基于虛擬現(xiàn)實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)的水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

【摘要】利用虛擬現(xiàn)實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘狀況的自動(dòng)化監(jiān)控，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)能夠有效的把握水閘的運(yùn)行情況，以便于及時(shí)對(duì)其變化做出應(yīng)對(duì)。并且通過(guò)傳感器可以及時(shí)獲取閘門的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、信息，及時(shí)反映異常狀況，迅速定位。以下通過(guò)在虛擬現(xiàn)實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上，對(duì)水閘的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了分析和研究。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)；物聯(lián)網(wǎng)；水閘監(jiān)控；自動(dòng)化

引言

水閘作為擋潮排澇當(dāng)中的重要樞紐，不僅能夠有效的控制河流水位，保障附近居民、企業(yè)的生產(chǎn)生活用水的安全便利，而且還可以降低自然災(zāi)害的危害。除此之外水閘也還在保護(hù)環(huán)境、保障水體交換等方面起到重大的作用。

一、總體技術(shù)構(gòu)架的設(shè)計(jì)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)的水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的總體構(gòu)架的設(shè)計(jì)，主要包括了三個(gè)方面的內(nèi)容：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。

（一）感知層

物聯(lián)網(wǎng)的信息主要源自于信息感知，它是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用的基礎(chǔ)。而感知層又主要是由閘位傳感器、智能電器表、視頻傳感器等組成。感知層的主要作用是為自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)提供信息支持，以輔助系統(tǒng)進(jìn)行正常的運(yùn)行和正確的決策。其提供的信息主要包括了實(shí)時(shí)水情、變電運(yùn)行、報(bào)警等方面的內(nèi)容。感知層在獲得各項(xiàng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)之后，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通道及時(shí)傳輸，然后再由中心數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

（二）網(wǎng)絡(luò)層

如今信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也被運(yùn)用到水閘的監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，以提高信息傳遞的高速性和及時(shí)性、準(zhǔn)確性。網(wǎng)絡(luò)層主要由有線網(wǎng)絡(luò)或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，對(duì)感知層獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行傳遞、處理。并且將獲取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在中心數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，為應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（三）應(yīng)用層

應(yīng)用層通過(guò)以上兩層得來(lái)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、信息，再使用水文水利計(jì)算，對(duì)閘門的開度進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定，提高對(duì)閘門的自動(dòng)化控制程度。并且通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)對(duì)閘門的運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)視頻圖像和閘門的調(diào)度方案進(jìn)行一致性的檢測(cè)。如圖1所示就是總體系統(tǒng)構(gòu)架的設(shè)計(jì)圖。

二、場(chǎng)景的三維建模、信息集成

（一）三維建模的內(nèi)容

要保障虛擬現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的一切和現(xiàn)實(shí)高度契合，因此要求在進(jìn)行建模之時(shí)應(yīng)該要考慮到涉及水閘工程的各個(gè)方面的因素。比如水閘工程的環(huán)境因素、水閘建筑等，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)則主要是來(lái)自于工程圖紙、影像數(shù)據(jù)等。并且在水閘建筑的精細(xì)建模當(dāng)中，為了保證對(duì)每個(gè)閘門的獨(dú)立控制，就必須進(jìn)行相應(yīng)閘門的單獨(dú)建模。

（二）建模流程設(shè)計(jì)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)的水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)際上就是對(duì)地形、地上實(shí)體和河流水體，進(jìn)行集成描述、建模、分析和管理的可視化信息系統(tǒng)。在建模過(guò)程當(dāng)中主要運(yùn)用了美國(guó)設(shè)計(jì)的MicroDEM軟件、3D Studio Max軟件、Unity3D。首先進(jìn)行地表場(chǎng)景和水體的建模，然后再進(jìn)行水閘模型和建筑物的建模。最終的效果圖如圖2所示。

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境和監(jiān)控設(shè)備集成

通過(guò)以上兩步已經(jīng)成功完成建模，再利用Unity3D調(diào)取中心數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備模型和水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成，為虛擬環(huán)境當(dāng)中水閘在進(jìn)行調(diào)度之時(shí)高度契合現(xiàn)實(shí)狀況，提供真實(shí)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。然后再通過(guò)C#腳本開發(fā)語(yǔ)言，按照實(shí)際的要求、閘門的具體情況等對(duì)模型進(jìn)行開發(fā)以及調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘的自動(dòng)化監(jiān)控。

三、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)必須要滿足四個(gè)方面的要求：第一，要求虛擬現(xiàn)實(shí)能夠高度的還原現(xiàn)實(shí)情況，并且能夠通過(guò)多視角的轉(zhuǎn)換達(dá)到對(duì)閘門全方位的瀏覽和模擬。第二，在三維場(chǎng)景當(dāng)中能夠快速的進(jìn)行信息的查詢，以及具體的定位瀏覽，并且以高亮的形式展現(xiàn)。第三，實(shí)現(xiàn)水閘的智能化優(yōu)化調(diào)度。然后將具體需要開啟的孔數(shù)、閘門號(hào)等，以命令形式傳達(dá)給監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)而提高運(yùn)行效率，減低勞動(dòng)量，避免或者減少操作失誤現(xiàn)象。第四，提高對(duì)水閘的自動(dòng)化監(jiān)控。系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中通過(guò)感知設(shè)備獲得數(shù)據(jù)，進(jìn)而了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行、水位觀測(cè)、機(jī)房設(shè)備狀態(tài)等的實(shí)時(shí)狀態(tài)、圖像等。將實(shí)際情況和模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，然后通過(guò)模擬以便于及時(shí)了解閘門情況，發(fā)現(xiàn)異常做出及時(shí)而準(zhǔn)確的應(yīng)對(duì)，提高水閘的安全性和穩(wěn)定性。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述基于虛擬現(xiàn)實(shí)和物聯(lián)網(wǎng)的水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，具有諸多的優(yōu)勢(shì)，其能夠有效的提高對(duì)水閘的自動(dòng)化和智能化控制，及時(shí)的了解水閘情況并且做出正確處理。在總體的系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)當(dāng)中要尤其注意對(duì)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的設(shè)計(jì)，缺一不可。建模當(dāng)中為了最大限度的還原閘門現(xiàn)實(shí)狀況，必須要結(jié)合閘門建筑、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)等各個(gè)方面的數(shù)據(jù)，以提高模擬當(dāng)中的準(zhǔn)確度和可行性。

參考文獻(xiàn)

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