三维可视化与物联网技术在数字校园建设中的应用

三维可视化与物联网技术在数字校园建设中的应用

——以滨海新区三维可视化数字校园系统建设研究为例

天津市滨海新区塘沽教育中心马连成贺秀芳

摘要：

天津市滨海新区三维可视化数字校园信息管理系统的建设，首次将物联网、三维可视化技术在校园中进行集成应用，通过各类传感器的对接，实现了校园内资产与设备管理、多媒体教室和实验室使用监管、地下管网管理、安全监督管理、应急管理等系统的集成应用和联动管理，并借助三维场景和动态模型表现管理对象的空间位置、属性及其状态信息，为校园各部门管理人员提供可视化管理方式，极大的丰富了数字校园信息管理的内涵，提升了校园管理信息化水平，为校园全方位管理提供决策支撑。

关键字：物联网三维可视化数字校园

三维可视化数字校园信息管理系统主要是通过物联网、数据通信与传感网络、三维可视化与虚拟仿真、智能分析与多维联动、三维GIS 空间信息等最新技术的联合应用，依托于三维可视化综合管理平台，集成各种感知识别设备、现有业务系统和各类数据，完成了对校园校产、校园人员、设备与设施的属性和位置管理，实现了对以上对象的状态进行实时监测、数据分析和报警联动，最后通过三维可视化的方式对便于展示的部分进行位置、属性和状态的综合直观显示。

该系统集成校园现有固定资产、校园OA、校园教务管理系统等业务的接口，真正建立起包括校园环境及建筑监管、校园设备监管、校园运营管理、校园决策辅助等功能在内的全方位、网络化、可视化信息管理系统，最终实现校园管理信息系统的数据交互与共享，为数字校园安全、精细化管理、绿色校园建设提供重要的辅助支撑。本系统建设完成后，还可以与教育局等主管部门进行基于GIS的教育布局分析系统进行对接，不断完善同空间位置相关联的各类管理信息的集成、联动与分析，并形成适合教育系统应用的多层次管理结构。

一、系统结构设计

二、系统功能模块设计

（一）基于GIS 的三维电子地图

该模块是系统的主界面和主要显示部分，提供二三维集成的电子地图窗口，主要包括以下功能：地图基本视窗操作、导航定位、三维显示、图层管理、数据处理。

1、地图基本视窗操作：提供浏览图和鸟瞰图。浏览图是用户操作的主窗口，包括地图放大、缩小、自由缩放、漫游、全幅显示、拖拽移动、点选和矩形区域选择、设计区域快速切换等；

2、导航定位：按照图层分类标准将管理对象信息以树形目录方式进行说明，方便用户了解管理层次结构、快速进入所关注的管理对象信息列表。定位功能支持用户将视窗直接切换到关注目标上；

3、三维显示：可在二维和三维显示模式上进行切换，进入三维模式以后，可以进入校园建筑物内部，将管理对象精确到每个楼层、房间、设施、设备甚至传感器；

4、图层管理：对空间数据、对象和模型进行分层管理；

5、 数据处理：包括地图编辑、数据导入导出、地图配准、三维模型加载等等。

网络资源管理系统 数据层

网络平台

应用层 建设设备 经济

… 三维可视化综合信息管理数据库

数据管理

三维空间数据

基

于

GIS

的

三

维

电

子

地

图

… 校园资产与设施管理

教室与实验室使用监管

校园地下管网管理 校园安全监督管理 校园应急管理

（二）校园资产与设施管理

系统对资产从采购、入库、领用，建立卡片，处置、盘点和维修等阶段进行管理，分为需求申请管理，采购申请管理，入库管理，领用管理，卡片管理，变动管理，处置管理，维修管理等。

系统采用RFID技术对校园资产和设施进行在线式监管，对固定资产贴上电子标签，通过校园网络来进行识别、定位、跟踪和监控管理。识别和定位可以通过手持设备在现场进行，当操作人员进入现场后，自动读取所有资产的电子标签，进行盘点处理，也可以选中某些资产进行处理，比如调拨，信息变更等。

设备的跟踪和监视需要通过校园网络来进行，在房间入口或楼道出口处安装射频阅读器和校园网络连接，可以监视设备的移动。当设备移出时，射频系统自动接到资产设备的信息，可以通过网络通知管理人员，同时可以在资产管理系统中做相应的记录。

三维可视化管理平台是以面向对象技术为基础，因此能够实现与校园资产与设施管理信息系统的无缝集成，进而实现在三维地图中对所有有形资产和设施以对象的方式进行管理，具有可设的属性信息并与数据库实时对接。

（三）校园多媒体教室与实验室使用监管

系统采用RFID技术对多媒体教室、实验室进行实时状态管理，每个教室和实验室均安装联网型的RFID读卡器，教师通过RFID身份识别卡，经过与排课系统的接口，便可获得教室的使用权限。通过网络可以查询任何一个教室和实验室的课程和教师安排。

1、教室实验室使用控制：任课教师在教室控制台读卡器前刷卡，经身份信息和教务排课数据识别，自动打开控制台的电控锁完成多媒体教学设备的启动；

2、系统接口：系统具有教务排课数据和教师信息两个系统的接口，获取课表信息和教师身份信息；

3、集中授权：系统按照每学期的排课数据通过网络集中对教室端读卡器授权，教室端IC卡读卡器能存放一学期的排课数据和刷卡记录，教室端进行本地身份认证；

4、权限信息更新：当排课数据或权限信息发生变化时，系统即时对系统数据库进行数据的更新管理，同时对相应教室端读卡器的数据自动刷新；

5、教室使用报表：教务部门随时可以查询教室使用情况(如正常、迟到、未用、应急调课处理)。可以生成教室使用报表。

（四）校园地下管网管理

系统能够基于主界面对地下管网的图形数据和属性数据进行统一管理，为用户提供模型管理、数据管理、信息查询、数据更新、结果输出、统计、分析和三维显示等功能。

1、管网三维模型管理：每个模型都有唯一标识符，用户可以对模型进行控制，如改变管网走向、增加删除管网结点或设备，管段三维模型库维护（增、删、改、查）、设备三维模型库维护；

2、管网基础数据管理：对单个管段、设备的各类属性数据进行维护和管理；

3、三维管网查询与显示：当鼠标指到某根管道上时，在屏幕范围内应突出显示，有管道配件的，如闸、表等也在鼠标移动到其上时，突出显示。能够实现目标管道独立查看。建筑内管网能够分层独立查看。各不同类型的管线应以不同颜色区分。网距地面距离和建筑距离作为参数的一部分予以显示，所有参数可以具有显示和隐藏的切换。允许不同类型的综合管网具有不同的属性结构；

4、管网分析：可进行横断面分析、施工图分析、连通性分析、停水范围分析、爆管分析等多种分析。