李勇
(四川省計算機研究院,四川 成都 610041)
近年來,在國家大力推動綠色礦山建設的背景下,數(shù)字化礦山作為綠色礦山建設的重要內容,其借助數(shù)字化技術對傳統(tǒng)礦山進行改造,改變了礦山的生產(chǎn)方式,可使礦山產(chǎn)生更大的社會效益、經(jīng)濟效益,從生產(chǎn)、管理等方面提高礦山的時效性、規(guī)劃性,確保礦山發(fā)展的可持續(xù)性。對采礦業(yè)而言,建設數(shù)字礦山是挑戰(zhàn)亦是機遇,是采礦業(yè)實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢。國內外許多礦山企業(yè)都陸續(xù)開展了礦山的數(shù)字化建設。數(shù)字礦山是現(xiàn)代化礦山的發(fā)展方向,具體體現(xiàn)在數(shù)字化、智能化、自動化與信息化的高度融合上,四者在礦山應用領域以廣泛覆蓋作為發(fā)展目標,在此基礎上實現(xiàn)深度互聯(lián),從而實現(xiàn)礦山安全高效的自動化生產(chǎn)以及礦山信息協(xié)同共享與智能化分析與決策。
本文基于無人機傾斜攝影三維建模技術、組件式GIS軟件SuperMap iObjects開發(fā)平臺技術、RTMP視頻推流技術等,設計并實現(xiàn)礦山環(huán)境三維模擬仿真、三維定位、監(jiān)視監(jiān)控三維一體的數(shù)字礦山監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)“管控一體化”,消除“管控狹縫”。
結合用戶需求分析,本文礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求主要體現(xiàn)在以下兩點:
(1)三維地圖數(shù)據(jù)。三維地圖是系統(tǒng)進行三維漫游、視頻監(jiān)控定位的載體。三維地圖數(shù)據(jù)的制作需要DEM(數(shù)字高程模型)、DOM(數(shù)字正射影像圖)、傾斜攝影三維模型、地名點數(shù)據(jù)、道路線數(shù)據(jù)等。
(2)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)。視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的主體,主要包含視頻監(jiān)控設備的位置信息(坐標)、視頻監(jiān)控設備視頻流播放地址、視頻監(jiān)控設備名稱等數(shù)據(jù)。
基于礦山3DGIS(三維地理信息系統(tǒng))實現(xiàn)精確目標位置的礦山視頻監(jiān)控信息實時展示,遠程監(jiān)控礦山的管理者可以方便直觀地查看目標位置的視頻監(jiān)控畫面。
功能需求主要包括以下幾點:
(1)礦山實景三維模型場景展示需求。采用無人機傾斜攝影測量技術,獲取礦山實景三維模型,基于SuperMap iDesktop搭建礦山三維模型場景,基于SuperMap iObjects.NET組件開發(fā)實現(xiàn)三維場景展示。
(2)礦山視頻監(jiān)控整合需求。目前礦山監(jiān)控有尾礦庫視頻監(jiān)控、尾礦庫明渠視頻監(jiān)控、露天邊坡視頻監(jiān)控、炸藥庫安全視頻監(jiān)控等,由于視頻監(jiān)控設備安裝時間、設備型號、設備網(wǎng)絡配置等不統(tǒng)一,需要構建一個平臺對礦山已有的視頻監(jiān)控進行整合。
(3)礦山視頻監(jiān)控信息的展示基于空間位置信息的查詢?;诘V山三維場景的空間位置信息,將視頻監(jiān)控鏈接以點圖層的形式疊加,以支持視頻監(jiān)控點位搜索查詢。
本文礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場勘測獲得,主要包含以下幾類數(shù)據(jù):
(1)DEM數(shù)據(jù)(.tif)。根據(jù)礦山采礦區(qū)的地理位置信息,在“地理空間數(shù)據(jù)云”網(wǎng)站下載該區(qū)域30米精度的DEM數(shù)據(jù),然后在GIS工具軟件中對下載的DEM數(shù)據(jù)進行裁剪,獲得礦山區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)。
(2)DOM數(shù)據(jù)(.tif)。在天地圖官網(wǎng)申請密鑰,申請使用天地圖衛(wèi)星影像數(shù)據(jù),SuperMap iDesktop三維圖層中支持加載在線天地圖影像圖層。
(3)傾斜攝影三維模型(.osgb)。采用無人機五鏡頭獲取礦山傾斜攝影影像數(shù)據(jù),RTK地面控制點測量獲取控制點和檢查點數(shù)據(jù),采用ContextCaptureCenter軟件進行空三測量和三維重建,然后再運用DP-modeler軟件對模型進行修飾,最后輸出礦山實景三維模型。
(4)地名點、道路線數(shù)據(jù)(.shp)。通過現(xiàn)場調查獲取地名、建筑名稱等信息,然后基于無人機正射影像在SuperMap iDesktop軟件中進行矢量化,制作地名點、道路線數(shù)據(jù)。
首先在SuperMap iDesktop軟件中構建文件型數(shù)據(jù)源,新建三維場景,導入DEM數(shù)據(jù)添加到場景中構建三維地形,再導入地名點、道路線矢量數(shù)據(jù)添加到場景,并對地名進行專題地圖文本標注。然后在場景圖層中導入傾斜三維模型圖層,加載在線天地圖影像圖層,搭建三維場景。最后使用SuperMap iDesktop的性能診斷功能對三維場景進行性能優(yōu)化(設置圖層可見高度、可見尺寸、地圖緩存等)。
本系統(tǒng)的用戶主要是礦山安全生產(chǎn)的管理人員,根據(jù)需求分析,礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S結構,架構設計如圖1所示,系統(tǒng)在邏輯上分為數(shù)據(jù)層、地圖引擎層和應用層。數(shù)據(jù)層提供系統(tǒng)所需的相關數(shù)據(jù),主要包括礦山實景三維模型數(shù)據(jù)、監(jiān)控點位矢量數(shù)據(jù)、道路矢量數(shù)據(jù)以及視頻監(jiān)控屬性數(shù)據(jù);地圖引擎層主要由SuperMap為系統(tǒng)功能實現(xiàn)提供地圖服務支撐;應用層主要是為用戶提供查詢、瀏覽、定位、登錄等功能。
圖1 系統(tǒng)架構圖
根據(jù)礦山功能需求分析情況,所設計的系統(tǒng)功能模塊包括用戶登錄、默認視角、場景控制、位置定位、監(jiān)控查詢、鷹眼地圖,利用SuperMap Objects.net組件式GIS技術和RTMP視頻推流技術,實現(xiàn)礦山的實景模型展示、礦山監(jiān)控查詢等,從而直觀、準確、清晰地展現(xiàn)礦山的真實場景。本系統(tǒng)功能模塊設計如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)功能設計圖
利用現(xiàn)場獲取的礦山基礎屬性數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)制作礦山二維電子專題地圖(功能區(qū)劃圖、道路圖、規(guī)劃圖等),基于SuperMap iDesktop建立礦山三維場景模型。按照不同的應用需求對所構建的三維模型、道路圖層、監(jiān)控點位圖層進行分類,主要有道路圖層、建筑物圖層、視頻監(jiān)控點等圖層,然后對視頻監(jiān)控點位圖層添加屬性信息,構建二三維地理信息SuperMap文件型數(shù)據(jù)庫(.udbx),如表1所示。
表1 視頻監(jiān)控屬性表結構
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系統(tǒng)開發(fā)工具采用Visual Studio 2017,開發(fā)語言為C#,GIS二次開發(fā)組件平臺選擇SuperMap iObjects .NET 10i。
本文基于礦山傾斜攝影實景三維模型構建礦山三維場景,整合礦山已有視頻監(jiān)控,采用RTMP視頻推流技術實現(xiàn)視頻監(jiān)控遠程查看,采用SuperMap iObjects開發(fā)平臺實現(xiàn)礦山三維場景瀏覽、位置定位、監(jiān)控查詢和播放等功能,為礦山安全生產(chǎn)提供可視化管理平臺。
以下為本文系統(tǒng)主要功能的詳細介紹:
(1)系統(tǒng)用戶登錄和系統(tǒng)主界面。本系統(tǒng)用戶主要是礦山安全生產(chǎn)的管理人員,用戶需輸入賬號和密碼才可進入系統(tǒng),輸入正確的賬號和密碼進入系統(tǒng)啟動界面如圖3所示。礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng)以三維地圖作為底圖疊加視頻監(jiān)控點圖層數(shù)據(jù),主界面如圖4所示,左上角為系統(tǒng)名稱,右上角為退出按鈕,左側居中的是功能菜單(默認視角、場景控制、位置定位、監(jiān)控查詢、鷹眼地圖)。
圖3 系統(tǒng)啟動界面截圖
圖4 系統(tǒng)主界面截圖
(2)默認視角。本系統(tǒng)支持大屏多點觸控操作,該功能主要實現(xiàn)三維場景的初始化定位,恢復到設定好的場景瀏覽視角,方便用戶操作過程中對三維場景的查看。
(3)場景控制和位置定位。場景控制主要實現(xiàn)對三維場景的放大、縮小、平移、旋轉等控制,方便用戶進行三維地圖的查詢和定位瀏覽,如圖5所示。位置定位功能根據(jù)礦山采礦場、選礦場、尾礦庫、生活區(qū)等功能區(qū)劃,通過選擇或者輸入目標位置,然后快速定位到該點,方便用戶進行三維場景瀏覽以及快速查找目標視頻監(jiān)控點位查看監(jiān)控信息,如圖6所示。
圖5 場景控制功能截圖
圖6 位置定位功能彈窗截圖
(4)視頻監(jiān)控查詢和視頻播放窗口??梢酝ㄟ^下拉列表選擇查詢目標對象的監(jiān)控視頻彈窗,查詢列表如圖7所示,或者通過點擊地圖上的監(jiān)控圖層標注,彈出視頻監(jiān)控窗體,如圖8所示。
圖7 查詢列表
圖8 視頻監(jiān)控彈窗界面
(5)鷹眼地圖。該功能通過二維地圖窗口實現(xiàn)土地規(guī)劃地圖、功能區(qū)劃圖等的展示,通過二三維聯(lián)動功能實現(xiàn)二維專題地圖和實景三維模型場景同屏聯(lián)動查看以及快速查找目標視頻監(jiān)控點位,輔助礦山規(guī)劃決策,如圖9所示。
圖9 鷹眼地圖功能截圖
本文通過需求調研與分析,獲取礦山傾斜攝影三維模型,疊加道路、地名、監(jiān)控點圖層構建三維場景,采用RTMP視頻推流技術獲得視頻監(jiān)控鏈接,基于SuperMap iObjects二次開發(fā)平臺設計并實現(xiàn)了礦山視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)界面簡潔,用戶操作簡單,提供用戶登錄、默認視角、場景控制、位置定位、監(jiān)控查詢等功能。本文視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)提升了礦山視頻監(jiān)控設備的使用價值,為礦山安全生產(chǎn)提供了可視化管理平臺。本系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)字礦山平臺建設的一部分,也為智慧礦山的建設打下堅實的基礎。