基于AR技术的体育工程管理平台设计与实现

赵云杰 李吉 池新宇 李林燕

摘 要：随着工程建设行业逐渐朝着基于BIM数字化信息管理的方向发展，需要有更为直观的视觉化平台来有效地使用这些信息。AR这种将相应的数字信息植入虚拟现实世界界面的技术，将有力地填补这一可视化管理平台的缺失。本文利用AR技术将二维图纸与三维BIM模型无缝对接，为三维模型数据的应用开辟了一条全新的途径，实现直接通过AR场景进行工程问题工单创建、流转功能，并以具体体育工程为例进行了试点应用。

关键词：AR技术;体育工程信息化;智能管理;增强现实

一、引言

原来工程管理人员试图模拟特定的建造过程并获得反馈，但是实际状况是他们只能实现在虚拟环境中建造过程的可视化，却无法从现实中得到有效的反馈;而AR 技术可以将虚拟的3D 模型叠加在实时的视频录像中，提高界面可视化效果，从而增强用户对建筑的理解，帮助工程管理者做出更快速、准确的反应。

利用AR 技术可将二维图纸与三维BIM 模型无缝对接，充分发挥三维协同设计的优势，为BIM 模型数据的应用开辟了一条全新的途径，BIM 模型中的大量建设信息得以更充分展示。应用AR 技术与二维图纸相结合的方式进行交流和决策更加高效。在施工现场，原来从平面图纸提取施工数据，需要专业化素养非常高的现场人员来完成，而且容易出现误读等情况，通过AR 技术加载虚拟的施工内容，可以减少由于对图纸的误读和信息传递失真所造成的巨大损失，减少施工人员反复读图、识图所耗费的时间。

二、基于AR 技术的体育工程管理平台系统设计

通过增强现实的方式，有效提升施工现场管理人员对工程项目各目标（进度、质量、成本、安全等）管控的质量和效率，系统架构图如图1 所示。平台包括进行定位与增强现实信息显示的体育工程施工信息管控单元，通过AR 影像获取工程相关信息，将其同步定位到后台三维BIM 模型中，根据虚拟视觉范围生成以及范围内施工对象信息判定，确定后台推送的视觉范围内的施工对象的各类施工信息，包括进度信息、质量信息、安全信息、成本信息等，并传送到相应的增强现实眼镜上显示，供现场管理人员进行虚拟与现实的对比。管理人员据此下达相应施工管控指令，完成施工现场的高效管理。

（一）工程动态信息获取

工程动态信息主要包括体育工程施工现场实时工程信息和进出的人员信息。首先通过相关物联网设备获得相关监测信息，然后启动AR 摄像头进行工程AR 场景采集和识别，最后通过无线模块对数据进行上传至工程动态数据库中，具体如图2 所示。

（二）工程资源共享平台

体育工程管理平台的核心是体育工程数据，通过构建体育工程“一张图”和体育工程共享平台，利用大数据分析和统计理论，综合构建体育工程的分析专题，统一对外提供共享服务，体育工程AR 影像数据获取步骤如图3 所示。体育工程“一张图”包括AR 影像图、工程数据、物联网数据、元数据、其他专题数据等多种数据，它们被统一保存在服务器端。由于体育工程资源数据中的专题数据中的工程信息和人员出入是动态互动获得，在数据库中通过设置历史库、臨时库和现势库确保数据的及时更新维护。

（三）基于AR 技术的工单系统

工单系统采用iOS SDK 提供的UITabBarController 提供的UITabBar 样式，开发采用MVC 三层架构，包括Model 层、View层和Controller 层。在开发过程中，把相关数据交互操作全部封装到Model 层中;Controller 层通过Outlet 控制View 层中的控件操作;对于关键的多线程则View 层与Control 层之间通过JSON 来接手和发送数据，实现客户端和后台服务器的数据交互。

三、系统实现

为了验证系统设计的合理性，以苏州经贸职业技术学院操场体育工程为例，实现了基于AR 技术的体育工程管理平台。主要以Java、MySQL 等工具实现了体育工程信息搜索、动态信息记录、历史搜索、发起工单、工单流转、统计分析等功能，如图4 所示。

图5 是体育工程工单流转界面，在AR 全景影像中发现工程问题，即可点击图像实现工程工单的上报、派发、处理、结转等步骤流转。

在工程建设管理过程中，可对所有历史工单进行查询，按照关键字、时间等多个维度进行历史工程查询。如图6 所示。另外平台中支持对接物联网设备数据，将物联网设备数据集成在AR 影像中综合展示，如图7 所示。在系统中还可对发现的体育工程数据及历史工程数据进行动态的统计分析，将工单数据、物联网数据、工程项目数据按照不同维度不同条件来进行统计分析，如图8 所示。

四、结束语

本文结合AR 技术、BIM 技术、物联网技术、无线通信技术、移动互联网技术、GPS 定位技术、GIS 技术以及计算机技术，设计开发可满足实际需要的体育工程管理平台，并以苏州经贸职业技术学院操场体育工程为例实现了管理系统，实现体育工程工单发起、工单流转、物联网数据集成、历史工单搜索、数据统计分析等功能。该系统目前已经投入试运行，能在加强工程智能化管理、规范工程秩序、提升服务水平方面有较大的积极作用。

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作者简介：

赵云杰（1998—），男，就读于苏州经贸职业技术学院信息技术学院软件技术专业，目前研究方向是AR 技术在体育工程智能化管理方面的应用。