CN102073645B - 虚拟城市系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虚拟城市样机及其运行方法，它是一种能够提供静态或动态获取海量信息且交互性、操作简单、成本低，又具有真实体验式、动态性、可视化、快捷地了解土地利用信息、城市建筑信息、城市道路及管网信息、城市流动信息和其他具有流动性因素的信息关联性的“系统动态”信息，又能在城市规划建设之前对各种建设布局合理性、实施效果等进行仿真模拟的虚拟城市样机及其运行方法。所述的虚拟城市样机及其运行方法智能性提高，减少因实际建设投入大量人力、物理、财力等才能看到效果的“物理模型”的不足，改变了传统城市规划与管理的模式，仿真实用性强，方便用户，开发周期短，成本低，便于应用操作和维护，适用面广。

Description

虚拟城市系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种虚拟样机及其运行方法，特别是涉及一种根据土地利用信息、城市建筑信息、城市道路及管网信息、城市流动信息和其他具有流动性因素的信息交互仿真模拟的综合图文信息智能分析实现的虚拟城市系统及其运行方法。

背景技术

随着计算机技术和地理信息科学的快速发展和普及，面对全球跨入未来高智能化发展的趋势，人们对海量信息的快速获取和交互及对更多信息内容的决策需求，已生产了各式各样的与智能家庭、智能城市等相关配套的各类硬件、软件，例如：GPS车载导航、城市地图商业导航、城市交通信息监测、Google Earth、e都市等，这些为人们的工作、生活提供了诸多便利，但它们基本都是反映城市部分要素的情况，或者是显示“后端”结果，其动态分析功能和“前端”决策模拟功能缺乏，很难满足城市系统整体规划设计的真正需求，并且投资巨大。在促进智能可视化城市、智能可视化交通上，采取虚拟道路交通分析、虚拟污染分析、虚拟管网监测、虚拟建筑以及城市规划与运行管理的快速智能综合交互决策支持技术，实现数字城市智能化图文信息交互模拟仿真的概念和系统(虚拟城市样机)将扮演一个十分重要的角色。

目前能满足这种需求的技术主要有以下几种：

1、卫星地图，虽然能提供较为真实的城市地理面貌图，能满足基于常规纸媒地图相对应的地理信息的提供。但图片大、不清晰、下载速度慢、快速信息分析不准确、投资费用巨大等，很难满足真正意义上的未来数字城市、智能城市所需要的可视化的需求，与人们生活以及具体的城市规划模拟分析相关的实用性不强。

2、GIS性质的电子地图，能提供一些相对简单的地理信息查询和分析功能，以及经专业技术人员进行的繁杂的复杂分析功能。但由于其缺乏动态性的模拟分析，影响了其在城市系统中的集成应用。

3、虚拟办公、辅助城市规划与管理相关的技术，虽然可以进行图文之间的交互，但基本上是基于静态信息的“后端”图文系统，无法真正意义上满足人们对海量城市系统信息的快速、精准、可视化检索交互、体验、互动，不能简单好用、低成本快速实现普及性的应用。

4、虚拟现实技术(Virtual Reality)，目前在数字城市中的应用主要限于三维显示和部分分析功能，如日照等。

5、城市仿真技术(UrbanSimulation)，已经出现了所谓城市仿真或模拟技术，而这些“城市仿真”就是将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域，只有虚拟现实，没有动态分析。

发明内容

本发明旨在提供一种能够提供静态或动态获取海量信息且交互性、操作简单、成本低，又具有真实体验式、动态性、可视化、快捷地了解土地利用信息、城市建筑信息、城市道路及管网信息、城市流动信息和其他具有流动性因素的信息关联性的“系统动态”信息，又能在城市规划建设之前对各种建设布局合理性、实施效果等进行仿真模拟的虚拟城市样机及其运行方法。

本发明虚拟城市样机及其运行方法的技术方案如下：

本发明虚拟城市样机，包括支持层、传输层、动态智能分析层和用户层；

所述的支持层包括视窗操作系统，硬件、软件及外部设备和由土地利用数据库、城市建筑数据库、城市道路及管网数据库、城市流动信息数据库和其他流动性信息数据库通过数据总线形成的城市信息数据库；

所述的传输层包括传感器或测量仪器、LabVIEW处理平台、GPRS和GPS/PDA处理软件；所述的城市信息中的定位信息传输给GPS/PDA处理软件，之后，利用GPRS传输给LabVIEW处理平台；所述的城市信息利用所述的传感器或测量仪器传输给LabVIEW处理平台；所述的传感器或测量仪器、GPRS和LabVIEW处理平台用于动态信息获取；

所述的动态智能分析层是由GIS空间信息分析处理模块和时空系统动力学分析处理模块组成的智能城市信息系统；所述的GIS空间信息分析处理模块和时空系统动力学分析处理模块将从所述的LabVIEW处理平台和空间数据库处理后的动态信息传输给所述的智能城市信息系统；

所述的用户层是由模型转换器和虚拟城市系统的建模系统组成的虚拟城市系统可视化显示系统；所述的智能城市信息系统将信息传输给所述的虚拟城市系统可视化显示系统；所述的虚拟城市系统可视化显示系统同时将反馈信息传输给所述的动态智能分析层和支持层。

本发明虚拟城市样机的运行方法，包括传输层的运行方法、动态智能分析层的运行方法和用户层的运行方法：

所述的传输层的运行方法如下：支持层的土地利用信息，城市建筑信息，城市道路及管网信息，城市流动信息和其他流动信息，通过GIS软件建立初始数据库，动态数据信息由传感器或测量仪器传输给相应的数据库，由所述的LabVIEW处理平台对所述由传感器或测量仪器的信息进行归一化处理，经过处理后的信息可以利用RS-232串行口与虚拟仪器系统的LabVIEW进行交互，也可以利用GIS软件的数据处理功能与虚拟仪器系统的ADAMS进行交互，分析信息、结果信息可以利用硬件系统、显示器与打印机进行交互，实现软件系统对数据的采集管理和分析输出；所述的传输层利用数据库系统将信息传输给智能城市信息系统；

所述的动态智能分析层的运行方法如下：动态智能分析系统的数据分别来自GIS定位信息分析处理系统和时空动力学分析处理系统；所述的GIS定位信息分析处理系统的数据的依据包括格网计算、变量设计、CA分析、空间插值、空间统计、空间渲染、坐标参数、投影参数、系统环境、操作界面和数据管理；数据管理信息的依据是空间定位信息，所述的空间定位信息的依据是支持层、传输层和细节设计信息，所述的细节设计信息的依据是规划方案、验证设计和专家评价，所述的规划方案的依据是现状；所述的时空动力学分析处理系统的数据包括变量设计、参数计算、动力学分析、反馈流图、方针分析、数据交换、人口子系统、建筑子系统、道路子系统、管网子系统和数据管理；所述的数据管理信息的依据是定位信息和动态信息，数据交换信息的依据是定位信息和动态信息；所述的GIS定位信息和时空动力学信息能够进行交互，并且，交互后的信息能够与动态智能城市分析系统进行交互，动态智能城市分析系统能够与用户层进行交互；

所述的用户层的运行方法如下：所述的用户层包括模型转换器和虚拟城市系统的显示子系统，所述的模型转换器包括模型库、数据库和资源库；所述的虚拟城市系统的显示子系统包括ADAMS建模系统、仿真结果分析和用户程序界面，所述的ADAMS建模系统包括任务调度模块、结果分析模块、仿真运行模块和模型处理模块；所述的动态智能分析层的信息传输给模型转换器，所述的模型转换器中模型库、数据库和资源库的信息传输给ADAMS建模系统的任务调度模块，所述的任务调度模块分别将信息传输给结果分析模块、仿真运行模块和模型处理模块，其中，所述的虚拟城市系统的显示子系统对仿真运行模块中的数据进行仿真结果分析后，将信息传输给用户程序模块。

本发明虚拟城市样机及其运行方法的有益效果在于：将虚拟样机、虚拟仪器、系统动力学和地理信息技术、虚拟现实技术、科学计算等进行集成，智能性提高，减少因实际建设投入大量人力、物理、财力等才能看到效果的“物理模型”的不足，改变了传统城市规划与管理的模式，仿真实用性强，方便用户，开发周期短，成本低，便于应用操作和维护，适用面广。

图1是本发明虚拟城市样机的系统组成结构框图；

图2是本发明虚拟城市样机传输层的运行方法示意图；

图3是本发明虚拟城市样机动态智能分析层的运行方法示意图；

图4是本发明虚拟城市样机用户层的运行方法示意图。

具体实施方式

参见附图1，本发明虚拟城市样机，包括支持层、传输层、动态智能分析层和用户层；

所述的支持层包括视窗操作系统，硬件、软件及外部设备和由土地利用数据库、城市建筑数据库、城市道路及管网数据库、城市流动信息数据库和其他流动性信息数据库通过数据总线形成的城市信息数据库；

所述的传输层包括传感器或测量仪器、LabVIEW处理平台、GPRS和GPS/PDA处理软件；所述的城市信息中的定位信息传输给GPS/PDA处理软件，之后，利用GPRS传输给LabVIEW处理平台；所述的城市信息利用所述的传感器或测量仪器传输给LabVIEW处理平台；所述的传感器或测量仪器、GPRS和LabVIEW处理平台用于动态信息获取；

所述的动态智能分析层是由GIS空间信息分析处理模块和时空系统动力学分析处理模块组成的智能城市信息系统；所述的GIS空间信息分析处理模块和时空系统动力学分析处理模块将从所述的LabVIEW处理平台和空间数据库处理后的动态信息传输给所述的智能城市信息系统；

所述的用户层是由模型转换器和样机建模系统组成的虚拟城市样机可视化显示系统；所述的智能城市信息系统将信息传输给所述的虚拟城市样机可视化显示系统；所述的虚拟城市样机可视化显示系统同时将反馈信息传输给所述的动态智能分析层和支持层。

参见附图2，所述的传输层的运行方法如下：支持层的土地利用信息，城市建筑信息，城市道路及管网信息，城市流动信息和其他流动信息，通过GIS软件建立初始数据库，动态数据信息由传感器或测量仪器传输给相应的数据库，由所述的LabVIEW处理平台对所述由传感器或测量仪器的信息进行归一化处理，经过处理后的信息可以利用RS-232串行口与虚拟仪器系统的LabVIEW进行交互，也可以利用GIS软件的数据处理功能与虚拟仪器系统的ADAMS进行交互，所述的分析信息、结果信息可以利用硬件系统、显示器与打印机进行交互，实现软件系统对数据的采集管理和分析输出；所述的传输层利用数据库系统将信息传输给智能城市信息子系统；

参见附图3，所述的动态智能分析层的运行方法如下：动态智能分析系统的数据分别来自GIS定位信息分析处理系统和时空动力学分析处理系统；所述的GIS定位信息分析处理系统的数据的依据包括格网计算、变量设计、CA分析、空间插值、空间统计、空间渲染、坐标参数、投影参数、系统环境、操作界面和数据管理；所述的数据管理信息的依据是空间定位信息，所述的空间定位信息的依据是支持层、传输层和细节设计信息，所述的细节设计信息的依据是规划方案、验证设计和专家评价，所述的规划方案的依据是现状；所述的时空动力学分析处理系统的数据包括变量设计、参数计算、动力学分析、反馈流图、方针分析、数据交换、人口子系统、建筑子系统、道路子系统、管网子系统和数据管理；所述的数据管理信息的依据是定位信息和动态信息，所述的数据交换信息的依据是定位信息和动态信息；所述的GIS定位信息和时空动力学信息能够进行交互，并且，交互后的信息能够与动态智能城市分析系统进行交互，动态智能城市分析系统能够与用户层进行交互；

参见附图4，所述的用户层的运行方法如下：所述的用户层包括模型转换器和样机显示子系统，所述的模型转换器包括模型库、数据库和资源库；所述的样机显示子系统包括ADAMS建模系统、仿真结果分析和用户程序界面，所述的ADAMS建模系统包括任务调度模块、结果分析模块、仿真运行模块和模型处理模块；所述的动态智能分析层的信息传输给模型转换器，所述的模型转换器中模型库、数据库和资源库的信息传输给ADAMS建模系统的任务调度模块，所述的任务调度模块分别将信息传输给结果分析模块、仿真运行模块和模型处理模块，其中，所述的样机子系统对仿真运行模块中的数据进行仿真结果分析后，将信息传输给用户程序模块。

Claims (2)

1.一种虚拟城市系统，其特征在于：包括支持层、传输层、动态智能分析层和用户层；

所述的支持层包括视窗操作系统，硬件、软件及外部设备和由土地利用数据库、城市建筑数据库、城市道路及管网数据库、城市流动信息数据库和其他流动性信息数据库通过数据总线形成的城市信息数据库；

所述的传输层包括传感器或测量仪器、LabVIEW处理平台、GPRS和GPS/PDA处理软件；所述的城市信息中的定位信息传输给GPS/PDA处理软件，之后，利用GPRS传输给LabVIEW处理平台；所述的城市信息利用所述的传感器或测量仪器传输给LabVIEW处理平台；所述的传感器或测量仪器、GPRS和LabVIEW处理平台用于动态信息获取；

所述的动态智能分析层是由GIS空间信息分析处理模块和时空系统动力学分析处理模块组成的智能城市信息系统；所述的GIS空间信息分析处理模块和时空系统动力学分析处理模块将从所述的LabVIEW处理平台和空间数据库处理后的动态信息传输给所述的智能城市信息系统；

所述的用户层是由模型转换器和虚拟城市系统的建模系统组成的虚拟城市系统可视化显示系统；所述的智能城市信息系统将信息传输给所述的虚拟城市系统可视化显示系统；所述的虚拟城市系统可视化显示系统同时将反馈信息传输给所述的动态智能分析层和支持层。

2.权利要求1所述的虚拟城市系统的运行方法，其特征在于：包括传输层的运行方法、动态智能分析层的运行方法和用户层的运行方法：

所述的传输层的运行方法如下：支持层的土地利用信息，城市建筑信息，城市道路及管网信息，城市流动信息和其他流动信息，通过GIS软件建立初始数据库，动态数据信息由传感器或测量仪器传输给相应的数据库，由所述的LabVIEW处理平台对所述由传感器或测量仪器的信息进行归一化处理，经过处理后的信息可以利用RS-232串行口与虚拟仪器系统的LabVIEW进行交互，也可以利用GIS软件的数据处理功能与虚拟仪器系统的ADAMS进行交互，分析信息、结果信息可以利用硬件系统、显示器与打印机进行交互，实现软件系统对数据的采集管理和分析输出；所述的传输层利用数据库系统将信息传输给智能城市信息系统；

所述的动态智能分析层的运行方法如下：动态智能分析系统的数据分别来自GIS定位信息分析处理系统和时空动力学分析处理系统；所述的GIS定位信息分析处理系统的数据的依据包括格网计算、变量设计、CA分析、空间插值、空间统计、空间渲染、坐标参数、投影参数、系统环境、操作界面和数据管理；数据管理信息的依据是空间定位信息，所述的空间定.位信息的依据是支持层、传输层和细节设计信息，所述的细节设计信息的依据是规划方案、验证设计和专家评价，所述的规划方案的依据是现状；所述的时空动力学分析处理系统的数据包括变量设计、参数计算、动力学分析、反馈流图、方针分析、数据交换、人口子系统、建筑子系统、道路子系统、管网子系统和数据管理；所述的数据管理信息的依据是定位信息和动态信息，数据交换信息的依据是定位信息和动态信息；所述的GIS定位信息和时空动力学信息能够进行交互，并且，交互后的信息能够与动态智能城市分析系统进行交互，动态智能城市分析系统能够与用户层进行交互；

所述的用户层的运行方法如下：所述的用户层包括模型转换器和虚拟城市系统的显示子系统，所述的模型转换器包括模型库、数据库和资源库；所述的虚拟城市系统的显示子系统包括ADAMS建模系统、仿真结果分析和用户程序界面，所述的ADAMS建模系统包括任务调度模块、结果分析模块、仿真运行模块和模型处理模块；所述的动态智能分析层的信息传输给模型转换器，所述的模型转换器中模型库、数据库和资源库的信息传输给ADAMS建模系统的任务调度模块，所述的任务调度模块分别将信息传输给结果分析模块、仿真运行模块和模型处理模块，其中，所述的虚拟城市系统的显示子系统对仿真运行模块中的数据进行仿真结果分析后，将信息传输给用户程序模块。

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