800 PRO顯卡

（6）DirectX：Version 9.0c

3.開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)是基于“Unity3d”平臺上進行開發(fā)。Unity3d平臺優(yōu)勢如下：

綜合編輯：通過Unity簡單的用戶界面，你可以完成任何工作。這些為你節(jié)省了大量的時間。

資源導(dǎo)入：unreal-udkUnity支持所有主要文件格式，并能和大部分相關(guān)應(yīng)用程序協(xié)同工作。

一鍵部署：Unity可以讓你的作品在多平臺呈現(xiàn);Unity讓業(yè)界最流行的游戲平臺軟件更容易開發(fā);Unity讓革命性的游戲開發(fā)降臨革命性的設(shè)備。

著色器：Unity的著色器系統(tǒng)整合了易用性、靈活性和高性能。

地形：低端硬件亦可流暢運行廣闊茂盛的植被景觀。

聯(lián)網(wǎng)：從單人游戲到全實時多人游戲。

音頻和視頻：實時三維圖形混合音頻流、視頻流。

光影：Unity提供了具有柔和陰影與烘焙lightmaps的高度完善的光影渲染系統(tǒng)。

4.系統(tǒng)功能介紹

4.1 三維系統(tǒng)基礎(chǔ)功能

三維系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能包括場景縮放、場景旋轉(zhuǎn)、場景平移、場景升降等操作功能，用戶可通過鼠標或鍵盤實現(xiàn)對三維系統(tǒng)的上述基礎(chǔ)操作。

4.2 三維系統(tǒng)可視化功能

為更好地展示人防指揮所、通道及內(nèi)部管線的三維仿真效果，需要建設(shè)三維系統(tǒng)的可視化功能，實現(xiàn)路徑漫游、地上地下一體化瀏覽、二維導(dǎo)航等功能。

4.3 地下管線管網(wǎng)功能

為方便人防內(nèi)部地下管線的管理，清晰的看到管線與地面、墻體、設(shè)備等的相對位置，系統(tǒng)將提供多種瀏覽模式，方便用戶的使用。系統(tǒng)提供透明、半透明和不透明三種瀏覽模式。透明瀏覽模式即地面和墻體都不顯示，只顯示管線和設(shè)備，此時可以清楚地看到內(nèi)部管線的分布狀況。半透明瀏覽模式即地面和墻體隱約可見，此時可以看到內(nèi)部管線以及地面和墻體的相對位置。不透明瀏覽模式即地面和墻體清晰可見，但內(nèi)部管線不可見，即我們?nèi)丝吹降男ЧＨS管線的所有貼圖均采用內(nèi)部管線的實際材料顏色，以示區(qū)分，并將其相對位置真實地體現(xiàn)出來。如果三維管線采用實際材料顏色進行貼圖的效果不好，將用模擬顏色進行貼圖，系統(tǒng)將提供兩種貼圖方式效果瀏覽。

4.4 故障預(yù)警功能

系統(tǒng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對電閘斷電的突發(fā)事件進行實時預(yù)警的功能，并顯示預(yù)警的電閘故障點列表，點擊列表中的發(fā)生斷電故障的電閘編號或名稱可在三維系統(tǒng)中快速定位到故障位置，并能查詢該電閘的相關(guān)屬性。

4.5 后臺管理功能

用戶管理模塊的功能主要是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對用戶和角色的劃分。系統(tǒng)具有嚴格的用戶管理機制，把對數(shù)據(jù)庫使用性質(zhì)相同或接近的用戶群進行角色管理，每一個角色又包含了自己的用戶，用戶在繼承所屬角色所擁有的系統(tǒng)權(quán)限的同時也可以擁有自己所特有的角色。此功能還未建設(shè)，接下來將進行開發(fā)建設(shè)。

三維仿真系統(tǒng)權(quán)限管理是用于從不同方面對三維仿真系統(tǒng)的安全做維護，通過對不用用戶授予不同的權(quán)限，來管理各個用戶對三維系統(tǒng)訪問的權(quán)限，例如對三維系統(tǒng)的全權(quán)訪問又或者是局部訪問。此功能還未建設(shè)，接下來將進行開發(fā)建設(shè)。

5.結(jié)語

本系統(tǒng)基于人防工程的現(xiàn)狀及存在問題，提出了建設(shè)人防指揮所三維管理系統(tǒng)的建設(shè)方案，主要是采用三維仿真和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對人防指揮所及內(nèi)部管線的三維仿真展示、內(nèi)部管線的信息化管理等功能，提高人防的信息化管理水平和工作效率。

參考文獻

[1]劉軍.基于3S技術(shù)的人防工程管理系統(tǒng)建設(shè)[J].測繪與空間地理信息.2013（03）：13-14.

[2]楊僑依.人防地理信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2013.

[3]周迪民，段國云.地理信息系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)不確定性的研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2009，19（12）：174-177.

[4]范海玲.基于WebGIS的人民防空組織指揮輔助決策系統(tǒng)開發(fā)研究[D].華東師范大學(xué)，2009.

[5]王峰.兩防一體化領(lǐng)域GIS應(yīng)用模型的研究與實踐[D].解放軍信息工程大學(xué)，2008.

基金項目：廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項目（項目編號：2012B091000171，2011B090400460）。

作者簡介：

廖澤宇（1990—），男，湖南岳陽人，碩士研究生，研究方向：軟件開發(fā)。

蔡延光（1963—），男，湖北咸寧人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)控制與優(yōu)化、組合優(yōu)化、智能優(yōu)化、智能交通系統(tǒng)等。

黃司輝（1991—），女，湖南岳陽人，大學(xué)本科，學(xué)士，研究方向：自動化。

劉志勇（1990—），男，江西新余人，碩士研究生，研究方向：軟件開發(fā)與物流運輸。