BIM+IoT+AR技術在軌道交通智慧運維的需求分析及應用

肖賓杰 胡賢國 高修強

摘 要：分析應用增強現(xiàn)實（AR）解決運營維保業(yè)務交互場景化、執(zhí)行標準化、評價科學等問題需求，在軌道交通工程運維階段充分集成BIM+IoT+AR技術;打破現(xiàn)實運維場景中獲取實物目標信息的空間的限制，以友好的交互方式呈現(xiàn)信息，提高資產移交、巡檢巡查、檢修生產等業(yè)務的執(zhí)行效率;并通過采集現(xiàn)場各業(yè)務標準步驟節(jié)點數(shù)據，沉淀數(shù)字化運維知識資產。

關鍵詞：增強現(xiàn)實、軌道交通智慧運維;巡檢巡查;物聯(lián)網技術

1 基于BIM+IoT+AR技術在軌道交通智慧運維需求分析

1.1 基于BIM+AR的應急與巡檢技術

軌道交通智慧運維中，設備巡檢是常態(tài)工作;而應急管理根據預案及需求可提高應急疏散、管控水平。基于增強現(xiàn)實通建筑信息模型與真實環(huán)境的疊加展示實現(xiàn)基于AR技術的應急與巡檢服務，提高工作效率。

1.2 移動端的移動增強現(xiàn)實室內精準定位應用

移動端的移動增強現(xiàn)為擴大應用的有效性及設備巡檢的針對性，對室內空間數(shù)據、定位數(shù)據、Wi-Fi信號特征進行分析，完成土建結構、終端設備對信號強度影響的量化分析，基于Wi-Fi定位的地下室內定位技術，在地下室內場景內實現(xiàn)手機的實時定位。

1.3 基于手機傳感和圖像感知的相機位態(tài)計算與虛實相機匹配

利用手機傳感器并結合藍牙檢測結合室內定位坐標與BIM幾何模型進行坐標點匹配解算，完成手機相機與BIM視角攝像頭的虛實相機匹配。進一步結合室內場景理解技術，精確機電BIM模型在現(xiàn)實場景中的位置，實現(xiàn)手機攝像圖像到三維幾何模型的映射實現(xiàn)室內AR虛實融合可視化。

2 基于BIM+IoT+AR技術在軌道交通智慧運維的流程分析

本項目將依托某市城市軌道交通項目，結合需求和功能研發(fā)，總結功能需求和流程圖如下：

具體過程為：預先配置巡檢任務。巡檢用戶對著設備掃描，將模型疊加到手機攝影中，與現(xiàn)實設備重疊，并讀取到設備的具體編碼，點擊“拆裝模擬”后，可以進行拆裝模擬演示，并進行手動虛擬拆裝;可以看到該設備的詳細信息。

3 基于BIM+IoT+AR技術在軌道交通智慧運維的實現(xiàn)方案

系統(tǒng)以BIM數(shù)據為基礎，經過優(yōu)化、數(shù)據提取、轉換，和AR及IoT（The Internet of things，物聯(lián)網）技術配合，以圖形化方式將不同數(shù)據源的數(shù)據集成、分類，結合運維管理需要進行更為直觀、更高效率的交互控制和信息展現(xiàn)。基于室內精準定位的移動端的移動增強現(xiàn)實應用;增強現(xiàn)實AR在軌道交通運維管理中巡檢、檢修、培訓等業(yè)務場景的應用。

3.1 基于AR的運維巡檢管理功能

基于圖像識別、空間定位技術的AR工程運維管理功能，讓運維人員在檢修現(xiàn)場通過移動設備可查看設備運行狀態(tài)信息，獲取檢修記錄和技術資料，提高運維人員獲取設備信息的效率。

3.2 基于AR的自定義工程進度及設備拆裝模擬功能

系統(tǒng)開發(fā)基于參數(shù)化驅動的通用工程進度及設備拆裝模擬功能，讓工程進度展示、設備拆裝課件的制作、學習和訓練更高效。該板塊需求如下：可進行參數(shù)化驅動工程進度及設備拆裝模擬課件和4D制作;可進行參數(shù)化工程進度及設備拆裝模擬課件學習和4D分析;可在實戰(zhàn)訓練環(huán)境中進行互動模擬訓練。

3.3 AR巡檢、檢修、培訓等業(yè)務場景應用

通過構建自定義開發(fā)接口，集成主流監(jiān)控視頻、測量機器人、環(huán)境監(jiān)測儀、盾構機、穿戴定位等IoT設備;結合軌道交通工程運維管理的特點和要求，利用BIM、GIS、IoT、AI、大數(shù)據、空間定位導航等先進工程數(shù)字化技術優(yōu)點呈現(xiàn)、整合、優(yōu)化信息和數(shù)據，打造關于軌道交通工程資產移交、巡檢巡查、檢修生產等運維業(yè)務場景下的AR技術應用解決方案，支撐實時可視指導、異常錯誤報警、專家遠程指導、業(yè)務操作培訓、執(zhí)行過程標化、執(zhí)行行為評價等內容的實現(xiàn)。

3.4 運維應急及巡檢數(shù)據挖掘及AI應用研究

運維應急及巡檢數(shù)據挖掘及AI應用完成AR巡檢、檢修、培訓等業(yè)務場景的應用，利用BIM+GIS技術三維可視化特點，可實現(xiàn)設備人員定位、進度維修模擬、逃生救援導航、數(shù)據流轉載體等諸多應用，需要簡化并統(tǒng)一輕量化處理流程，降低模型緩存大小，提高模型訪問性能，有效提升模型相關業(yè)務二次開發(fā)效率。

3.5 電子巡檢

利用RFID技術，進行巡更管理，發(fā)現(xiàn)問題，通過移動端掃描二維碼進行BIM模型定位，并創(chuàng)建檢修工單。具體分為二維碼管理、巡更點管理、電子巡檢任務管理三個功能點。二維碼管理對能在模型上顯示的設備和構筑物，可以生成二維碼，以便電子巡檢時，發(fā)現(xiàn)問題，使用移動端掃描二維碼進行定位并上報。巡更點管理，可對所有巡更點進行增刪改查，可關聯(lián)RFID編碼，選擇巡更點在模型中的位置。電子巡檢任務管理，是對巡檢任務的增刪改查。問題上報和電子巡檢任務流程閉合，通過移動端進行，有二維碼的設備/構筑物進行掃描定位，沒有二維碼的通過巡更點定位。

當移動端巡檢來到巡更點時，讀取該巡更點RFID標簽，進行識別，并做問題上報，同時模型上的巡更點被問題點亮并閃爍提示，點擊巡更點可查看上報的相關問題。同一個巡更點可能存在多個問題，可點擊+號進行增加，當所有問題添加完畢，點擊確定完成該巡更點巡檢工作，當所有巡更點巡檢完成，該巡檢任務結束。

4 結語

BIM+IoT+AR技術在軌道交通智慧運維應用AR技術解決運營維保業(yè)務交互場景化、執(zhí)行標準化、評價科學性等問題，全面提升國有資產運營與設備維保水平。調研借鑒先進工業(yè)制造領域關于AR技術的智能軟硬件系統(tǒng)與高價值應用場景，結合軌道交通工程運維管理的特點和要求，聯(lián)合AR技術服務商或研究機構開展AR技術在軌道交通運維管理中的應用研究，結合并放大BIM、GIS、IoT、AI、大數(shù)據、空間定位導航等先進工程數(shù)字化技術優(yōu)點，通過以更友好的交互的方式呈現(xiàn)、整合、優(yōu)化信息和數(shù)據，打造關于軌道交通工程資產移交、巡檢巡查、檢修生產等運維業(yè)務場景下的AR技術應用解決方案，支撐實時可視指導、異常錯誤報警、專家遠程指導、業(yè)務操作培訓、執(zhí)行過程標化、執(zhí)行行為評價等內容的實現(xiàn)。

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