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新型智慧城市:此模型非彼模型(三)

2019-04-10 09:10 來源: 工程信息化創新中心
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  地圖導航即是一種廣義的數字孿生決策機制,基于線下數據實時集成和線上的實時仿真來支持線下路徑的最優決策,未來智慧城市的治理和建設管理也將變成一種新型“導航”。

  ——Mr.winter

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  數字孿生模式下,提供了一種能力,包括實時、動態、精準、定位、可視化展示、仿真、驗證、回溯、協同、聯動等。城市的運行狀態將與以往大為不同,可以肯定的是,未來科學發現和智慧應用將會不斷涌現,使我們的生活充滿了驚喜體驗。

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  數字孿生城市核心:高精度城市信息模型

  數字孿生城市可一定程度上對城市的人事物進行前瞻性預判,進而通過智能交互,實現城市內各類主體的適應性變化和城市的最優化運作。其核心是高精度、多耦合的城市信息模型。通過加載其上的全量全域數據,在城市系統內匯集交融,產生新的涌現,實現對城市規律的識別,為改善和優化城市系統提供有效的指引。

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  (一)城市初始建模的方法

  城市信息模型的初始數字化建模,可綜合采用航空攝影測量、激光掃描、傾斜攝影、野外實地測量以及建筑信息模型(BIM)等手段獲取原始數據,通過內業數據處理和多元數據融合處理,生成城市信息模型(CIM)。

  空中城市3D 模型:通過無人機傾斜攝影和攝影3D 建模算法等技術,實現城市外輪廓的快速建模,形成逼真的城市建筑外輪廓模型,并通過圖像識別技術,自動區分河流、道路、建筑單體、建筑屋頂、樹木、停車場、車位、移動物體等對象。目前高精度的空中城市數據采集可以提供厘米級別的分辨率和逼真的建筑表面紋理。

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  地面高精度3D模型:由于空中數據采集無法有效覆蓋近地數據,地面數據采集可以提供高精度的近地面城市3D 數據,和空中采集數據形成有效互補。地面數據采集一般借助地面車輛或者定點掃描,結合圖像拍攝、激光掃描等技術,對城市地面、道路景觀進行高精度掃描成像。高精度的地面數據可以直接支持城市導航、自動駕駛等應用,精度可達到毫米級。

  室內3D 模型:對于沒有BIM 模型數據的城市建筑,可利用專用的室內3D 模型數據采集設備及配套軟件,通過激光、圖像等手段捕獲室內數據,可以完成建筑內部的高精度、逆向建模。同時結合定位數據和專門的3D 數據融合軟件和技術,室內采集的3D 模型可以和空中、地面的模型數據進行高精度擬合,形成覆蓋室內外、近地表面的城市高精度3D 模型。對于擁有BIM 模型數據的城市建筑,可利用建筑BIM 模型數據,進行室內數字化建模。BIM 是城市內部單體建筑或設施的詳細三維數字模型,包含建筑所有構件、設備的幾何和非幾何信息及之間關系信息。通過對竣工交付后的建筑物BIM 模型數據進行格式轉換和輕量化處理,可以生成高精度的城市單體建筑3D 模型。

  (二)城市信息模型的構成

  沒有城市三維地理信息模型數據,且對城市數字化建模止步于道路、橋梁等公用設施,而城市中巨大的建筑空間內部沒有實現數字化,是一個不徹底的數字孿生城市。

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  基于城市三維地理信息模型及BIM 建筑信息模型數據,可構建起建立全空間、三維立體、高精度的城市數字化模型。三維地理信息模型實現了城市宏觀大場景的數字化模型表達和空間分析,BIM則實現了對城市細胞級建筑物的物理設施、功能信息的精準表達,將這兩者有機融合和集成,構建數字孿生智慧城市的CIM 城市信息模型(City Information Modeling),可實現城市徹底地“數字化”。除城市三維地理信息模型及BIM 建筑信息模型外,CIM 城市信息模型還需要納入城市IOT 智能感知數據。智能感知數據包括城市各種公共設施及各類專業傳感器感知的具有時間標識的即時數據。智能感知數據可反映城市的即時運行動態情況,與城市3DGIS/BIM 空間數據相疊加,將靜態的數字城市升級為可感知、動態在線的數字孿生城市。

  綜合了三維地理信息模型、BIM 建筑信息模型及IOT 智能感知數據的城市信息模型(CIM),可為城市規劃、建設、運行管理全過程的“智慧”進行賦能,包括:時空大數據匯聚、三維導覽和虛擬漫游、空間規劃推演、方案對比分析、方案模擬驗證、三維可視化管理、空間量測和分析、空間3D 導航、應急預案模擬驗證等。

  (三)模型與數據的協同運行

  CIM 作為多源異構城市模型數據匯聚中心,在空間語義定義(模型定義)、空間數據發布、流數據分析、大數據分析、機器學習等方面需要有專業軟件技術支持。

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  CIM 數據在空間數據渲染上需要突破傳統3D 模型數據的呈現性能瓶頸。例如在一個非常狹小的城市中心區域,匯聚了巨量的CIM 高精度3D 模型數據、智能感知數據、公共資源數據、行業活動數據等,CIM 數據呈現需要借助于數據調度、壓縮、圖形加速、渲染等手段,在Web 端和移動端完美的呈現三維數字城市的效果。CIM 數據發布服務可以根據數字城市管理的不同領域的業務需求,將數字城市模型數據按照不同精度、業務場景組織、數據訪問管理權限發布成不同類型的模型數據。數據發布可以采用多種渠道,例如SaaS/PaaS 的數據服務,滿足城市多方位的業務需求。

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責任編輯:xuxiangnan
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