城市级规模BIM与地球曲率适配的方法及运用与流程

城市级规模bim与地球曲率适配的方法及运用
技术领域
1.本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种城市级规模bim与地球曲率适配的方法及运用。


背景技术：

2.目前已有的大部分建模软件都是平面建模(例如bim)，然后将建好的模型摆放在地球上。如果模型特别长，跨度有几公里甚至几十公里的长度时，模型的一端或两端会出现远离地面的现象，就是常说的两头翘问题，如图1所示。造成这种问题的原因是：地球本身是有曲率的，而模型却是平面建模，所以针对这种超长模型，我们需要重新计算该模型在地球曲率下的模型数据。
3.bim(building information modeling，即建筑信息模型)通常采用独立的平面坐标系统。gis(geographic information system，即地理信息系统)数据来源众多，采集方式各异，所采用的坐标系也存在一定的差异性。可见，bim与gis集成应用面临着各自坐标系不同，难以匹配的问题。gis最基本的能力就是坐标转换，点线面的坐标转换已经十分成熟，但转换能力是否能应用到三维模型数据中，对gis平台也是一个挑战。
4.因此有必要提供一种城市级规模bim与地球曲率适配的方法及运用，实现地球曲率影响下的bim和gis数据精确匹配，避免渲染时发生裂缝和漏洞等问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种城市级规模bim与地球曲率适配的方法及运用，实现地球曲率影响下的bim和gis数据精确匹配，避免渲染时发生裂缝和漏洞等问题。
6.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种城市级规模bim与地球曲率适配的方法，bim包含平面坐标系，gis包含地球曲率下的地理坐标系，包括以下步骤：
7.取平面坐标系中参考坐标点o和地理坐标系中参考坐标点o1，使参考坐标点o和参考坐标点o1重合；
8.获取平面坐标系中任一待转换点p0；
9.将待转换点p0的z值归0，即获取待转换点p0落在参考坐标点o所在平面的投影点p1；
10.获取地理坐标系中一z值为0的点p2，使点p2到参考坐标点o1的弧长等于投影点p1到参考坐标点o的距离值，且投影点p1到参考坐标点o所在直线的投影落在点p2到参考坐标点o1所在的弧上；
11.在点p2的基础上加上归0的z值，得到点p3，点p3为待转换点p0在地理坐标系中对应的点，完成转换。
12.可选的，在所述城市级规模bim与地球曲率适配的方法中，将待转换点p0(x0，y0，z0)的z值归0，得到投影点p1的坐标为(x0，y0，0)。
13.可选的，在所述城市级规模bim与地球曲率适配的方法中，获取地理坐标系中一z
值为0的点p2，使点p2到参考坐标点o1的弧长等于投影点p1到参考坐标点o的距离值，点p2的坐标的计算方式如下：
14.以地心点为圆心，参考坐标点o1和点p2所在弧线对应的圆心角为θ，圆心角θ的计算公式为：
15.其中r为地球半径；
16.接着计算点p2的坐标(x2，y2，z2)：
17.z2＝r*cosθ-r。
18.可选的，在所述城市级规模bim与地球曲率适配的方法中，在点p2的基础上加上归0的z值，得到点p3的坐标(x3，y3，z3)，计算公式如下：
19.z3＝(r+z0)*cosθ-r。
20.可选的，在所述城市级规模bim与地球曲率适配的方法中，
21.包含平面坐标系的模型包括但不限于bim。
22.本发明还提供了一种城市级规模bim与地球曲率适配的运用，采用所述城市级规模bim与地球曲率适配的方法，将所述方法部署在服务器端或客户端，以获取转换前或转换后的坐标。
23.可选的，在所述城市级规模bim与地球曲率适配的运用中，应用场景包括但不限于桥梁、道路以及水利大坝的建设。
24.在本发明所提供的城市级规模bim与地球曲率适配的方法及运用中，可以实现三维模型的逐点坐标转换，支持bim和gis数据在平面坐标系和地理坐标系之间的转换，实现在地球曲率影响下的bim和gis数据精确匹配，避免渲染时发生裂缝和漏洞等问题，满足众多行业，如桥梁、道路和水利大坝等，在建设、运营和管理过程中对数据的精度需求。
附图说明
25.图1为本发明实施例提供的背景技术中模型摆放在地球上的示意图；
26.图2和图3为本发明实施例提供的适配方法计算过程的示意图。
具体实施方式
27.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
28.在下文中，如果本文所述的方法包括一系列步骤，本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
29.由于bim与gis集成应用面临着各自坐标系不同，难以匹配的问题。gis最基本的能力就是坐标转换，点线面的坐标转换已经十分成熟，但转换能力是否能应用到三维模型数
据中，对gis平台也是一个挑战。
30.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种城市级规模bim与地球曲率适配的方法，bim包含平面坐标系，gis包含地球曲率下的地理坐标系，包括以下步骤：
31.取平面坐标系中参考坐标点o和地理坐标系中参考坐标点o1，使参考坐标点o和参考坐标点o1重合；
32.获取平面坐标系中任一待转换点p0；
33.将待转换点p0的z值归0，即获取待转换点p0落在参考坐标点o所在平面的投影点p1；
34.获取地理坐标系中一z值为0的点p2，使点p2到参考坐标点o1的弧长等于投影点p1到参考坐标点o的距离值，且投影点p1到参考坐标点o所在直线的投影落在点p2到参考坐标点o1所在的弧上；
35.在点p2的基础上加上归0的z值，得到点p3，点p3为待转换点p0在地理坐标系中对应的点，完成转换。
36.本发明通过简化转换公式，使得bim数据能够在渲染过程中，实时地根据需要来计算，运算速度快，转换效果好。
37.进一步的，如图2所示，将待转换点p0(x0，y0，z0)的z值归0，得到投影点p1的坐标为(x0，y0，0)。
38.获取地理坐标系中一z值为0的点p2，使点p2到参考坐标点o1的弧长等于投影点p1到参考坐标点o的距离值，点p2的坐标的计算方式如下：
39.以地心点为圆心，参考坐标点o1和点p2所在弧线对应的圆心角为θ，圆心角θ的计算公式为：
40.其中r为地球半径；
41.接着计算点p2的坐标(x2，y2，z2)，利用相似三角形：
42.可得：
43.同理可得：z2＝r*cosθ-r。
44.更进一步的，参考图3，在点p2的基础上加上归0的z值，得到点p3的坐标(x3，y3，z3)，同样利用相似三角形：
[0045][0046]
同理可得：z3＝(r+z0)*cosθ-r。
[0047]
优选的，在所述城市级规模bim与地球曲率适配的方法中，包含平面坐标系的模型包括但不限于bim。
[0048]
本发明还提供了一种城市级规模bim与地球曲率适配的运用，采用所述城市级规
模bim与地球曲率适配的方法，将所述方法部署在服务器端或客户端，以获取转换前或转换后的坐标。
[0049]
具体的，所述方法可以部署在服务器端，用户上传模型数据时，根据需要来启用该方法。例如当用户的模型数据需要在gis系统中展示时，那么可以启用该方法，从而将用户上传的模型数据转换为适合在gis系统中展示的模型数据。在服务器端部署的优点在于客户端在使用gis模型数据时可以直接使用，不需要再重新计算。
[0050]
当然所述方法也可以部署在客户端，相比较服务器端的优点是更加灵活，客户端可以根据需要决定是否展示在三维gis系统中，然后根据需要选择是否进行实时的坐标转换，此时是在cpu中计算。
[0051]
因为模型数据最终需要送入到gpu中去渲染绘制，所述方法稍作修改，也可以嵌入到gpu中执行的程序中，相比较于客户端方案，gpu的运算效率更高，从而使得所述方法对实时渲染的性能消耗降到最低，几乎可以忽略转换的性能消耗。
[0052]
通常的，在web环境下，通过cesium框架中提供的地球，本发明可以对任意的超长模型，应用本方法的曲率计算公式，得到所需的转换数据。
[0053]
同时由于本发明计算量小、易部署，可以满足大体量的bim数据在实时渲染过程中进行坐标的转换。
[0054]
可选的，在所述城市级规模bim与地球曲率适配的运用中，应用场景包括但不限于桥梁、道路以及水利大坝的建设。
[0055]
综上，在本发明所提供的城市级规模bim与地球曲率适配的方法及运用中，可以实现三维模型的逐点坐标转换，支持bim和gis数据在平面坐标系和地理坐标系之间的转换，实现在地球曲率影响下的bim和gis数据精确匹配，避免渲染时发生裂缝和漏洞等问题，满足众多行业，如桥梁、道路和水利大坝等，在建设、运营和管理过程中对数据的精度需求。
[0056]
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。