基于CIM平台三维空间数据的采集与轻量化系统和方法与流程

本发明提出了基于cim平台三维空间数据的采集与轻量化系统和方法，属于智慧城市基础设施。

背景技术：

1、2018年12月19日，中国信息通信研究院发布了《数字孪生城市研究报告(2018)》，指出数字孪生技术从制造业逐步延伸拓展至城市空间，深刻影响着城市规划、建设与发展，明确了基于多源数据融合的城市信息模型是数字孪生城市建设的核心，也是智能城市大脑的重点。数字孪生城市既是数字城市的目标，也是智慧城市建设的新高度。近年来，在各部门的协同推进和各地方持续创新实践下，我国新型智慧城市建设已取得显著成效，但仍存在着一些短板和不足：

2、城市的数据孤岛：城市信息模型是智慧城市建设的关键因素，整合多源异构数据资源是智慧城市建设的核心，但由于相关cim数据标准、法规的缺失和技术的不成熟，使得数据孤岛成为阻碍数据资源整合的最大障碍，造成数据孤岛的原因很多，一方面由于各部门系统分散，缺乏统一规划和数据拉通机制，导致部门之间数据无法融合，从而使得协同治理难以提升；另一方面是技术问题，由于没有很好的数据融合标准、技术和平台，导致各委办局虽然沉淀了大量的数据资源，却无法在跨部门之间形成融合与共享，导致数据重复建设问题。要解决智慧城市各层级、各部门、各系统之间数据融合、信息共享和业务协同机制，重点是解决各系统之间的衔接配合与关联约束关系问题，用系统科学的方法指导智慧城市的复杂系统的规划设计，提高顶层设计的科学性、规范性和可操作性。

3、城市空间数字化程度低：近几年随着智慧城市建设业务的发展，空间数据的时空分辨率、数据精度不断提高，单位面积的数据量急剧增长，同时，决策尺度大幅度增加，从局部区域扩展到全省、全国乃至全球。这些变化对于三维空间数据的管理、处理和可视化方式已难以应对，需要依赖新型技术架构的发展。在以往的智慧城市建设中，对城市空间数字化的重视和建设程度不高，虽然部分城市强调了gis、bim等三维信息技术的重要作用，但实际建设过程中，对于这类技术的使用却不尽人意。其中很重要的一个原因是缺少可以高效兼容bim、gis等三维数据和模型的承载平台，从而无法对城市要素进行全面的数字化，并基于城市基础设施本身融合交通、环境、教育、医疗、经济、旅游等各类人文数据。通过对城市基础设施的数字化，建立城市cim平台，既是智慧城市不可或缺的、基础性的信息资源，也是其它信息资源交换共享与协同应用的载体，为其它信息在三维空间和时间交织构成的四维环境中提供时空基础，实现基于统一时空基础下的规划、设计、建设、分析和决策。

技术实现思路

1、本发明提供了基于cim平台三维空间数据的采集与轻量化系统和方法，用以解决城市的数据孤岛问题及城市空间数字化程度低的问题，所采取的技术方案如下。

2、基于cim平台三维空间数据的采集与轻量化系统，所述采集与轻量化系统包括：

3、模型数据采集模块，用于利用统一空间坐标构建全要素城市信息模型cim基础信息库，同时，对bim模型进行轻量化处理，形成轻量化的bim模型；

4、模型构建模块，用于利用全要素城市信息模型cim基础信息库结合三维场景搭建和编辑场景定义工具，针对任务目标对象构建三维可视化场景；

5、数据呈现及模型渲染模块，用于对三维可视化场景进行渲染和实时展示。

6、进一步地，所述模型数据采集模块包括：

7、空间数据采集模块，利用过实地观测和./或遥感影像方式获取所述任务目标对象的空间数据；其中，所述空间数据包括矢量数据、影像数据、高程模型数据、地理实体数据、地名地址数据和三维模型数据；

8、空间数据轻量化处理模块，用于利用cim平台内置的轻量化引擎将bim数据进行轻量化处理；

9、空间数据存储模块，用于通过多源数据入库配置方式结合目录和索引调用方式对bim数据和空间数据进行存储和管理。

10、进一步地，所述空间数据轻量化处理模块包括：

11、几何转换模块，用于通过参数化方式描述单个构件的几何信息，并且，通过三角面片和/或相似性算法减少图元的方式对模型进行几何优化转换；

12、渲染模块，用于使用八叉树剔除不可见图元用以减少进行渲染区域的绘制对象后，对渲染区域的绘制对象进行渲染。

13、进一步地，所述空间数据轻量化处理模块的运行过程包括：

14、步骤1、遍历bim模型，统计bim模型的总包围范围，确定成果bim树的八叉树结构，并根据模型分布情况调整bim树类型；

15、步骤2、通过八叉树结构对作为源模型的bim模型进行空间划分，并动态切割出树的节点瓦片，确保树中的叶子节点能够满足三角面数与纹理精度要求；

16、步骤3、在对节点瓦片进行几何化简，形成简化后的节点所形成的几何图形；

17、步骤4、提取简化后的节点所形成的几何图形，并对所述简化后的节点所形成的几何图形进行纹理处理，保持为例正射状态，获得纹理处理后的bim模型；

18、步骤5、对bim模型中的复用模型的保持复用，减少轻量化成果的数据量；

19、步骤6、当出现异常数据时，触发输入模型中的退化三角形对异常数据进行剔除。

20、进一步地，所述模型构建模块包括：

21、模型平台构建模块，用于利用三维场景定义工具各类三维模型在三维空间场景中布局，并构建任务目标对象对应的三维可视化场景结构；

22、多源数据融合模块，用于将地理要素数据和城市全要素数据融合加载至三维可视化场景结构中，形成任务目标对象对应的三维可视化场景。

23、进一步地，所述多源数据融合模块包括：

24、数据编码模块，用于对空间数据的组织结构和关联关系进行识别编码；

25、空间数据格式转换模块，用于多种三维模型数据格式、gis文件格式和倾斜摄影格式进行转换，并放入统一的数据格式下；支持格式包括：ifc、rvt、dgn、catia、fbx、osgb、osg、ive、obj、3ds、dwg、dae、gltf、low、lxo、scn、mdl、md3、md5、smd、m3、3d、ms3d等；

26、bim+gis数据融合模块，用于利用gis地理信息坐标系将bim模型按空间属性和业务属性进行多数据集的融合；

27、物联网空间数据融合模块，用于利用bim模型坐标系将iot物联设备进行空间关联和数据关联，并将iot物联点位和bim坐标与地理坐标系进行融合关联；

28、视频空间数据融合模块，用于bim模型及gis平台的不同空间尺度的视频流融合方式通过物联网对接将视频画面与三维地理信息共同展示。

29、进一步地，所述数据呈现及模型渲染模块包括：

30、多源数据加载模块，用于对所述空间数据进行分层加载和显示；

31、模型渲染模块，用于利用ue4游戏引擎对三维可视化场景进行渲染。

32、基于cim平台三维空间数据的采集与轻量化方法，所述采集与轻量化方法包括：

33、利用统一空间坐标构建全要素城市信息模型cim基础信息库，同时，对bim模型进行轻量化处理，形成轻量化的bim模型；

34、利用全要素城市信息模型cim基础信息库结合三维场景搭建和编辑场景定义工具，针对任务目标对象构建三维可视化场景；

35、对三维可视化场景进行渲染和实时展示。

36、进一步地，用统一空间坐标构建全要素城市信息模型cim基础信息库，同时，对bim模型进行轻量化处理，形成轻量化的bim模型，包括：

37、利用过实地观测和./或遥感影像方式获取所述任务目标对象的空间数据；其中，所述空间数据包括矢量数据、影像数据、高程模型数据、地理实体数据、地名地址数据和三维模型数据；

38、利用cim平台内置的轻量化引擎将bim数据进行轻量化处理；

39、通过多源数据入库配置方式结合目录和索引调用方式对bim数据和空间数据进行存储和管理。

40、进一步地，利用全要素城市信息模型cim基础信息库结合三维场景搭建和编辑场景定义工具，针对任务目标对象构建三维可视化场景，包括：

41、利用三维场景定义工具各类三维模型在三维空间场景中布局，并构建任务目标对象对应的三维可视化场景结构；

42、将地理要素数据和城市全要素数据融合加载至三维可视化场景结构中，形成任务目标对象对应的三维可视化场景。

43、本发明有益效果：

44、本发明提出了基于cim平台三维空间数据的采集与轻量化系统和方法。通过对地理信息、三维模型、bim模型、倾斜摄影模型等多源异构空间数据融合技术、cim三维空间数据轻量化技术、基于自然物理世界的高逼真渲染技术，使城市变得更易于被感知，城市资源更易于被充分整合、利用，实现对城市各领域的精细化管理，实现对城市资源的集约化利用，实现智慧城市各层级、各部门、各系统之间的数据共享和业务协同机制，从而解决数据孤岛、数据重复建设问题，提高智慧城市顶层设计的科学性、规范性和可操作性。