BIM+IoT+AR技術(shù)在軌道交通智慧運維的需求分析及應(yīng)用

肖賓杰 胡賢國 高修強

摘 要：分析應(yīng)用增強現(xiàn)實（AR）解決運營維保業(yè)務(wù)交互場景化、執(zhí)行標(biāo)準化、評價科學(xué)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(shù);打破現(xiàn)實運維場景中獲取實物目標(biāo)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(chǎn)移交、巡檢巡查、檢修生產(chǎn)等業(yè)務(wù)的執(zhí)行效率;并通過采集現(xiàn)場各業(yè)務(wù)標(biāo)準步驟節(jié)點數(shù)據(jù)，沉淀數(shù)字化運維知識資產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：增強現(xiàn)實、軌道交通智慧運維;巡檢巡查;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1 基于BIM+IoT+AR技術(shù)在軌道交通智慧運維需求分析

1.1 基于BIM+AR的應(yīng)急與巡檢技術(shù)

軌道交通智慧運維中，設(shè)備巡檢是常態(tài)工作;而應(yīng)急管理根據(jù)預(yù)案及需求可提高應(yīng)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(shù)的應(yīng)急與巡檢服務(wù)，提高工作效率。

1.2 移動端的移動增強現(xiàn)實室內(nèi)精準定位應(yīng)用

移動端的移動增強現(xiàn)為擴大應(yīng)用的有效性及設(shè)備巡檢的針對性，對室內(nèi)空間數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)、Wi-Fi信號特征進行分析，完成土建結(jié)構(gòu)、終端設(shè)備對信號強度影響的量化分析，基于Wi-Fi定位的地下室內(nèi)定位技術(shù)，在地下室內(nèi)場景內(nèi)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(jié)合藍牙檢測結(jié)合室內(nèi)定位坐標(biāo)與BIM幾何模型進行坐標(biāo)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(jié)合室內(nèi)場景理解技術(shù)，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(nèi)AR虛實融合可視化。

2 基于BIM+IoT+AR技術(shù)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(jié)合需求和功能研發(fā)，總結(jié)功能需求和流程圖如下：

具體過程為：預(yù)先配置巡檢任務(wù)。巡檢用戶對著設(shè)備掃描，將模型疊加到手機攝影中，與現(xiàn)實設(shè)備重疊，并讀取到設(shè)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(shè)備的詳細信息。

3 基于BIM+IoT+AR技術(shù)在軌道交通智慧運維的實現(xiàn)方案

系統(tǒng)以BIM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)過優(yōu)化、數(shù)據(jù)提取、轉(zhuǎn)換，和AR及IoT（The Internet of things，物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)配合，以圖形化方式將不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成、分類，結(jié)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)?；谑覂?nèi)精準定位的移動端的移動增強現(xiàn)實應(yīng)用;增強現(xiàn)實AR在軌道交通運維管理中巡檢、檢修、培訓(xùn)等業(yè)務(wù)場景的應(yīng)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(shù)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(shè)備可查看設(shè)備運行狀態(tài)信息，獲取檢修記錄和技術(shù)資料，提高運維人員獲取設(shè)備信息的效率。

3.2 基于AR的自定義工程進度及設(shè)備拆裝模擬功能

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

3.3 AR巡檢、檢修、培訓(xùn)等業(yè)務(wù)場景應(yīng)用

通過構(gòu)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(gòu)機、穿戴定位等IoT設(shè)備;結(jié)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(jù)、空間定位導(dǎo)航等先進工程數(shù)字化技術(shù)優(yōu)點呈現(xiàn)、整合、優(yōu)化信息和數(shù)據(jù)，打造關(guān)于軌道交通工程資產(chǎn)移交、巡檢巡查、檢修生產(chǎn)等運維業(yè)務(wù)場景下的AR技術(shù)應(yīng)用解決方案，支撐實時可視指導(dǎo)、異常錯誤報警、專家遠程指導(dǎo)、業(yè)務(wù)操作培訓(xùn)、執(zhí)行過程標(biāo)化、執(zhí)行行為評價等內(nèi)容的實現(xiàn)。

3.4 運維應(yīng)急及巡檢數(shù)據(jù)挖掘及AI應(yīng)用研究

運維應(yīng)急及巡檢數(shù)據(jù)挖掘及AI應(yīng)用完成AR巡檢、檢修、培訓(xùn)等業(yè)務(wù)場景的應(yīng)用，利用BIM+GIS技術(shù)三維可視化特點，可實現(xiàn)設(shè)備人員定位、進度維修模擬、逃生救援導(dǎo)航、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)載體等諸多應(yīng)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(guān)業(yè)務(wù)二次開發(fā)效率。

3.5 電子巡檢

利用RFID技術(shù)，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(wù)管理三個功能點。二維碼管理對能在模型上顯示的設(shè)備和構(gòu)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(guān)聯(lián)RFID編碼，選擇巡更點在模型中的位置。電子巡檢任務(wù)管理，是對巡檢任務(wù)的增刪改查。問題上報和電子巡檢任務(wù)流程閉合，通過移動端進行，有二維碼的設(shè)備/構(gòu)筑物進行掃描定位，沒有二維碼的通過巡更點定位。

當(dāng)移動端巡檢來到巡更點時，讀取該巡更點RFID標(biāo)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(guān)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(dāng)所有問題添加完畢，點擊確定完成該巡更點巡檢工作，當(dāng)所有巡更點巡檢完成，該巡檢任務(wù)結(jié)束。

4 結(jié)語

BIM+IoT+AR技術(shù)在軌道交通智慧運維應(yīng)用AR技術(shù)解決運營維保業(yè)務(wù)交互場景化、執(zhí)行標(biāo)準化、評價科學(xué)性等問題，全面提升國有資產(chǎn)運營與設(shè)備維保水平。調(diào)研借鑒先進工業(yè)制造領(lǐng)域關(guān)于AR技術(shù)的智能軟硬件系統(tǒng)與高價值應(yīng)用場景，結(jié)合軌道交通工程運維管理的特點和要求，聯(lián)合AR技術(shù)服務(wù)商或研究機構(gòu)開展AR技術(shù)在軌道交通運維管理中的應(yīng)用研究，結(jié)合并放大BIM、GIS、IoT、AI、大數(shù)據(jù)、空間定位導(dǎo)航等先進工程數(shù)字化技術(shù)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(jù)，打造關(guān)于軌道交通工程資產(chǎn)移交、巡檢巡查、檢修生產(chǎn)等運維業(yè)務(wù)場景下的AR技術(shù)應(yīng)用解決方案，支撐實時可視指導(dǎo)、異常錯誤報警、專家遠程指導(dǎo)、業(yè)務(wù)操作培訓(xùn)、執(zhí)行過程標(biāo)化、執(zhí)行行為評價等內(nèi)容的實現(xiàn)。

參考文獻：

[1]Carneiro J，Rossetti R，Silva D C，et al.BIM，GIS，IoT， and AR/VR Integration for Smart Maintenance and Management of Road Networks：a Review[C].2018 IEEE International Smart Cities Conference（ISC2）.IEEE，2018.

[2]胡鵬飛，常甲興，劉權(quán).基于BIM和IoT的防護設(shè)備全生命周期綜合管理平臺研究[J].智能建筑與智慧城市，2019（3）：55-56.

[3]李鈺，呂建國.基于BIM和VR/AR技術(shù)的地鐵施工信息化安全管理體系[J].工程管理學(xué)報，2017，31（4）：111-115.