一种城市级广域高精度CIM场景服务端动态流渲染技术方法与流程

本发明涉及cim应用平台技术领域，具体涉及一种城市级广域高精度cim场景服务端动态流渲染技术方法。

背景技术：

高精度cim场景是由海量城市信息数据为基础，建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体，基于bim和gis技术的融合，cim将数据颗粒度精确到城市建筑物内部的单个模块，并加入炫酷的特效制作成实时动态的、虚实交互的智慧城市cim场景；通信信令服务端控制程控交换、网络数据库、网络中其它“智能”节点交换下列有关信息：呼叫建立、监控(supervision)、拆除(teardown)、分布式应用进程所需的信息(进程之间的询问/响应或用户到用户的数据)、网络管理信息。信令传输为cim场景与可视化流服务端搭建消息通道，用来保证正常通信所需要的控制信号；高可视化流服务通过流套接字与信令服务建立稳定可靠的数据传输服务，该服务将保证数据能够实现无差错、无重复送，并按顺序接收，并且将采集到的信令消息流式传输分发(参看说明书附图中图1)。

在空间范围和技术逻辑上，cim(cityinformationmodeling)的建设是“大场景的gis数据+小场景的bim数据+物联网iot”的有机结合。已有的bim技术对城市中各个建筑可以做到构件尺度的数字孪生，从而将建筑物的信息数字化；gis技术则能够对城市尺度上的地形地貌、土地利用等宏观空间环境特征和人群特征、信息资金流动等城市中无形的社会经济活动信息进行结构化、历时性的储存。而物联网iot技术通过城市传感器的广泛布设，一方面可以对bim中建筑物的运营数据进行补充，更重要的是对交通流、大气水文等城市开放空间中的微观环境变化进行实时感知和收集。bim与gis在空间范围上互补，数据结构上共通，每栋建筑可以看作gis中的一个地物，每一根管道、路灯等城市基础设施也可看作bim的一个构件。在此基础上嵌入物联网数据，又大大提升了数据空间和时间粒度的细化程度，实现对城市空间精细、全面、动态、实时的数字化。在全面收集数据的基础上，cim通过统一的数据平台将各领域不同维度的数据进行结构化、标准化整合。一方面实现城市级数据的可计算，对任意空间范围内的建筑面积、容积率等空间指标和人口密度、车辆密度甚至用水用电量等社会经济指标进行统计分析，并可通过机器学习和仿真模拟挖掘规律、进行预测。另一方面通过空间信息可视化的技术，使得城市数据能够与其空间位置实时对应，一目了然，便于运维和管理人员的迅速感知和决策。

目前基于cim技术面向智慧城市应用后必然会面对大范围的、动态实时的海量模型数据信息，普通应用方式存在大数量动态加载、浏览性能、对象实体化、空间拓扑分析等诸多方面的问题和挑战：

对海量模型数据加载问题：单栋常规建筑完整全要素模型,文件大小一般达到2g,1000万三角面，10万构件数，对于超高层综合体建筑则更大几倍，加之cim平台是面向城市区域级别的系统，平台体量涵盖几百至几万的建筑群，整体模型数据属于海量级别，用传统方式加载和应用必然遇到瓶颈和难度；

对高精度模型数据加载问题：常规城市级cim场景，由于传统场景渲染局限性场景大范围采用工程bim模型结构的lod100阶段。此阶段的模型通常为表现建筑体量，分析包括体积，建筑朝向、墙面、模型实体尺寸、形状、位置等几何信息，场景精细化程度不足，对于专业的结构性分析无法在cim场景中体现；

对浏览性能问题：由于cim平台面临的海量模型数据问题，动态加载存在瓶颈和难度，场景的浏览性能同样受到影响，对硬件设备要求较高，传统方式无法高效、快速、流畅的操控浏览，由于不同于客户端，web端首先需要解决网络数据传输以及顾及好前端浏览器在资源上的使用限制，比如渲染上chrome的v8对于内存的使用在32位系统上的最大限制是1g，64位系统上的最大限制是4g，而传输上更是需要视网络情况而定了，目前大多数大型web3d应用还难以做到在互联网上流畅访问，所以这也成为了一个类似的伪问题，理论上你可以在任何互联网到达的地方使用到系统，但在实际中需要有前提条件比如：第一、足够的带宽；第二、足够好的硬件支持，这条件显然并不比安装个插件或者下载个应用更轻松，前端有限制就无法满足海量高精度cim场景的加载；

对空间拓扑分析问题：城市级广域cim场景由于承载瓶颈无法加载精细化bim模型数据，则无法进行空间拓扑分析应用，如工程建设管线碰撞分析、连通性分析等；

对渲染视频流卡顿问题：一般的流在传输过程中，会对视频进行编解码，高清视频往往会给硬件带来解码压力，由于解码造成的卡顿尤为明显。如果手机/电脑硬件配置低，或播放软件版本过低，编解码的速度就会降低，就可能造成视频播放卡顿的情况；

对视频流无法于用户交互问题：传统的流式传输方式是将动画、视音频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流式多媒体文件解压后进行播放和观看，这种传统的流不能让用户有参与控制权，而bim场景一方面是体现在人机交互上；

为此，我们提出一种城市级广域高精度cim场景服务端动态流渲染技术方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种城市级广域高精度cim场景服务端动态流渲染技术方法，针对广域高精度cim的场景渲染，采取对可视化要素和特征信息处理，以及对空间矢量拓扑信息分解提取，建立空间矢量数据库支持拓扑空间分析，从而解决城市广域高精度cim场景渲染的分发供用户，提供高精度、多设备、跨平台实时操纵浏览cim场景的技术支撑能力。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种城市级广域高精度cim场景服务端动态流渲染技术方法，包括以下步骤：

步骤一：场景可视化信息数据采集：

s1：分析识别对象；

s2：分片音视频编码；

步骤二：高清渲染动态流输出：

s3：推流；

s4：拉流；

步骤二：信令服务中转：

s5：用户信令；

s6：中转信令。

优选地，所述s1中，在vc下用相关函数采集相机视域范围上的点、线和面并更改分辨率，可以把整个图像想象成是一个大型的棋盘，而分辨率的表示方式就是所有经线和纬线交叉点的数目；显示分辨率一定的情况下，显示屏越小图像越清晰，反之，显示屏大小固定时，显示分辨率越高图像越清晰，通过场景镜头识别可视化信息，设置分辨率并分片加载进临时缓存中。

优选地，所述s2中，通过第一步得到的分析信息数据，进行运动补偿的帧间预测、dct变换、自适应量化、熵编码等压缩技术。

优选地，所述s3中，将采集的音视频数据使用传输协议进行封装，变成流数据；常用的流传输协议有rtsp、rtmp、hls等，使用rtmp传输的延时通常在1–3秒，对于手机直播这种实时性要求非常高的场景，rtmp也成为手机直播中最常用的流传输协议，最后通过一定的qos算法将音视频流数据推送到网络断，通过cdn进行分发。

优选地，所述s4中，使用相应的协议从可视化流服务器读取视频流，并做离散余弦变换(discretecosinetransform)，图像经过dct变换后，其频率系数的主要成分集中于比较小的范围，且主要位于低频部分。

优选地，所述s5中，用户至交换局间传送的信令，将用户键盘、鼠标、触碰屏等接收设备的信号指令收集起来，采用d通路(16kbit/s)利用数字编码格式传送的信令信息。

优选地，所述s6中，信令中转站在通信网中个交换节点之间传送的信令，即网络接口(nni)信令，它在用户在信令服务之间中继线上传送，主要控制通信网中呼叫相关的命令和相应相关的信令通信接续的建立和释放，并传递与通信相关的信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明设计合理，第一：通过将cim城市信息模型数据进行文件格式解析，经过可视化要素和特征信息分解提取、模型数据清洗、模型分级分层、要素几何表达优化、空间要素合理合并达到将城市信息模型数据轻量化加载并高效渲染的技术目标；

第二：通过将cim城市信息模型数据进行文件格式解析，经过空间矢量拓扑信息分解提取、三维空间要素矢量化映射、海量空间矢量信息建库、实体对象单体化、建立空间数据库空间索引、提供城市信息模型对象快速检索和空间拓扑分析能力；

第三：整合bim城市信息模型数据、地理信息gis数据、物联网iot数据信息，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知数据，构建高精度cim场景数字底板，便于将cim场景投影数据信息通过加密数据包流式推送给信令服务。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的cim场景、可视化流服务端和通信信令服务端之间的信号传输流程图；

图2为本发明的城市级广域高精度cim场景服务端动态流渲染技术方法的流程图一；

图3为本发明的城市级广域高精度cim场景服务端动态流渲染技术方法的流程图二；

图4为本发明的场景流媒体服务的信号传输流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4所示，一种城市级广域高精度cim场景服务端动态流渲染技术方法，包括以下步骤：

步骤一：场景可视化信息数据采集：

s1：分析识别对象

在vc下用相关函数采集相机视域范围上的点、线和面并更改分辨率，可以把整个图像想象成是一个大型的棋盘，而分辨率的表示方式就是所有经线和纬线交叉点的数目；显示分辨率一定的情况下，显示屏越小图像越清晰，反之，显示屏大小固定时，显示分辨率越高图像越清晰，通过场景镜头识别可视化信息，设置分辨率并分片加载进临时缓存中；

s2：分片音视频编码

通过第一步得到的分析信息数据，进行运动补偿的帧间预测、dct变换、自适应量化、熵编码等压缩技术；

步骤二：高清渲染动态流输出：

s3：推流

将采集的音视频数据使用传输协议进行封装，变成流数据；常用的流传输协议有rtsp、rtmp、hls等，使用rtmp传输的延时通常在1–3秒，对于手机直播这种实时性要求非常高的场景，rtmp也成为手机直播中最常用的流传输协议，最后通过一定的qos算法将音视频流数据推送到网络断，通过cdn进行分发；

s4：拉流

使用相应的协议从可视化流服务器读取视频流，并做离散余弦变换(discretecosinetransform)，图像经过dct变换后，其频率系数的主要成分集中于比较小的范围，且主要位于低频部分；

步骤三：信令服务中转：

s5：用户信令

用户至交换局间传送的信令，将用户键盘、鼠标、触碰屏等接收设备的信号指令收集起来，采用d通路(16kbit/s)利用数字编码格式传送的信令信息；

s6：中转信令

信令中转站在通信网中个交换节点之间传送的信令，即网络接口(nni)信令，它在用户在信令服务之间中继线上传送，主要控制通信网中呼叫相关的命令和相应相关的信令通信接续的建立和释放，并传递与通信相关的信息。

本发明中的信令服务它由源信令点，接收消息的信令点为该消息的目的信令点；

有以下三类信令点：

(1)serviceswitchingpoint(ssp)业务交换点是信令消息的产生或终结点，实质上就是本地交换系统(或交换中心co)，它发起呼叫或接收呼入。

(2)signaltransferpoint(stp)完成路由器的功能，查看由ssp发来的消息，然后通过网络把每一个消息交换到合适的地方。stp把其它信令点和网络连接在一起组成更大的网络。

(3)servicecontrolpoint(scp)是典型的访问数据库服务器，scp是智能网业务的控制中心，负责业务逻辑的执行，提供呼叫处理功能，接收ssp送来的查询信息和查询数据库，验证后向ssp发出呼叫处理指令，接收ssp产生的话单并进行相应的处理。

本实施例的一个具体应用为：本发明设计合理，通过将cim城市信息模型数据进行文件格式解析，经过可视化要素和特征信息分解提取、模型数据清洗、模型分级分层、要素几何表达优化、空间要素合理合并达到将城市信息模型数据轻量化加载并高效渲染的技术目标；

通过将cim城市信息模型数据进行文件格式解析，经过空间矢量拓扑信息分解提取、三维空间要素矢量化映射、海量空间矢量信息建库、实体对象单体化、建立空间数据库空间索引、提供城市信息模型对象快速检索和空间拓扑分析能力；

整合bim城市信息模型数据、地理信息gis数据、物联网iot数据信息，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知数据，构建高精度cim场景数字底板，便于将cim场景投影数据信息通过加密数据包流式推送给信令服务；

这样针对广域高精度cim的场景渲染，采取对可视化要素和特征信息处理，以及对空间矢量拓扑信息分解提取，建立空间矢量数据库支持拓扑空间分析，通过将“场景可视化信息数据采集”、“高清渲染动态流输出”、“信令服务中转”三个并行技术路线，将原始广域高精度cim场景转化为支持流媒体播放操纵快速高效渲染的一套技术方案，从而解决城市广域高精度cim场景渲染的分发供用户，提供高精度、多设备、跨平台实时操纵浏览cim场景的技术支撑能力。

本申请文件的附图中所提到的“http”为超文本传输协议(hypertexttransferprotocol，http)，是一个简单的请求-响应协议，它通常运行在tcp之上；

“tcp”为传输控制协议(transmissioncontrolprotocol)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由ietf的rfc793定义；

“socket”是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。一个套接字就是网络上进程通信的一端，提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制；

“sessiondescription”：消息会话描述；

“offersdp”：发送会话的协议；

“answersdp”：响应会话的协议；

“icecandidate”：服务消息抛出的候选地址事件。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。