pixelknete

Avatar

[ touching earth since 1998 ]
Aus Web-Development Leidenschaft enstanden. Der Name ist neu (ehem. fishboneart), die Leidenschaft ist geblieben.
PIXELKNETE ist eine Website von Christoph Krebs.

Web3D-Interface zur Gebäudesteuerung

An der FH Aachen wurde von mir im Rahmen meiner Diplomarbeit ein Konzept entwickelt, Gebäudezustände und -funktionen intuitiv über ein 3D Webbrowser-Interface zu überwachen und zu steuern (www.3d-web.eu).

Web3D und VBS
Get the Flash Player to see this video.

Klicken Sie auf das Video, um ein Screencast der Demonstrationsanwendung zu sehen (ca. 4 Min - 12 MB).

Derzeit verfügbare Web-CAFM-Systeme ermöglichen bislang überwiegend zweidimensionale Ansichten von Gebäudegrundrissen. Besonders bei komplexeren Gebäudestrukturen ist die 3D-Darstellung zweidimensionalen Grundrisszeichnungen hinsichtlich Übersichtlichkeit und Effizienz jedoch meist überlegen. Objekte, die sich über mehrere Geschosse erstrecken wie z. B. Treppen, Aufzugs- oder Kabelschächte können dreidimensional als zusammengehörendes Objekt dargestellt und verwaltet werden. Das in der Studie untersuchte Konzept geht über eine reine Bereitstellung von Bestandsinformationen von Objekten hinaus. Vielmehr wurde ein Konzept entwickelt, das eine intuitive dreidimensionale Fernsteuerung einer entsprechend ausgestatteten Anlage mittels eines standardkonformen Web-Browsers ermöglicht. Der Nutzer kann, mit Hilfe der integrierten 3D-Schnittstelle, in Echtzeit mit einer virtuellen dreidimensionalen Repräsentation der realen Facility interagieren, falls diese mit entsprechender Technik ausgestattet ist.

Da die Anwendung plattformunabhängig als Java Applet innerhalb eines normalen Browsers läuft (Internet Explorer, Mozilla Firefox, etc.) ist eine Installation spezieller Software auf dem Client-Rechner nicht notwendig. Der Nutzer kann sich dadurch über das Internet mit einem Browser einloggen und virtuell durch das zu steuernde Gebäude wandern.

Über die Fernsteuerung können beispielsweise Lichtschalter bedient, Jalousien geöffnet, die Raumtemperatur reguliert oder der Belegungsstatus von Räumen überprüft werden. Durch die dreidimensionale Darstellung wird dem Benutzer der Eindruck vermittelt, direkt mit dem realen Objekt zu interagieren.

Änderungen an dem im Browser dargestellten virtuellen Modell werden über das Internet übertragen und aktivieren entsprechende Aktoren der realen Anlage (Lichtregler, Stellmotoren, etc.). Über Sensoren aufgenommene Statusänderungen des realen Objektes werden unmittelbar an den Client weitergeleitet und das virtuelle Modell entsprechend aktualisiert.

Zur Demonstration der Umsetzbarkeit des Konzeptes wurde eine Anwendung erstellt, die die Steuerung von zwei mit Gebäudesystemtechnik ausgestatteten Seminarräumen der FH-Aachen ermöglicht. In die Web3D Anwendung wurde das Live-Bild von vier Web-Cams integriert, um den realen mit dem virtuellen Zustand vergleichen zu können (www.3d-web.eu).

Web3D Gebäudesystemtechnik

Kern der Web-Applikation ist das ebenfalls an der FH-Aachen entwickelte Visual Building System™ das bereits in diversen Anwendungen eingesetzt wird, in den Bereichen Gebäudeautomation und Energie- und Anlagencontrolling via Intra- und Internet. Über das Visual Building System (VBS) wird die Kommunikation zwischen dem Applikationsserver der Facility und dem 3D-Modul des Clienten abgewickelt. Das modulare Konzept ermöglicht eine schnelle Anpassung an unterschiedliche Anforderungen und stellt eine ökonomische Lösung zur Einrichtung neuer visueller Web-Anwendungen dar, mit deren Hilfe entfernte Anlagen gesteuert und überwacht werden können. Auf der Serverseite unterstützt VBS eine ganze Reihe von Bussystemen (derzeit: EIB, LON, LCN, OPC, S0-Impuls und Mbus). Das neu entwickelte 3D-Modul ermöglicht nun auch die Integration von Web3D-Applets zur Gestaltung intuitiver Benutzeroberflächen.

Ein wichtiger Aspekt der Studie ist die Untersuchung des Workflows und des Realisierungsaufwandes einer 3D-Schnittstelle für das Gebäudemanagement. Die Erstellung, Darstellung und Verwaltung dreidimensionaler Geometrien ist signifikant komplexer als der bisher gewohnte Umgang mit zweidimensionalen Zeichnungen, insbesondere da der objektorientierte Ansatz von VBS beibehalten werden sollte. Da 3D-CAD Applikationen immer mehr zum Standard-Entwurfswerkzeug für Architekten werden, stehen die 3D-Daten meist schon zur Verfügung. Diese sind in der Regel jedoch zunächst noch ungeeignet für die Verwendung in Web3D Anwendungen und müssen, je nach gewünschtem Detailgrad, erst noch für die spezielle Verwendung optimiert werden. Die begrenzenden Faktoren in der Detailgenauigkeit sind dabei vor allem die Bandbreite der Internetverbindung und die Darstellungsgeschwindigkeit der Web3D-Anwendung. Für die meisten Anwendungen reicht ein einfaches Gebäudemodell, das relativ schnell und kostengünstig auf der Grundlage vorhandener 2D-Grundrisszeichnungen aus extrahierten Flächenpolygonen erstellt werden kann.

Web3D Gebäudemodell

Ist das 3D-Modell erst einmal erstellt und mit der Datenbank des Gebäudes bzw. der Anlage logisch und funktional verknüpft, ergeben sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Über eine mehrschichtige Softwarearchitektur kann das Modell unterschiedlichen Benutzergruppen und Anwendungen zur Verfügung gestellt werden. Folgende Szenarien sind vorstellbar und aktuell umsetzbar:

  • Die neue Sichtweise auf das Gebäude als kompakte dreidimensionale Einheit ermöglicht es dem Facilitymanager neue Effizienzvorteile zu generieren. Durch eine dreidimensionale raumgeometriebezogene Auswertung des Energieverbrauchs entstehen neue Möglichkeiten zur Minimierung der Betriebskosten. Nicht sichtbare Messgrößen wie z. B. die Temperaturverteilung oder der Energieverbrauch können farblich dargestellt werden.
  • Die Personalabteilung einer Firma kann freie Büros an neue Mitarbeiter zuweisen, Nutzungspläne können durch die Darstellung in einem Gebäudemodell effizienter räumlich erfasst werden.
  • Im Brandfall kann Rettungsdiensten automatisiert ein Gebäudemodell mit der aktuellen Situation zur Verfügung gestellt werden. Rettungsmaßnahmen könnten so schon vor dem Eintreffen der Rettungskräfte von der Leitstelle aus koordiniert werden.
  • Auch eine Nutzung des Konzeptes in Besucher-Informationssystemen über POIs oder Internetseiten ist vorstellbar. Besucher können sich schon zu Hause online über die genaue Lage eines Seminarraumes informieren. Potentielle Hotelgäste können virtuell alle noch unbelegten Zimmer eines Hotels über das Internet begutachten und buchen. Auch eine Verknüpfung mit Theater- oder Kino Reservierungssystemen ist möglich. So kann der Nutzer schon vor dem eigentlichen Besuch die Aussicht von den reservierten Plätzen prüfen.
  • Die Mitarbeiter können über das Intranet ihres Unternehmens Reparaturaufträge an ein Ticket-System stellen, indem sie im virtuellen Modell auf ein defektes Objekt klicken und eine entsprechende Option wählen.

Vorteile entstehen vor allem durch die intuitive Bedienung der Schnittstelle. Durch die Repräsentation der realen in der virtuellen Welt kann eine Anlage oder ein Gebäude genauso benutzt werden wie bisher. Es ist keine Einarbeitung in eine neue Software notwendig. Über zusätzliche Elemente wie z. B. Tooltips, einblendbare Bedienungsanleitungen oder hilfreiche Icons kann die Usability zusätzlich verbessert werden. Die 3D-Schnittstelle kann durch weitere virtuelle Elemente (Schalter, Displays) ergänzt werden, die in der realen Welt nicht realisierbar wären (z. B. frei im Raum schwebende Interfaces).

Ergebnis der Studie ist ein Konzept, das den aktuellen Stand der Technik im Bereich Web3D mit moderner Gebäudesystemtechnik verknüpft. Wie die Demonstrationsanwendung zeigt, kann die Technik bereits heute zur Steuerung von Anlagen und Facilities in kleinem bis mittlerem Maßstab eingesetzt werden. Dienstleister im Bereich der Gebäudeautomation könnten sich durch ein Zusatzangebot von Web3D-VBS-Schnittstellen entscheidend von Mitbewerbern abgrenzen.

Bitte kontaktieren Sie mich, wenn Sie weitere Fragen haben, oder an einer eigenen virtuellen Web-Fernsteuerung eines Gebäudes oder einer Anlage interessiert sind.

Christoph Krebs

Randnotiz

Beim Programmieren entstehen manchmal kleine, oft wenig sinnvolle, Mini-Tools wie Kuchenkrümel beim Backen. Mit dem folgenden Tool können Hintergründe generiert werden: