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一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台
技术领域
本实用新型属于BIM模型和3D GIS的工程管理技术领域，尤其涉及一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台。
背景技术
随着科学技术的不断发展，数字图像采集及其传输技术在视频监控、信息处理、工业控制和科学研究等领域的应用日益广泛，这些应用对系统的采集、传输速度提出了越来越高的要求。
随着我国城市化建设节奏加快，市政工程数量和规模越来越大，遏制施工安全事故的发生是保证市政工程施工进度的前提。我国市政工程施工主要具备3个特点：1)工期普遍较为集中，有效施工时间较短，为了在短时间内完成更多的工作量，安全事故发生概率也在不断增大；2)施工场地有限，工序交叉协调较为困难，对施工安全管理带来极大的挑战；3)市政工程通常位于城市中心区域，一旦发生施工安全事故极易造成重大经济损失和恶劣社会影响。目前市政工程施工中安全意识薄弱、安全管理存在缺陷、安全制度不健全，尚未形成完整的市政工程施工安全控制方法，很大程度上制约了市政工程的发展，难以满足目前飞速发展的城市化建设。
BIM技术已成为市政工程建设和管理工作中的重要技术支撑，也是施工信息化管理的重要标识。构建一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统，使施工方能够准确掌握施工现场人员和机械的操作规范和是否满足安全要求，避免不合规行为操作引起的安全事故；同时，实时掌握施工过程中市政建筑的受力情况并及时对施工现场可能出现的危险进行预判和评估，增强整个市政工程项目施工环节安全的可预知性和可控性，能显著提高市政建设的数字化、可视化和智能化水平。
因此，构建一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台很有必要。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供提供一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台，包含3DGIS+BIM融合交互应用模块，以及与所述3DGIS+BIM融合交互应用模块相连接的服务器模块、云服务模块和数据采集与传输模块，所述数据采集与传输模块通过3DGIS+BIM融合交互应用模块分别与服务器模块、云服务模块连接，所述数据采集与传输模块包含视频采集及传输模块、数据预处理模块、微处理器模块、报警模块、音频输出模块、时钟模块、数据存储模块、数据传输模块和电源模块，所述视频采集及传输模块通过数据预处理模块连接微处理器模块，所述报警模块、音频输出模块、时钟模块、数据存储模块、数据传输模块和电源模块分别与微处理器模块；所述数据采集与传输模块还包含机电设备模块以及设置在机电设备模块上的传感器模块，以及与其连接的通讯模块；电源模块包含市电模块、充电控制模块、蓄电池，所述市电模块通过充电控制模块连接蓄电池，所述市电模块和蓄电池分别与微处理器模块连接，用于提供所需电能，所述充电控制模块包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。
作为本实用新型一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台的进一步优选方案，所述数据预处理模块包含依次连接的模数转换模块、放大器模块，所述放大器模块包括LNA低噪声放大器、功分器、第一滤波器、第二滤波器、第一放大器、第二放大器、合成器、第三放大器和第三滤波器，其中，LNA的输出端连接功分器的输入端，而功分器的输出端分别连接第一、二滤波器的输入端，所述第一、二滤波器的输出端分别经由第一、二放大器连接合成器的输入端，该合成器的输出端经由第三放大器连接第三滤波器的输入端。
作为本实用新型一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台的进一步优选方案，所述视频采集及传输模块包含CMOS图像传感器、CPLD时序控制单元、USB传输单元，所述CMOS图像传感器的输出端依次经过CPLD时序控制单元和USB传输单元连接模数转换模块的输入端。
作为本实用新型一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台的进一步优选方案，所述CMOS图像传感器的芯片型号为IBIS5-A-1300。
作为本实用新型一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台的进一步优选方案，所示微处理器模块采用芯片型号为SPCE061A的微处理器。
作为本实用新型一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台的进一步优选方案，所述数据存储模块选用Micron公司4Gbit容量DDR3-SDRAM存储芯片MT41J256M16HA-125作为缓存介质。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本实用新型公开一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台，通过BIM模型和3DGIS技术对施工安全进行监控，通过建立工程施工期三维3DGIS+BIM模型，可以实现工程施工全过程动态监控和安全控制，让施工管理者全局掌握，并基于3DGIS+BIM技术实现市政工程施工的电子化、信息化管理；
2、基于3DGIS+BIM的工程施工安全控制技术，实现施工期危险源、施工人员机械操作规范情况和施工期结构物内力状态的信息化管理，提高市政工程的施工水平；
3、基于3DGIS+BIM技术，对工程施工中可能存在的安全问题进行及时处理，尽可能的保证人身和财产安全对工地安全进行全方位多角度的移动管控；
4、基于CMOS图像传感器的视频采集系统充分的利用了CMOS图像传感器的优点，采用USB总线供电，即插即用，电路简单，功耗低，成品体积小，成像清晰，稳定，很好的满足了CMOS图像采集系统的图像采集要求；
5、本系统CMOS图像采集芯片选用了Fillfactory公司的IBIS5-A-1300COMS图像传感器芯片，分辨率为1280×1024，全帧采集速率最高可达27fps，动态范围最大达到100db，6.7m×6.7m高填充系数像元，填充系数可达66％,支持卷帘快门和同步快门两种快门方式，内部集成可调整增益和偏置的输出放大器，以及40Msamples/s高速A/D转换模块，A/D量化等级为10bit，可直接输出模拟信号或数字信号，内部有大量的寄存器和控制器，可以对传感器的工作状态进行实时调整，芯片支持开窗技术亚采样技术，根据实际需要实时提高帧速率；
6、本实用新型省去了外部启动电路，大大降低启动部分的功耗；本发明采用合封三极管实现启动，待机功耗低，速度快，本发明采用合封技术，无需高压工艺，易于实现、节约成本；本发明当输出短路时，系统自动进入固定频率模式，提高稳定性。
附图说明
图1是本实用新型的整体系统结构示意图；
图2是本实用新型数据采集与传输模块的结构原理图；
图3是本实用新型充电控制模块的电路图；
图4是本实用新型放大器模块的结构原理图；
图5是本实用新型视频采集及传输模块的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台，如图1所示，包含3DGIS+BIM融合交互应用模块，以及与所述3DGIS+BIM融合交互应用模块相连接的服务器模块、云服务模块和数据采集与传输模块，所述数据采集与传输模块通过3DGIS+BIM融合交互应用模块分别与服务器模块、云服务模块连接。本实用新型公开一种基于BIM模型和3D GIS的工程管理平台，通过BIM模型和3D GIS技术对施工安全进行监控，通过建立工程施工期三维3DGIS+BIM模型，可以实现工程施工全过程动态监控和安全控制，让施工管理者全局掌握，并基于3DGIS+BIM技术实现市政工程施工的电子化、信息化管理；基于3DGIS+BIM的工程施工安全控制技术，实现施工期危险源、施工人员机械操作规范情况和施工期结构物内力状态的信息化管理，提高市政工程的施工水平；基于3DGIS+BIM技术，对工程施工中可能存在的安全问题进行及时处理，尽可能的保证人身和财产安全对工地安全进行全方位多角度的移动管控。
如图2所示，所述数据采集与传输模块包含视频采集及传输模块、数据预处理模块、微处理器模块、报警模块、音频输出模块、时钟模块、数据存储模块、数据传输模块和电源模块，所述视频采集及传输模块通过数据预处理模块连接微处理器模块，所述报警模块、音频输出模块、时钟模块、数据存储模块、数据传输模块和电源模块分别与微处理器模块；所述数据采集与传输模块还包含机电设备模块以及设置在机电设备模块上的传感器模块，以及与其连接的通讯模块；电源模块包含市电模块、充电控制模块、蓄电池，所述市电模块通过充电控制模块连接蓄电池，所述市电模块和蓄电池分别与微处理器模块连接，用于提供所需电能。
如图3所示，所述充电控制模块包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。本实用新型省去了外部启动电路，大大降低启动部分的功耗；本发明采用合封三极管实现启动，待机功耗低，速度快，本发明采用合封技术，无需高压工艺，易于实现、节约成本；本发明当输出短路时，系统自动进入固定频率模式，提高稳定性。
所述传感器模块，用于采集机电设备的工作环境、运行状态并将采集到的数据参数上传至所述服务器模块；
所述数据采集与传输模块，用于通过视频采集及传输模块获取视频监控，以及通过底层传感器模块获取机电设备模块的监测数据；
所述服务器模块，用于实现对所述数据采集与传输模块上传及存储的信息进行分析、整合、汇总、存储、发布及预测，同时作为所述3DGIS+BIM融合交互应用模块的控制核心，用于实现信息的互联互通，通过交互设计实现其对机电设备、监控设备的控制；
所述通讯模块，用于实现计算机网络与传统通信网络的融合，实现有线电话、无线集群电话、传真、数据传输、音视频会议、呼叫中心、OA办公系统、即时通信、视频系统、多媒体APP众多应用服务之间的灵活调度与互通；
所述3DGIS+BIM融合交互应用模块，用于采集视频监控与事件检测模块所收集的数据信息以及接收管养数据分析预测模块的辅助决策信息，以及与所述VR交互模块互联，用于实现管理人员在BIM模型中的三维交互体验与VR实景交互体验，实现机电设备的远端自由控制，所述3DGIS+BIM融合交互应用模块与所述应急预案响应模块互联互动，用于实现在路网运营突发事件发生并在应急预案启动时对机电设备进行自动控制，并建立3DGIS+BIM模型；
所述云服务模块，用于存储所述3DGIS+BIM融合交互应用模块处理的数据信息，同时实现不同权限用户通过网络以按需、易扩展的方式获取所需数据信息。
优选的，所述数据预处理模块包含依次连接的模数转换模块、放大器模块，如图4所示，所述放大器模块包括LNA低噪声放大器、功分器、第一滤波器、第二滤波器、第一放大器、第二放大器、合成器、第三放大器和第三滤波器，其中，LNA的输出端连接功分器的输入端，而功分器的输出端分别连接第一、二滤波器的输入端，所述第一、二滤波器的输出端分别经由第一、二放大器连接合成器的输入端，该合成器的输出端经由第三放大器连接第三滤波器的输入端。
优选的，所述视频采集及传输模块包含CMOS图像传感器、CPLD时序控制单元、USB传输单元，所述CMOS图像传感器的输出端依次经过CPLD时序控制单元和USB传输单元连接模数转换模块的输入端。
优选的，所述CMOS图像传感器的芯片型号为IBIS5-A-1300。
优选的，所示微处理器模块采用芯片型号为SPCE061A的微处理器。
优选的，所述数据存储模块选用Micron公司4Gbit容量DDR3-SDRAM存储芯片MT41J256M16HA-125作为缓存介质
基于CMOS图像传感器的视频采集系统充分的利用了CMOS图像传感器的优点，采用USB总线供电，即插即用，电路简单，功耗低，成品体积小，成像清晰，稳定，很好的满足了CMOS图像采集系统的图像采集要求；
本系统CMOS图像采集芯片选用了Fillfactory公司的IBIS5-A-1300COMS图像传感器芯片，分辨率为1280×1024，全帧采集速率最高可达27fps，动态范围最大达到100db，6.7m×6.7m高填充系数像元，填充系数可达66％,支持卷帘快门和同步快门两种快门方式，内部集成可调整增益和偏置的输出放大器，以及40Msamples/s高速A/D转换模块，A/D量化等级为10bit，可直接输出模拟信号或数字信号，内部有大量的寄存器和控制器，可以对传感器的工作状态进行实时调整，芯片支持开窗技术亚采样技术，根据实际需要实时提高帧速率；
如图5所示，所述视频采集及传输模块包含CMOS图像传感器、CPLD时序控制单元、USB传输单元，所述CMOS图像传感器的输出端依次经过CPLD时序控制单元和USB传输单元连接模数转换模块的输入端。频采集系统整体上按照功能可以分为三个部分：CMOS成像部分、CPLD时序控制部分、USB传输部分。
整个图像采集系统的工作原理如下：通过CPLD发送正确时序信号给CMOS图像传感器，驱动其正常工作，采取合适的快门方式，并将采集到的图像数据进行打包处理，输出给USB传输芯片，USB传输芯片再将图像数据传入主机，并通过上层应用程序得到采集到的图像。
CMOS图像传感器芯片IBIS5-A-1300：
本系统CMOS图像采集芯片选用了Fillfactory公司的IBIS5-A-1300COMS图像传感器芯片，分辨率为1280×1024，全帧采集速率最高可达27fps，动态范围最大达到100db，6.7m×6.7m高填充系数像元，填充系数可达66％,支持卷帘快门和同步快门两种快门方式。内部集成可调整增益和偏置的输出放大器，以及40Msamples/s高速A/D转换模块，A/D量化等级为10bit，可直接输出模拟信号或数字信号，内部有大量的寄存器和控制器，可以对传感器的工作状态进行实时调整。芯片支持开窗技术亚采样技术，根据实际需要实时提高帧速率[5]。
数据采集芯片EZ-USB FX2：
USB传输部分选用了CYPRESS公司的EZ-USB FX2芯片，它是一个USB2.0集成外围控制器，该芯片支持12M/S的全速传输和480M/S的高速传输，可以使用(具有)4种USB传输方式：控制传输、中断传输、块传输和同步传输；该器件集成有一个增强型的8051、8.5kB的RAM、4kB的FIFO存储器、串行接口引擎(SIE)、通用可编程接口(GPIF)、I/O口、数据总线、地址总线。
Altra公司的CPLD控制芯片EPM570：系统的时序控制芯片采用Atral公司的CPLD控制芯片EPM570。该芯片可以很好的完成系统的时序控制要求。
所述数据存储模块选用Micron公司4Gbit容量DDR3-SDRAM存储芯片MT41J256M16HA-125作为缓存介质。
为了解决高速大容量视频数据的缓存问题，此系统选用Micron公司4Gbit容量DDR3-SDRAM存储芯片MT41J256M16HA-125作为缓存介质。A0～A14为地址总线，B0～B3为Bank地址，FPGA通过控制地址总线和Bank地址就能控制数据在DDR3-SDRAM中的存储位置；D0～D15为数据总线，与FPGA并行连接；CLK-N和CLK-P为差分时钟输入端口，本系统中设定时钟频率为312.5MHz；FPGA通过列地址选择信号(CAS)、行地址选择信号(RAS)、写使能信号(WE)对DDR3-SDRAM进行读写控制，通过控制ODT使能片内电阻优化性能来防止数据线中断反射；DQS为DDR3-SDRAM与控制器之间的同步信号，其为双向信号，当写入数据时，其由控制器发出，当读取数据时，其由存储器发出；DM为数据屏蔽信号。由于Spartan6系列FPAG只有Bank1和Bank3有MCB硬核，在本系统中选择FPGA中Bank3与DDR3-SDRAM连接，端口电压标准为1.5V，且在FPAG UCF中，需要设定IO标准为SSTL15_II。。
DDR3-SDRAM数据的存取使用了Spartan6系列FPGA提供的MIG IP核，同时也需要MCB硬核与外部的SDRAM芯片进行数据交换。在Xilinx编译环境ISE中生成SDRAM控制器后，就可运用MIG IP核用户接口进行数据存取，本系统中MIG IP核配置成两个位宽为64bit的双向端口，一个端口用于写数据，一个端口用于读数据。在MIG IP核的前端和后端分别加入一个写数据FIFO和读数据FIFO，对于调用此缓存模块的逻辑来说，就相当于一个大容量的FIFO。在MIG IP核内部，采用乒乓操作的方式来提高缓存效率，在缓存的过程中，将4Gbit容量的存储区域分为N个区域，每个区域的容量为一帧视频数据的容量，在写入过程中，先将数据写入第1区域，第1区域写满后开始写下一区域(为第2区域，写下一区域时确保该区域数据为空)，此时就可以读取第1区域的数据，第1区域读完再读下一区域(为第2区域，在读下一区域时确保该区域数据已满)数据，依此顺序循环读写，完成乒乓操作。这种缓存方式可极大提高视频数据缓存效率，有效解决高速大容量数据的缓存问题，一帧视频数据连续且不会出现数据交叉的情况(地址不会交叉)，避免了视频显示的拖影现象。
所述微控制器模块采用采用芯片型号为SPCE061A的微处理器。经过实际测试，该系统具有较强的网络通信能力、高实时性、通信快速可靠的特点，具有很高的实用价值。
SPCE061A微处理器是凌阳科技公司所生产的16位μ'nSPTM微处理器，内部采用总线结构。主要参数有：工作电压(CPU)VDD为2.4～3.6V，(I/O)VDDH为2.4～5.5V；时钟：0.32～49.152MHz；内置2KBSRAM和32KB FLASH；2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位DAC(数/模转换)输出通道；32位I/O位通用可编程输入/输出端口；14个中断源可来自定时器A/B时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能，内置在线仿真电路ICE接口，具有保密能力，具有Watch Dog功能，μ'nSPTM的指令系统提供具有较高运算速度的16位×16位乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了DSP功能。
SPCE061A具有很高的计算速度，这对于实时操作系统是极为重要的。对于SPCE061A，传统的微处理器硬件和软件的开发已被简化，不再需要在线仿真。其SPCE061A大容量FLASH及SRAM，内建以太网接口，可直接通过网络实现监控；具备UART接口，可使各种串行设备快速进行网络连接。SPCE061A微处理器的软件开发平台ICE集编程、编译、链接、调试、下载于一体，并有完善的TCP/IP协议栈，支持全功能UART通信，配备各种I/O驱动函数库。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
