基于三維可視化的城市景觀智能化監(jiān)控系統(tǒng)

楊冬

摘 ?要： 作為城市景觀照明監(jiān)控重要的組成部分，系統(tǒng)對(duì)不同種類的景觀照明設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)智能化管控，滿足全市景觀照明對(duì)亮燈模式以及動(dòng)態(tài)控制的需求。系統(tǒng)基于三維建模實(shí)現(xiàn)可視化管理平臺(tái)，簡化了對(duì)大量景觀照明設(shè)施管理和運(yùn)維的難度，提升了精細(xì)化管理程序，并為景觀照明建設(shè)、部署以及開關(guān)燈、動(dòng)態(tài)表演、智能分析方案等仿真及模擬提供科學(xué)化的支撐。

關(guān)鍵詞： 景觀照明監(jiān)控; 可視化管理平臺(tái); 動(dòng)態(tài)控制

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1006-8228（2020）06-05-03

Abstract： As an important part of urban landscape lighting monitoring， the system realizes real-time intelligent control of different types of landscape lighting facilities to meet the needs of the city's landscape lighting for lighting mode and dynamic control. It integrates a management platform based on 3D modeling to realize visualization， which simplifies the management and operation and maintenance of a large number of landscape lighting facilities， and enhances the fine management procedures， and provides scientific support for the construction and deployment of landscape lighting， as well as the simulation of switching lights， dynamic performance， intelligent analysis scheme， etc.

Key words： landscape lighting monitoring; visualized management platform; dynamic control

0 引言

為了提升城市景觀照明控制水平，實(shí)現(xiàn)大尺度范圍的實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)控，極大提升城市景觀照明控制水平，融合多元數(shù)據(jù)處理及可視化展現(xiàn)，為景觀照明科學(xué)化、精細(xì)化管理提供支撐;隨著控制要求的提供，城市景觀照明監(jiān)控終端的數(shù)量和復(fù)雜性將進(jìn)一步增加，以往的管理模式和技術(shù)手段無法有效的滿足大規(guī)模景觀照明監(jiān)控終端的運(yùn)行和管理需求。通過有線和無線通信技術(shù)，能夠?qū)⒄麄€(gè)城市景觀燈光完美整合在一個(gè)控制平臺(tái)，通過實(shí)時(shí)互聯(lián)，遠(yuǎn)程控制與管理，遠(yuǎn)程監(jiān)控和可視化操作，可實(shí)現(xiàn)以城市為單位的超大體量景觀照明的智能節(jié)能管理，簡化景觀照明設(shè)施、系統(tǒng)管理難度，提高管理效率，為景觀照明科學(xué)化、精細(xì)化管理提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 基于三維可視化的城市景觀亮化智能化監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)對(duì)景觀照明中的燈具進(jìn)行動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)控制，涉及大量不同廠家的景觀控制設(shè)備，因此需要解決多樣性合一的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類照明設(shè)施、監(jiān)控設(shè)施的實(shí)時(shí)控制。

⑴ 三維材質(zhì)貼圖

模型要求質(zhì)量比較高要有一定的逼真效果，可以使用3DSMax中參數(shù)的各種材質(zhì)，可以制作出逼真的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)建筑，使用Translucent可以半透明物體上的透光效果。效果圖（3D地圖-建模、3D地圖-模型材質(zhì)貼圖）

基本參數(shù)如下。

● Extrude：是一種常用建摸方法。可以將曲線圖形按照參數(shù)設(shè)置的高度進(jìn)行加厚處理，使之變成三維實(shí)體模型。

● Bevel：將圖形擠壓成一個(gè)三維實(shí)體模型。

● Edit Patch：專用于編輯面片類型物體的工具。提供點(diǎn)、邊、界（border）、多邊形、元素等。

● UVW Map：可以控制貼圖在物體表面顯示的位置、大小和重復(fù)次數(shù)。

● Flex：能夠讓物體看起來變得柔軟。它能夠?qū)⒖臻g扭曲命令產(chǎn)生的影響效果用在其他物體身上。

⑵ 三維紋理貼圖

次要建筑建模型對(duì)質(zhì)量的要求不高，可以使用紋理貼圖完成，可以很方便的確認(rèn)物體面的坐標(biāo)與紋理坐標(biāo)，就采用物體坐標(biāo)與紋理坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)的方法來實(shí)現(xiàn)紋理貼圖。如圖1所示。

1.2 三維可視化聯(lián)動(dòng)（其結(jié)構(gòu)如圖2所示）

平臺(tái)通過Web Service接口控制總控，每個(gè)總控下有N個(gè)主控，主控發(fā)送給N個(gè)分控指令，每個(gè)分控下大約512個(gè)LED燈，LED燈的ID、故障信息、功率、電壓、電流、能耗等數(shù)據(jù)通過接口的形式返回給平臺(tái)，然后通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口獲取各類實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)應(yīng)用數(shù)據(jù)，然后融合疊加在3D GIS地圖上，為用戶呈現(xiàn)直觀、準(zhǔn)確的可視化運(yùn)行狀態(tài)。

⑴ 3D GIS地圖

三維地圖引擎通常采用OCX控件方式嵌入到WEB頁面中的，提供了大量的對(duì)象方法和事件。為了能更快的讓開發(fā)人員上手對(duì)三維地圖引擎做了一層JS封裝，所有的封裝接口中輸入了參數(shù)如果用到引擎值類型對(duì)象統(tǒng)一使用封裝對(duì)象;

三維地圖通過模型操作接口展示，包括動(dòng)態(tài)創(chuàng)建模型，高亮顯示，漸隱漸顯，批量替換，色偏顯示，透明度閃爍，顏色閃爍，骨骼動(dòng)畫播放、停止等;

● 創(chuàng)建模型：調(diào)用createModel可以在場景中動(dòng)態(tài)添加自定義模型，該模型可支持骨骼動(dòng)畫效果。

● 高亮顯示：調(diào)用setModelHighlight實(shí)現(xiàn)單個(gè)模型高亮效果（采用材質(zhì)克隆方式實(shí)現(xiàn)）;調(diào)用 setModelColor（采用容器替換材質(zhì)方式實(shí)現(xiàn)）實(shí)現(xiàn)單個(gè)模型變色效果，可對(duì)多個(gè)模型設(shè)置同一種顏色。

● 漸隱漸顯：調(diào)用setModelFadeOut實(shí)現(xiàn)模型漸隱效果（采用電影動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)）;調(diào)用setModelFadeIn實(shí)現(xiàn)模型漸顯效果（采用電影動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)）。

● 批量替換：調(diào)用setBatchModelMaterial可以批量修改替換模型的材質(zhì)（采用容器 方式實(shí)現(xiàn)），注意使用的材質(zhì)要確保存;在調(diào)用clearBatchModelMaterial恢復(fù)所有被替換模型的材質(zhì)。

● 批量閃爍：包括批量變色閃爍和批量透明閃爍。調(diào)用setBatchModelColorFlash可批量設(shè)置多個(gè)模型同時(shí)變色閃爍若干次（采用電影動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)），清除需要調(diào)用clearBatchModelColorFlash并傳入對(duì)應(yīng)設(shè)置方法返回的結(jié)果參數(shù);調(diào)用setBatchModelTransparentFlash可批量設(shè)置多個(gè)模型透明閃爍（采用電影動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)），清除需要調(diào)用clearBatchModelTransparentFlash并傳入對(duì)應(yīng)設(shè)置方法返回的結(jié)果參數(shù)。

⑵ 實(shí)現(xiàn)區(qū)域?qū)嵕叭诤?/p>

通過數(shù)據(jù)接口實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前景觀照明燈具、終端的工作狀態(tài)，并根據(jù)燈具類型、參數(shù)、控制回路狀態(tài)、單燈RGBW通道數(shù)值等數(shù)據(jù)內(nèi)容，對(duì)三維地圖及BIM模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)渲染，模擬展示逼真的景觀照明效果。效果圖如圖3、圖4。

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

2 總結(jié)

有很多城市并未設(shè)立三維可視化景觀亮化智能化監(jiān)控專用管理系統(tǒng)，而很多城市的建筑、布道等集控則分散在各區(qū)的控制中心或者以購買服務(wù)的方式進(jìn)行托管，缺乏整體性、一致性及協(xié)調(diào)性，碎片化較為嚴(yán)重，通過本系統(tǒng)引支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通道，通過該通道可以把現(xiàn)實(shí)中不斷變化的位置數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、各種傳感器感應(yīng)的數(shù)據(jù)快速及時(shí)的傳送給客戶端，讓用戶能直觀的看到實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 吳磊.智能照明控制系統(tǒng)在現(xiàn)代辦公建筑中的應(yīng)用研究[J].智能建筑與城市信息，2007.8.

[2] 趙曉銀，李明，彭秋生，李偉，張美華.數(shù)字城市中景觀照明虛擬設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)的構(gòu)建[J].照明工程學(xué)報(bào)，2016.17（4）.

[3] 盧章平，丁立軍，戴立玲.基于分類的紋理映射方法綜述[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006.27（5）.

[4] 路高磊.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新型樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].北京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

[5] 吳昊.基于Web的城市三維景觀可視化體系設(shè)計(jì)思路研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010.12.