基于AR技術的體育工程管理平臺設計與實現

趙云杰 李吉 池新宇 李林燕

摘 要：隨著工程建設行業逐漸朝著基于BIM數字化信息管理的方向發展，需要有更為直觀的視覺化平臺來有效地使用這些信息。AR這種將相應的數字信息植入虛擬現實世界界面的技術，將有力地填補這一可視化管理平臺的缺失。本文利用AR技術將二維圖紙與三維BIM模型無縫對接，為三維模型數據的應用開辟了一條全新的途徑，實現直接通過AR場景進行工程問題工單創建、流轉功能，并以具體體育工程為例進行了試點應用。

關鍵詞：AR技術;體育工程信息化;智能管理;增強現實

一、引言

原來工程管理人員試圖模擬特定的建造過程并獲得反饋，但是實際狀況是他們只能實現在虛擬環境中建造過程的可視化，卻無法從現實中得到有效的反饋;而AR 技術可以將虛擬的3D 模型疊加在實時的視頻錄像中，提高界面可視化效果，從而增強用戶對建筑的理解，幫助工程管理者做出更快速、準確的反應。

利用AR 技術可將二維圖紙與三維BIM 模型無縫對接，充分發揮三維協同設計的優勢，為BIM 模型數據的應用開辟了一條全新的途徑，BIM 模型中的大量建設信息得以更充分展示。應用AR 技術與二維圖紙相結合的方式進行交流和決策更加高效。在施工現場，原來從平面圖紙提取施工數據，需要專業化素養非常高的現場人員來完成，而且容易出現誤讀等情況，通過AR 技術加載虛擬的施工內容，可以減少由于對圖紙的誤讀和信息傳遞失真所造成的巨大損失，減少施工人員反復讀圖、識圖所耗費的時間。

二、基于AR 技術的體育工程管理平臺系統設計

通過增強現實的方式，有效提升施工現場管理人員對工程項目各目標（進度、質量、成本、安全等）管控的質量和效率，系統架構圖如圖1 所示。平臺包括進行定位與增強現實信息顯示的體育工程施工信息管控單元，通過AR 影像獲取工程相關信息，將其同步定位到后臺三維BIM 模型中，根據虛擬視覺范圍生成以及范圍內施工對象信息判定，確定后臺推送的視覺范圍內的施工對象的各類施工信息，包括進度信息、質量信息、安全信息、成本信息等，并傳送到相應的增強現實眼鏡上顯示，供現場管理人員進行虛擬與現實的對比。管理人員據此下達相應施工管控指令，完成施工現場的高效管理。

（一）工程動態信息獲取

工程動態信息主要包括體育工程施工現場實時工程信息和進出的人員信息。首先通過相關物聯網設備獲得相關監測信息，然后啟動AR 攝像頭進行工程AR 場景采集和識別，最后通過無線模塊對數據進行上傳至工程動態數據庫中，具體如圖2 所示。

（二）工程資源共享平臺

體育工程管理平臺的核心是體育工程數據，通過構建體育工程“一張圖”和體育工程共享平臺，利用大數據分析和統計理論，綜合構建體育工程的分析專題，統一對外提供共享服務，體育工程AR 影像數據獲取步驟如圖3 所示。體育工程“一張圖”包括AR 影像圖、工程數據、物聯網數據、元數據、其他專題數據等多種數據，它們被統一保存在服務器端。由于體育工程資源數據中的專題數據中的工程信息和人員出入是動態互動獲得，在數據庫中通過設置歷史庫、臨時庫和現勢庫確保數據的及時更新維護。

（三）基于AR 技術的工單系統

工單系統采用iOS SDK 提供的UITabBarController 提供的UITabBar 樣式，開發采用MVC 三層架構，包括Model 層、View層和Controller 層。在開發過程中，把相關數據交互操作全部封裝到Model 層中;Controller 層通過Outlet 控制View 層中的控件操作;對于關鍵的多線程則View 層與Control 層之間通過JSON 來接手和發送數據，實現客戶端和后臺服務器的數據交互。

三、系統實現

為了驗證系統設計的合理性，以蘇州經貿職業技術學院操場體育工程為例，實現了基于AR 技術的體育工程管理平臺。主要以Java、MySQL 等工具實現了體育工程信息搜索、動態信息記錄、歷史搜索、發起工單、工單流轉、統計分析等功能，如圖4 所示。

圖5 是體育工程工單流轉界面，在AR 全景影像中發現工程問題，即可點擊圖像實現工程工單的上報、派發、處理、結轉等步驟流轉。

在工程建設管理過程中，可對所有歷史工單進行查詢，按照關鍵字、時間等多個維度進行歷史工程查詢。如圖6 所示。另外平臺中支持對接物聯網設備數據，將物聯網設備數據集成在AR 影像中綜合展示，如圖7 所示。在系統中還可對發現的體育工程數據及歷史工程數據進行動態的統計分析，將工單數據、物聯網數據、工程項目數據按照不同維度不同條件來進行統計分析，如圖8 所示。

四、結束語

本文結合AR 技術、BIM 技術、物聯網技術、無線通信技術、移動互聯網技術、GPS 定位技術、GIS 技術以及計算機技術，設計開發可滿足實際需要的體育工程管理平臺，并以蘇州經貿職業技術學院操場體育工程為例實現了管理系統，實現體育工程工單發起、工單流轉、物聯網數據集成、歷史工單搜索、數據統計分析等功能。該系統目前已經投入試運行，能在加強工程智能化管理、規范工程秩序、提升服務水平方面有較大的積極作用。

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作者簡介：

趙云杰（1998—），男，就讀于蘇州經貿職業技術學院信息技術學院軟件技術專業，目前研究方向是AR 技術在體育工程智能化管理方面的應用。