院校教学训练资产3D可视化智慧管理平台研究

王志刚 李志华 邵家胜 杨春蕾

1.海军士官学校兵器系 安徽 蚌埠 233012；

2.青岛军械技术保障大队 山东 青岛 266100

引言

随着射频识别（RFID）、虚拟交互、人工智能、无人超市、3D可视化技术和智能物联网等技术不断成熟和应用，资产无人智慧管理模式在地方企业得到了运用及推广。

1 3D可视化智慧管理平台提出背景及内涵

教学训练资产是院校教学训练实施的物质基础和可靠保证，能否确保教学训练资产始终处于堪用状态，是院校资产管理一个重点，也一直是管理的薄弱环节，急需依托平台优化管理。针对资产管理现状，提出了3D可视化智慧管理平台研究课题。

1.1 院校教学训练资产管理现状

1.1.1 管理部门无法直观了解资产的基本情况。传统管理模式是以报表形式呈现给资产管理部门，报表文字数据是无法直观体现资产在哪、谁在管理、技术状态如何、现需要校验吗、寿命周期到了没有等情况。尤其是事关安全使用的数据更是无法直观体现，如：压力表校验、电池寿命周期等数据。以上数据若没有安全警示管理，势必对管理和使用带来安全隐患。

1.1.2 海量原始数据重复性统计及动态数据更新及时问题突出。传统的管理模式关于资产数据、质量统计是通过“手工”进行记录，资产普查时也是通过计算机填鸭式完成表格重复性统计，充满大量低效的工作。同时，资产使用、资产移交、资产损坏、新增资产等动态数据更新与手工记录不能及时同步，数据的真实性大打折扣。

1.1.3 资产全寿命中重使用轻管理的问题突出。院校资产管理主要依托“谁使用、谁管理”，而使用单位的专职管理人员、管理激励机制的缺位，加之管理精细化程度不高，看似有人在管理，实则是无人管理。

1.1.4 教学训练时装设备准备不足、遗漏等问题突出。实装教学需提前准备所需装设备，每项科目所需装设备型号、数量大都不同，准备时极有可能出现遗漏问题，造成教学工作上的被动。

1.1.5 资产全寿命管理过程中不能及时维修问题突出。教学训练资产全寿命是指产品从出厂列装院校到报废处理的全周期，期间包括储存维护、使用管理、维修（含预防性维修）、计量标定等环节。而预防性维修等关键环节在院校资产管理过程中重视程度是不高的。

1.2 3D可视化智慧管理内涵

3D可视化智慧管理是指利用3D虚拟现实技术构建教学训练资产的可视化管理平台，将教学训练资产以3D立体的方式，直观、灵活且具有强烈真实感地呈现给资产管理人员。通过该平台既可以纵览全局，又可详细观察局部，具有图形操作功能，如缩放、俯瞰、漫游等。在教学训练资产上设置标注点，用户终端可通过选中资产的标注点，平台通过报表形式展示其列装时间、战术技术参数、维修时间、使用情况等属性信息。资产管理人员也可通过选中资产的标注点对资产信息进行科学修改。

针对人员身份识别，资产使用、借调、报废等动态数据，通过 RFID 技术，自行录入管理平台数据库，规避传统“手工”作业模式，实现智慧管理。

2 3D可视化智慧管理平台结构数据模型分析

3D可视化智慧管理平台不仅要处理海量的图形数据、模型文件、报表数据，还要处理各种引擎及动态数据交互。因此，必须对平台结构数据模型进行分析。

根据院校教学训练资产管理功能性需求，一是要实现管理平台的数据权限使用及设置功能、数据输入（如RFID 数据输入及读写）、数据查询、数据显示、特殊数据设置等功能。

根据平台结构数据模型，首先将资产区分情况，对资产进行科学分类，如装备类、设备类、器材类等。然后，对各类别资产进行信息数据统计。最后，将信息数据与台账进行整合，以修订和完善丰富资产信息数据。

2.1 教学训练资产信息数据分类统计整合

各院校教学训练资产不尽相同，需根据实际，合理对其进行信息数据分类统计整合。

2.1.1 装备信息数据统计。装备信息数据统计包括：装备存放位置、装备类型（教学用、展示用、实践教学类、训练用等）、堪用装备名称及数量、停用装备名称及数量、现用装备名称及数量、限用装备名称及数量、损坏装备名称及数量、封存装备名称及数量、以用代储装备名称及数量、报废留用装备名称及数量、送厂维修装备名称及数量、待上交装备名称及数量、装备对应教学课程名称、装备对应训练科目名称等信息数据[1]。

2.1.2 设备信息数据统计。设备信息数据统计包括：设备存放位置、设备类型（专用类、通用类）、设备名称及规格型号、设备来源、设备配套器材、堪用设备名称及数量、停用设备名称及数量、现用设备名称及数量、限用设备名称及数量、损坏设备名称及数量、封存设备名称及数量、以用代储设备名称及数量、报废留用设备名称及数量、送厂维修设备名称及数量、待上交设备名称及数量、设备对应装备名称及数量、设备对应教学课程名称、设备对应训练科目名称等信息数据。

2.1.3 器材及其他信息数据统计。器材是指用于教学训练所有的专业或通用器具。其他方面主要是指用于操作使用的专用通用工具和装设备保养所用润滑油等耗材。包括：存放工具柜位置、类型、器材名称及数量、耗材名称及数量、耗材使用周期、器材对应装备名称及数量、器材对应教学课程名称及数量、器材对应训练科目名称及数量、耗材对应装备使用维护数量等信息数据。

2.1.4 各类数据与台账信息整合。该操作主要目的是丰富原始数据，确保各类数据统计的完整性及准确性。内容包括校对数据和丰富数据两项内容。校对数据一是要与上级资产管理部门拉单对账，查看数据统计是否有误，二是与生产厂家沟通、调阅相关资料，保证数据的准确性。丰富数据是在现用数据基础上，通过对调阅生产厂家技术资料的方式，丰富现有数据。

2.2 教学训练资产信息整理

教学训练资产信息数据分类统计整合是信息整理的基础，信息整理是关键，是平台架构的第二步工作，也是平台架构的依据和条件。教学训练资产信息整理根据数据的基本性质分为基础数据整理、状态数据整理和动态数据整理。

2.2.1 基础数据整理。基础数据是体现资产本身属性和来源的原始信息，一般情况是不随时间发生改变的。其包括资产名称、资产类型、资产用途、主要参数、主要功能、资产来源、入校（帐）时间、资产生产厂家、采购成本、资产配套信息、对应课程、对应训练科目等。

2.2.2 状态数据整理。状态数据是指定期或定时检查后的更新数据，体现资产状态的变化。其包括资产性质（如新品、堪用、报废品、报废留用等）、资产使用单位、资产管理部门、存放位置、资产数量、资产完好率、资产故障（时间、产生故障部位、原因分析、解决故障措施等）、资产维修（时间、维修厂家、维修内容等）、资产报废（时间、经手人等）、资产管理负责人等数据。

2.2.3 动态数据整理。动态数据是指资产在使用管理过程中随时发生变化的数据和预警数据。使用管理过程中动态数据包括：资产是否在使用、资产是否异常、维护保养时间、使用人、使用时间、资产出入库时间、借用人、出借人、借出时间、归还时间等。

预警数据是指针对装设备的使用寿命、大修时间、中修时间，按照厂家和军标设置，采取倒计时的方式，当使用以上设置的时间到了，平台会自行在资产信息栏处提示警告信息。

动态数据是对资产使用管理、进行防护和预警的重要参考信息，通过对变化数据的分析处理，及早发现可能存在的运行风险和安全隐患，并采取有效的防范措施。

通过以上三种类型数据的整理后，将不同的状态数据与功能一一进行映射。可视化管理平台提供多种数据处理子功能，并同3D模型相关联，可根据管理人员的不同需求提供不同解决方案。

3 3D可视化智慧管理平台架构设计

教学训练资产3D可视化管理的核心是各类数据，各类数据的处理通过映射给客户端，服务于管理人员。客户端根据不同的需求，需要进行数据信息的检查、更新、录入和数据输出等操作。3D可视化管理平台就是借助3D技术和可视化的管理理念，将数据图形化，提供直观可视的服务。因此，可视化资产管理平台是以数据为基础，以3D技术为手段，以提供查询、输出报表、使用自动登记、鲜活生动的多视角数据信息的直观管理等多种功能。3D可视化智慧管理平台架构由三层系统结构组成，分别是：应用层、图形驱动层和数据层。其总体架构设计如图1所示。

图1 3D可视化智慧管理平台总体构架设计

3.1 应用层设计

应用层包括信息加载模块、人机交互模块、报表输出模块、综合查询模块、智能控制模块、运行管理模块等6个模块组成[2]。信息加载模块用于加载多个实验室场景信息和实验室内存放的教学训练资产3D模型，通过分级式设计管理提高系统运行速度；人机交互模块主要用于管理人员展示数据信息和接收管理人员的操作指令；报表输出模块是文字数据输出的主要形式，根据管理人员的需要输出指定资产信息数据，有效提高工作效率，借助计算机改善繁重的重复性手工数据登记、统计等工作；运行管理模块和综合查询模块是为使用人员或管理人员提供输入功能，其中，综合查询模块可以查询当前的资产信息、资产的出入库记录、维修保养记录、报废销毁记录、报警及消除报警记录、检查记录、催还提醒、汇总查询都可以通过系统自动生成的报表直接查看；智能控制模块是应用层的关键模块，通过该模块可以为教学训练科目提供设备、工具配套服务功能，以减少教员教学准备工作量。

该平台支持对系统中的数据实时更新，管理人员可实施录入与更改设备的采购入校、运行时间、故障分析、借用、维修和报废处理等相关基础、状态、动态信息数据，以保持系统信息的准确性和及时性。

3.2 图形驱动层设计

该图层用于构造资产对象的三维模型，高速逼真地再现仿真环境，实时地响应交互操作。在该功能层中包含了数据采集、点云的多视配准、点云的网格曲面重建、网格模型的孔洞修复、网格模型简化、可见性判断及纹理映射等关键技术。

3.3 数据层设计

数据层包括3D图形数据、资产基础数据库、资产状态数据库、资产动态数据库、模型文件、报表文件等。3D图形数据是对可视化的场景、资产分布位置、资产相对场景比例等；模型文件主要包括教学训练资产3D模型，包括装备模型、器材模型、设备模型、设施模型、教学设备模型等多类型模型。报表文件是指根据用户需要制定各类型报表，包括：资产使用报表、资产维修报表、资产移交报表、资产报废报表、资产借用报表等。

4 3D可视化智慧管理平台交互技术研究

3D可视化智慧管理平台一项重要的功能是人机交互功能。由管理平台提供人机交互界面，用于接收和识别不同信号，以合理、清晰的方式提供、服务于平台管理和使用人员。

4.1 场景漫游交互技术研究

场景漫游交互技术由交互界面、场景编辑器、交互图形驱动等组成，以实现在屏幕上进行可视化交互操作。交互界面可提供场景漫游交互具有各种图形操作功能，如缩放、俯瞰、漫游等，满足多样化展示需求；场景编辑器可提供高灵活度场景编辑，用户可自由添加3D场景。交互图形驱动技术是指通过3D建模技术，建立实验室场景、装备、设备、器材、设施等资产基础3D模型，形成一个完整的实验室场景3D数字模型。

4.2 管理人员交互技术研究

3D可视化智慧管理平台由建设单位指定管理，管理人员平时要做到平台的技术维护，平台的数据及时更新、使用人员权限设置以及协助上级单位进行数据的查询和调出等。

4.2.1 动态数据更新。资产随时间推移会产生数量、类型、名称、用途、性能等变化，这就需要管理人员及时通过对平台信息的编辑，更正数据。管理人员可通过应用层的信息加载模块对其进行更新。动态数据更新必须由管理权限的人员实施，并报上级资产管理部门批准。

4.2.2 使用人员权限设置。管理人员可根据使用人员的变化，随时更改使用人员的使用权限。如增加、删减使用人员姓名和权限设置。管理平台系统具有用户角色和配置信息的分配功能。

4.2.3 数据查询及调出。数据查询及调出基于应用层的综合查询模块，实现资产管理中数据的查询和调出，以实现资产全寿命过程中数据的查询和调出功能。

系统提供全面的设备台账三维管理功能，实验室内部的各种主要设备、工装等，通过点击设备和工装的3D模型，在输出窗口显示设备的台账信息，台账信息可以编辑和修改，也可以通过专门表格导人。调出接口采用通用的USB技术，便于与打印机连接，形成打印报表。

4.3 使用人员交互技术研究

3D可视化智慧管理平台采用无源标签式RFID技术实现使用人员与平台的交互操作。

4.3.1 使用人员信息智能录入。当使用人员使用资产时，需使用RFID 手持式阅读卡通过刷卡的形式与平台进行信息交互，平台会自行录入使用人员的个人信息，改变传统的人员登记方式。

4.3.2 教学训练资产使用情况智能录入。教学训练资产使用情况能够实现智能录入，其前提条件是在每项资产上设置RFID无源标签，这样当使用人员领取资产时，平台阅读器扫描资产上的RFID标签，并同步传输至平台管理系统[3]。

4.3.3 智慧调阅教学训练所需资产信息。管理平台还具有一项重要功能是为教员自行配置教学训练科目所需的装设备、工具等，降低教员教学准备工作量。

4.3.4 教学训练资产使用过程中特殊情况标注。资产在使用过程中如果出现故障、损坏、丢失、借出、维修中等特殊情况，应在3D资产模型进行标注，标注内容为上述情况。可视化智慧管理平台后台数据库会自行记录故障、损坏、丢失、借出、维修中等特殊情况发生时间、发生原因；综合控制模块也根据资产的特殊情况，暂不能借出或为教学准备配置以上的特殊资产。

5 3D可视化智慧管理平台实现目标功能

5.1 提升办校品质，为建设一流院校提供支撑

实验室的建设及管理水平是一流院校的一项重要指标。3D可视化智慧管理平台通过对可视化资产管理平台结构模型的分析，设计出以数据为基础、3D模型为手段、多种功能服务为重点的三层系统结构，并将3D建模技术应用于用户交互界面，实现了院校教学训练资产的可视化管理，具有很大的应用价值，提高办校的品质。

5.2 实现了教学训练资产智能化管理

通过3D可视化智慧管理平台，可实现教学训练资产全寿命的智能化管理。管理过程涉及了从采购入校到列装存放、从新品到报废品、从维修到维护、从教学资产准备到归还归位等各个方面，保证了全过程、全时段对资产的使用、管理精细化管理，确保了管理的科学性。

5.3 实现了资产的可视化直观管理

3D可视化智慧管理平台，将院校教学训练资产以3D立体的方式呈现给资产管理人员，通过该平台既可以纵览全局，又可详细观察局部。将真实的资产数据录入到可视化管理平台中，即可看到与实际相符的3D虚拟实验室环境。可视化管理平台为资产管理提供直观、灵活且具有强烈真实感的监控手段，同时又可以文字与报表形式输出资产信息，可更好地计划和控制资产管理工作，实现资产管理的可视化。

5.4 为资产管理部门提供信息支撑

传统的教学训练资产管理在规定的时间需向资产管理部门提供资产使用、资产采购、资产维修、资产处理等信息，然传统的手工统计一方面会造成数据的真实性丢失，另一方面数据的统计不及时、工作量繁重，与现代管理模式差距甚远。3D可视化智慧管理平台通过信息自行录入，及时记录资产管理数据，最终可通过报表的方式打印出来，可直接提供给资产管理部门，解决传统模式的弊端。

6 结束语

3D可视化智慧管理平台已经开始应用于智慧校园、智慧社区等多种场所，基于强大的、面向行业级应用的三维图形渲染引擎，结合最新的GIS、BIM、VR、AR、全景图等技术，联手物联网、大数据与人工智能，为学校提供覆盖教学管理、设备管理、预警管理等全方位的数据可视化呈现，大大提高了院校教学训练资产管理的效率，让管理更为人性化、智能化、精细化，提升了办校品质、丰富了办校内涵。