基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统

2060 编辑：中冶有色技术网来源：江苏数链建筑科学研究院有限公司, 中国矿业大学

2021-12-20 13:17:51

权利要求

1.基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统，其特征在于,所述系统包括：数据采集装置、LoRa基站和BIM模型系统，所述数据采集装置将采集到的数据通过LoRa基站传输至BIM模型系统，BIM模型系统与WEB端相连接，通过WEB端的网页可视化端口，展示矿山建设与生产的轻量化三维模型；

所述数据采集装置包括传感器部分、MCU、无线传输模块和外围电路，所述传感器部分采集监测对象的信息，通过总线传输给MCU，所述MCU处理传感器的数据，并控制无线传输模块，将数据传输给WEB端；

所述数据采集装置包括数据服务器，所述LoRa基站传输的数据存储到数据服务器中，WEB端通过访问服务器定期更新传感器信息。

2.根据权利要求1所述的基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统，其特征在于：所述BIM模型系统包括三维可视化BIM模型模块、传感器数据读取模块、传感器数据展示模块和数据预警模块，所述传感器数据读取模块读取到数据采集装置传输来的数据后通过传感器数据展示模块传输至三维可视化BIM模型模块，构建矿山建设与生产的三维模型，再通过数据预警模块监测数据，实现矿山变形等数据的自动化监测和预警。

3.根据权利要求2所述的基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统，其特征在于：所述数据预警模块还包括监控模块，通过录入数据信息到监控模块，监控模块在数据展示模块中检索，检索到相符合的信息则将录入数据信息与数据库中信息进行捆绑，检索不到相符合的信息则将录入数据信息进行标记。

4.根据权利要求1或3所述的基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统，其特征在于：所述WEB端包括预警端口，所述标记信息上传到预警端口，通过弹窗进行提示。

5.根据权利要求1或3所述的基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统，其特征在于：所述LoRa基站支持LoRa无线通信协议、4G网络通信协议和TCP/IP协议，将LoRa数据采集的信息通过4G网络或Internet网络传输到数据服务器。

6.根据权利要求3所述的基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统，其特征在于：所述无线传输模块采用LoRa无线通信协议，核心发送频率为450-500MHz。

7.根据权利要求1所述的基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统，其特征在于：所述传感器部分包括环境指标监测传感器、下井人员定位传感器、设施设备监测传感器、环境指标监测传感器、井下物料数量传感器以及井下机器智能视觉监控传感器，所述传感器均通过LoRa信号实时上传数据到BIM模型系统。

说明书

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，特别是涉及基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统。

背景技术

目前，煤矿矿井已经装备了多达数十套现代化监测监控系统，实现了安全生产的全过程监控。但是，随着监测监控系统数量的不断增加，各种系统自成体系、相互独立，没有形成统一的信息集成、处理、共享和展示平台的问题越来越突出；信息复杂繁多，需要分别处理相结合才能得到有效信息，管理起来较困难。另一方面，传统的CAD施工图纸复杂且繁多，可视化程度较低，项目预期施工不确定性因素较大，施工中产生的各种危害结果，无法做到预防。

BIM(建筑信息模型)它可以帮助实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统。

本发明所采用的技术方案是：基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统，所述系统包括：数据采集装置、LoRa基站和BIM模型系统，所述数据采集装置将采集到的数据通过LoRa基站传输至BIM模型系统，BIM模型系统与WEB端相连接，通过WEB端的网页可视化端口，展示矿山建设与生产的轻量化三维模型；

所述数据采集装置包括数据服务器，所述LoRa基站传输的数据存储到数据服务器中，WEB端通过访问服务器定期更新传感器信息。

进一步地，所述BIM模型系统包括三维可视化BIM模型模块、传感器数据读取模块、传感器数据展示模块和数据预警模块，所述传感器数据读取模块读取到数据采集装置传输来的数据后通过传感器数据展示模块传输至三维可视化BIM模型模块，构建矿山建设与生产的三维模型，再通过数据预警模块监测数据，实现矿山变形等数据的自动化监测和预警。

进一步地，所述数据预警模块还包括监控模块，通过录入数据信息到监控模块，监控模块在数据展示模块中检索，检索到相符合的信息则将录入数据信息与数据库中信息进行捆绑，检索不到相符合的信息则将录入数据信息进行标记。

进一步地，所述WEB端包括预警端口，所述标记信息上传到预警端口，通过弹窗进行提示。

进一步地，所述LoRa基站支持LoRa无线通信协议、4G网络通信协议和TCP/IP协议，将LoRa数据采集的信息通过4G网络或Internet网络传输到数据服务器。

进一步地，所述无线传输模块采用LoRa无线通信协议，核心发送频率为450-500MHz。

进一步地，所述传感器部分包括环境指标监测传感器、下井人员定位传感器、设施设备监测传感器、环境指标监测传感器、井下物料数量传感器以及井下机器智能视觉监控传感器，所述传感器均通过LoRa信号实时上传数据到BIM模型系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在系统的使用过程中，确立了矿山建设工程的BIM建模方法与部件库标准；

2、提出并发展了基于网页端的BIM模型轻量化平台技术，较之前的BIM模型整体体量缩小，能够适用于多种终端设备；

3、建立了物联网传感器监测信息在BIM轻量化平台网页端的数据联动和预警方法，可实时更新并展示包括下井人员定位、设施设备监测、环境指标监测、井下物料数量以及井下机器智能视觉监控等各类传感数据，实现矿山建设与矿山生产的实时可视化状态监测与自动预警。

附图说明

图1为本发明基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统的结构示意图；

图2为本发明传感器部分的结构示意图；

图3为本发明信号流向示意图，其中，虚线框内为数据采集装置的信号流向。

其中：1-数据采集装置，2-LoRa基站，3-BIM模型系统，4-WEB端，11-传感器部分，12-MCU，13-无线传输模块，14-外围电路，15-数据服务器，31-三维可视化BIM模型模块，32-传感器数据读取模块，33-传感器数据展示模块，34-数据预警模块，341-监控模块，41-预警端口，111-环境指标监测传感器，112-下井人员定位传感器，113-设施设备监测传感器，114-环境指标监测传感器，115-井下物料数量传感器，116-井下机器智能视觉监控传感器。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图1所示，基于BIM与物联网的矿山工程可视化联动数据预警系统，所述方法包括：数据采集装置1、LoRa基站2和BIM模型系统3，所述数据采集装置1将采集到的数据通过LoRa基站2传输至BIM模型系统3，BIM模型系统3与WEB端4相连接，通过WEB端4的网页可视化端口，展示矿山建设与生产的轻量化三维模型；

在上述实施例中，所述数据采集装置1包括传感器部分11、MCU12、无线传输模块13和外围电路14，所述传感器部分11采集监测对象的信息，通过总线传输给MCU12，所述MCU12处理传感器的数据，并控制无线传输模块13，将数据传输给WEB端4；

在上述实施例中，所述数据采集装置还包括数据服务器15，所述LoRa基站2传输的数据存储到数据服务器15中，WEB端4通过访问服务器定期更新传感器信息。

在上述实施例中，所述BIM模型系统3包括三维可视化BIM模型模块31、传感器数据读取模块32、传感器数据展示模块33和数据预警模块34，所述传感器数据读取模块32读取到数据采集装置1传输来的数据后通过传感器数据展示模块33传输至三维可视化BIM模型模块31，构建三维模型，再通过数据预警模块34监测数据，实现矿山变形等数据的自动化监测和预警。

在上述实施例中，所述数据预警模块34还包括监控模块341，通过录入数据信息到监控模块341，监控模块341在数据展示模块33中检索，检索到相符合的信息则将录入数据信息与数据库中信息进行捆绑，检索不到相符合的信息则将录入数据信息进行标记；所述WEB端4包括预警端口41，所述标记信息上传到预警端口41，通过弹窗进行提示。

在上述实施例中，所述LoRa基站2支持LoRa无线通信协议、4G网络通信协议和TCP/IP协议，将LoRa数据采集的信息通过4G网络或Internet网络传输到数据服务器，所述无线传输模块13采用LoRa无线通信协议，核心发送频率为470MHz；所述传感器部分11包括环境指标监测传感器111、下井人员定位传感器112、设施设备监测传感器113、环境指标监测传感器114、井下物料数量传感器115以及井下机器智能视觉监控传感器116，所述传感器均通过LoRa信号实时上传数据到BIM模型系统3。

在上述实施例中，环境指标监测传感器111能够监测矿区空气湿度、温度以及粉尘含量等的变化，并且实时上传和保存数据到数据服务器15中。

在上述实施例中，BIM与物联网联动数据预警技术，已在深基坑、市政管网、住宅、酒店等有BIM应用和智能监测需求的项目上得到初步应用。在深基坑的应用中，深基坑结构变形监测数据实时显示功能的实现是通过读取深基坑工程数据采集装置1的数据，同时将它们通过传感器数据展示模块33以数据曲线的形式展示于绘图区域，管理人员通过查看WEB端4可以直观掌握深基坑监测状态；对监测值超出预警值的状况通过预警端口41以弹窗警告、预警点自动定位的形式提醒管理者，实现自动化预警功能，以使其根据预警状态及时采取解决措施。在深基坑结构变形监测中，通过监测信息与BIM模型的映射关系，实现监测信息实时显示、自动预警等功能，大大提高深基坑施工现场安全管理水平，减少事故的发生。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。