CN103065355A

CN103065355A - 一种实现智慧楼宇三维建模的方法、装置

Info

Publication number: CN103065355A
Application number: CN2012105759086A
Authority: CN
Inventors: 纪晓东
Original assignee: China Security and Surveillance Technology PRC Inc
Current assignee: Anke Robot Co ltd; SHANGHAI QINGTIAN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103065355B

Abstract

本发明适用于智慧楼宇和地理信息科学技术领域，提供了一种实现智慧楼宇三维建模的方法、装置，所述方法包括：构建智慧楼宇面向对象的数据模型，进行建筑实例的三维建模，生成建筑实例的三维模型，确定建筑实例的目标区域，提取影响目标区域的声环境混响时间的参数，计算目标区域的在各个频率下的声环境混响时间参数，最后根据各个频率下的声环境混响时间参数形成混响时间分析曲线，将该混响时间分析曲线与最佳的声环境混响时间进行比较，得到声环境混响时间分析结果，根据分析结果更新建筑实例的三维模型。本发明，对现实楼宇中各种物体优化组合的结果进行声学混响时间数学模型模拟和分析以此来选择最优的物体组合，从而满足智慧楼宇建设的需要。

Description

一种实现智慧楼宇三维建模的方法、装置

技术领域

本发明属于智慧楼宇和地理信息科学技术领域，尤其涉及一种实现智慧楼宇三维建模的方法、装置。

背景技术

智慧楼宇是指以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。其构建过程分为设计、施工、安装三个过程，其中，设计阶段是智慧楼宇构建这三个过程的基础，该阶段的设计图纸和分析结果是智慧楼宇构建的总指导和总依据。

建筑物中的声环境模拟和分析主要是为了让建筑中的声音的音质更加优化，其衡量指标之一为混响时间分析参数。当声源在室内发声时，室内声场中的任一点所接收到的声音由下列三个部分组成:直达声、早期反射声及混响声。直达声：由声源直接到达接收点的声音。早期反射声：一般是指直达声到达后，相对延迟时间为50ms（对于音乐可以放宽至80ms）内到达的反射声。混响声：在早期反射声后陆续到达的，经过多次反射后的声音统称为混响声。当室内的一个声源开始辐射声能时，随着直达声的到来，室内各点的声能密度将会突然增强，在这之后的一段时间，由于反射声的陆续到达，声能密度将持续小幅增加。最后，整个过程将会达到平衡，被室内表面及空气吸收的声能等于声源所辐射出的声能，室内声能密度不再增加，而是处于一种稳定状态。如果此时声源突然停止发声，室内各点上的声音并不会立即消失，而是有一个逐渐衰减的过程，首先是直达声消失，然后是早期反射声，最后是混响声。这一过程的衰减速率是房间形状和建筑材料数量/位置的函数；吸声较强的房间的衰减时间比较短；与此相反，在反射比较强的房间里，衰减时间可能相对要长一些。实际上声能逐步衰减的过程就是通常我们所说的混响过程，作为吸声量和声能密度之间同步作用的结果，它是时间的指数函数。较长的混响时间能增加音质的丰满度，过长则会影响听音的清晰度；较短的混响时间有利于提升清晰度，但过短又会使声音干涩。因此，在进行室内音质设计时，根据使用要求适当控制混响时间是非常重要的一项工作。

然而，目前所建成的智慧楼宇大多数都是在传统楼宇设施的基础上机械的添加一些楼宇自动化的设备，很难满足智慧楼宇定义中所描述的安全、高效、舒适、便利的要求。究其原因主要是因为，目前在智慧楼宇构建过程的设计阶段依赖于利用传统的点线面等几何图形进行组合拼接以此来进行设计图纸的设计。由于这些几何图形不具备面向对象性，即无法具备现实楼宇中各种物体的功能以及属性，因此无法对建筑的声环境混响时间进行分析以此来判断其设计结果是否符合智慧楼宇的标准。

发明内容

本发明实施例提供了一种实现智慧楼宇三维建模、分析的方法、装置，旨在解决现有技术无法对建筑的声环境混响时间进行分析以此来判断其设计结果是否符合智慧楼宇的标准的问题。

一方面，提供一种实现智慧楼宇三维建模的方法，所述方法包括：构建基于地理信息系统的智慧楼宇面向对象的数据模型；

以所述智慧楼宇的面向对象数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，生成所述建筑实例的三维模型；

根据所述三维模型确定所述建筑实例的目标区域，并提取影响所述目标区域的声环境混响时间的参数；

结合预先构建的声学混响时间数学模型，利用所述参数计算得到所述目标区域在各个频率下的声环境混响时间参数；

根据所述各个频率下的声环境混响时间参数，生成混响时间分析曲线；

将所述混响时间分析曲线与预设的智慧楼宇最佳的声环境混响时间进行比较，判断所述建筑实例的三维模型是否合理；

如果不合理，则重新以所述智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，直至根据三维建模后生成的三维模型确定的所述建筑实例的目标区域的混响时间分析曲线符合预设的智慧楼宇最佳的声环境混响时间。

进一步地，所述数据模型包括实体对象模型，与所述实体对象模型对应的空间几何信息、非几何属性和实体空间关系。

进一步地，所述以所述智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模具体包括：

确定所述智慧楼宇中房间的数量及组成关系；

逐一为每个房间进行三维建模；

将建模好的各个房间进行组合并建立实体空间关系。

进一步地，所述逐一为每个房间进行三维建模具体为：逐一为每个房间中的门、窗、墙体、楼板进行三维建模。

进一步地，所述参数包括所述目标区域的体积、组成所述目标区域的各组成物体的表面积及组成所述目标区域的各组成物体的材料的吸声系数。

进一步地，根据所述参数重新以所述智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模。

另一方面，提供一种实现智慧楼宇三维建模的装置，所述装置包括：

数据模型构建单元，用于构建基于地理信息系统的智慧楼宇面向对象的数据模型；

三维建模单元，用于以所述智慧楼宇的面向对象数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，生成所述建筑实例的三维模型；

参数提取单元，用于根据所述三维模型确定所述建筑实例的目标区域，并提取影响所述目标区域的声环境混响时间的参数；

声环境混响时间计算单元，用于结合预先构建的声学混响时间数学模型，利用所述参数计算得到所述目标区域在各个频率下的声环境混响时间参数；

混响时间分析曲线生成单元，用于根据所述各个频率下的声环境混响时间参数，生成混响时间分析曲线；

判断单元，用于将所述混响时间分析曲线与预设的智慧楼宇最佳的声环境混响时间进行比较，判断所述建筑实例的三维模型是否合理；

二次三维建模单元，用于如果不合理，则重新以所述智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，直至根据三维建模后生成的三维模型确定的所述建筑实例的目标区域的混响时间分析曲线符合预设的智慧楼宇最佳的声环境混响时间。

进一步地，所述三维建模单元包括：

关系确定模块，用于确定所述智慧楼宇中房间的数量及组成关系；

房间建模模块，用于逐一为每个房间进行三维建模；

实体关系建立模块，用于将建模好的各个房间进行组合并建立实体空间关系。

进一步地，所述房间建模模块逐一为每个房间中的门、窗、墙体、楼板进行三维建模。

进一步地，所述参数包括所述目标区域的体积、组成所述目标区域的各组成物体的表面积及组成所述目标区域的各组成物体的材料的吸声系数；所述二次三维建模单元根据所述参数重新以所述智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模。

在本发明实施例，以GIS技术为基础，构建智慧楼宇面向对象的数据模型，以所述智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，生成所述建筑实例的三维模型，根据所述三维模型确定所述建筑实例的目标区域后，提取影响所述目标区域的声环境混响时间的参数，然后结合预先构建的声学混响时间数学模型，计算所述目标区域的在各个频率下的声环境混响时间参数，根据各个频率下的声环境混响时间参数形成混响时间分析曲线，最后将所述混响时间分析曲线与最佳的声环境混响时间进行比较，得到声环境混响时间分析结果，根据分析结果更新建筑实例的三维模型。实现了在智慧楼宇设计过程中，对现实楼宇中各种物体优化组合的结果进行声学混响时间数学模型模拟和分析以此来选择最优的物体组合，从而满足智慧楼宇建设的需要。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的实现智慧楼宇三维建模的方法的实现流程图；

图2是本发明实施例一提供的智慧楼宇的总体模型示意图；

图3是本发明实施例一提供的智慧楼宇面向对象的数据模型示意图；

图4a、4b、4c、4d、4e分别是本发明实施例一提供的智慧楼宇面向对象的数据模型实例示意图；

图5是本发明实施例一提供的建立墙体的四个区域点坐标的界面示意图；

图6是本发明实施例一提供的通过图5建立的墙体的三维结构示意图；

图7是本发明实施例一提供的建立的墙体、屋顶的三维结构示意图；

图8是本发明实施例一提供的设置窗户参数的界面示意图；

图9是本发明实施例一提供的设置屋顶的材质参数的界面示意图；

图10是本发明实施例一提供的设置墙体的材质参数的界面示意图；

图11是本发明实施例一提供的设置窗户的材质参数的界面示意图；

图12是本发明实施例一提供的建立好的智慧楼宇的三维模型示意图；

图13是本发明实施例一提供的显示所选取的目标区域的体积的界面示意图；

图14是本发明实施例一提供的所选择材料的吸声系数及曲线示意图；

图15是本发明实施例一提供的选择声学混响时间数学模型的界面示意图；

图16是本发明实施例一提供的通过所选择的声学混响时间数学模型计算得到的混响时间分析曲线的示意图；

图17是本发明实施例一提供的所选择材料的吸声系数及曲线示意图；

图18是本发明实施例一提供的重新调整所选择的材料后，计算得到的混响时间分析曲线的示意图；

图19是本发明实施例二提供的实现智慧楼宇三维建模的装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，以GIS技术为基础，构建智慧楼宇面向对象的数据模型，以智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，生成建筑实例的三维模型，根据三维模型确定建筑实例的目标区域后，提取影响目标区域的声环境混响时间的参数，然后结合预先构建的声学混响时间数学模型，计算建筑的各个频率下的声环境混响时间参数，根据各个频率下的声环境混响时间参数形成混响时间分析曲线，最后将混响时间分析曲线与最佳的声环境混响时间进行比较，得到声环境混响时间分析结果，根据分析结果更新建筑实例的三维模型。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：

实施例一

图1示出了本发明实施例一提供的实现智慧楼宇三维建模的方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，构建基于GIS的智慧楼宇面向对象的数据模型。

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）作为一种对现实世界进行面向对象的建模、模拟、分析的技术，可以弥补了目前智慧楼宇构建设计过程中的不足，实现整个建筑环境的模拟和分析。

GIS是专门用于采集、存储、管理、分析和表达空间数据的信息系统，它既是表示、模拟现实空间世界和进行空间数据处理分析的工具，也是一门关于空间信息处理分析的科学技术。就GIS的工具特性而言，它为人们采用数字形式表示和分析现实空间世界提供了一系列空间操作和分析的功能，包括综合地存储管理人们研究和解决空间问题所需的各种空间数据；根据用户的要求查询有关的空间分布信息，进行各种统计量算、列表制图；根据规划、管理、生产的需要，进行多因素的综合研究、决策方案的模拟优化等。

在GIS中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。对现实世界对象的抽象过程通常认为有9个层次，这九个层次之间通过8个接口连接，定义了从现实世界到地理要素集合世界的转换模型。这9个层次依次为现实世界（RealWorld）、概念世界（Conceptual World）、地理空间世界（Geospatial World）、尺度世界（Dimensional World）、项目世界（Project World）、点世界（Points World）、几何体世界（Geometry World）、地理要素世界（Feature World）以及要素集合世界（Feature Collection World）。连接这九个层次的8个接口分别为认识（Epistemic）接口、GIS学科（GIS Discipline）接口、局部测度（Local Metric）接口、信息团体（Community）接口、空间参照系（Spatial Reference）接口、几何体结构接口、要素结构接口及项目结构接口。其中前五个模型是对现实世界的抽象，并不在计算机软件中被实现；后四个模型是关于真实世界的数学的和符号化的模型，将在软件中被实现。

智慧楼宇面向对象的数据模型所表达的现实世界中的楼宇实体是经过模型抽象的实质性内容，智慧楼宇的总体模型如图2所示。

具体的建立的智慧楼宇面向对象的数据模型如图3所示，主要包括三方面的内容：

（1）、空间几何信息

即几何坐标集合，标识楼宇中各个物体的空间位置，如经纬度、平面直角坐标及坐标等，其几何图形表现为点对象、线对象和面对象等三种类型。

1.1点对象

点是有特定的位置，维数为零的物体，包括：

．点实体（Point Entity）：用来代表一个实体；

．注记点：用于定位注记；

．内点（Label Point）：用于记录多边形的属性，存在于多边形内；

．结点（节点）（Node）：表示线的终点和起点；

．角点（Vertex）：表示线段和弧段的内部点。

1.2线对象

线对象是智慧楼宇的面向对象的数据模型中非常常用的维度为1的空间组分，表示对象和它们边界的空间属性，由一系列坐标表示，其中，线对象的几何属性包括：

．长度：从起点到终点的总长；

．弯曲度：用于表示像建筑屋顶的弯曲的程度；

．方向：用于表示供水管线的水流方向。

线对象的几何实体包括线段、边界、链、弧段、网络等。

1.3面对象

面对象是智慧楼宇的面向对象的数学模型中维度为2的空间组分。

面状实体，是对墙体、地板等一类现象的描述。通常在数据库中由一封闭曲线加内点来表示。面状实体有如下空间特性（面对象的几何属性包括）：

．面积；

．周长；

.形状;

．独立性或与其它的地物相邻性，如墙体及其周边地板或屋顶；

．重叠性与非重叠性，如屋顶上灯光的照明范围、空调系统的换气范围等都有可能出现交叉重叠现象，停车场的各个车位一般说来相邻但不会出现重叠。

（2）、实体空间关系

实体空间关系通常包括：度量关系，如两个物体之间的距离远近；方位关系，定义了两个物体之间的方位；拓扑关系，定义了物体之间连通、邻接等关系。

2.1度量关系

基本空间对象度量关系包含点/点、点/线、点/面、线/线、线/面、面/面之间的距离。根据这些基本关系可完成如墙体与临近物体的角度、倾向、方位、面积、体积、照明辐射度、路径通达性等参数。此外在基本空间对象之间关系的基础上，可构造出点群、线群、面群之间的度量关系。例如，在已知点/线拓扑关系与点/点度量关系的基础上，可求出点/点间的最短路径、最优路径、服务范围等；已知点、线、面度量关系，进行距离量算、邻近分析、聚类分析、缓冲区分析、泰森多边形分析等。

2.2方位关系

方位关系，它定义了物体之间的方位，如“电梯在办公室的西北方向”就描述了方位关系。为了定义目标之间的方位关系，首先定义点目标之间的关系。给定定位参考，即相互垂直的X、Y坐标轴，方向关系的定义采用垂直于坐标轴的直线为参考。令Pi为目标P的点(P为原目标)，Qj为目标Q的点(Q为参考目标)，X(Pi)与Y(Pi)函数返回点Pi的X、Y坐标。则P与Q在二维空间中具有以下8种可能关系，并提供了一个完整的关系覆盖。这些关系定义为：

Restricted_East(Pi，Qj)=X(Pi)＞X(Qj)And Y(Pi)=Y(Qj)

Restricted_South(Pi，Qj)=X(Pi)=X(Qj)And Y(Pi)＜Y(Qj)

Restricted_West(Pi，Qj)=X(Pi)＜X(Qj)And Y(Pi)=Y(Qj)

Restricted_North(Pi，Qj)=X(Pi)=X(Qj)And Y(Pi)＞Y(Qj)

North_West(Pi，Qj)=X(Pi)＜X(Qj)And Y(Pi)＞Y(Qj)

North_East(Pi，Qj)=X(Pi)＞X(Qj)And Y(Pi)＞Y(Qj)

South_West(Pi，Qj)=X(Pi)＜X(Qj)And Y(Pi)＜Y(Qj)

South_East(Pi，Qj)=X(Pi)＞X(Qj)And Y(Pi)＜Y(Qj)

以上8种关系通过点的投影可以精确判断。如有任意两点，上述8种关系必有一种满足。而且，这些关系具有传递性，另外一些关系可进行相互转换(如North_East(PI，QJ)South_West(QI，PJ)，通过对上述8种关系进行扩充，可得出另外4种方向关系，即：

East(Pi，Qj)=North_East(Pi，Qj)Or Restricted_East(Pi，Qj)Or South_East(Pi，Qj)

South(Pi，Qj)=South_West(Pi，Qj)Or Restricted_South(Pi，Qj)OrSouth_East(Pi，Qj)

West(Pi，Qj)=North_West(Pi，Qj)Or Restricted_West(Pi，Qj)Or South_West(Pi，Qj)

North(Pi，Qj)=North_West(Pi，Qj)Or Restricted_North(Pi，Qj)OrNorth_East(Pi，Qj)

以点目标之间的方向关系为基础，其余目标之间的方向关系可类似定义。

2.3拓扑关系

拓扑关系是智慧楼宇的面向对象的数据模型中最基本的空间关系，对其可做如下数学定义：设有现实世界中的两个简单实体A、B，B(A)、B(B)表示A、B的边界，I(A)、I(B)表示A、B的内部，E(A)、E(B)表示A、B余，因此可构造出一个由边界、内部、余的点集组成的9-交空间关系模型(9-Intersection Model，9-IM)如表1所示：

B(A)∩B(B)	B(A)∩I(B)	B(A)∩E(B)
			I(A)∩B(B)	I(A)∩I(B)	I(A)∩E(B)
E(A)∩B(B)	E(A)∩I(B)	E(A)∩E(B)

表1

对于该矩阵中的每一元素，都有“空”与“非空”两种取值，9个元素总共可产生512种情形。

智慧楼宇的面向对象的数据模型中的拓扑关系包括了点、线（或弧）、多边形（区域）之间的拓扑关系，其具体描述如下：

1）点点拓扑关系

相合、相离。

2）点线拓扑关系

相交；

点在线上：可以计算点的性质，如拐点等；

线的端点：起点和终点；

线的交点；

相离：点与线分离，可计算点到线的距离。

3）点面拓扑关系

在内部：

点在区域内，可以记数和统计；

点为区域的几何中心；

点为区域的空间重心；

在边界：点在区域的边界上；

在外部：点在区域外部。

4）线线拓扑关系

重合；

相接：首尾环接或顺序相接；

相交；

并行；

相切；

相离。

5）线面拓扑关系

包含：区域包含线，可计算区域内线的密度；

相交；

穿过:线穿过区域；

相离：线与区域分离。

6）面面拓扑关系

包含：如岛的情形；

相合；

相交：可以划分子区，并计算逻辑与、或、非和异或；

相邻：计算相邻边界的性质和长度；

相离：计算距离、引力等。

3、非几何属性：与几何位置无关的属性

即通常所说的非几何属性或简称属性，是指实体固有的非几何属性变量。属性分为定性和定量的两种，前者包括名称、类型、特性等，后者包括数量和等级；定性描述的属性如建筑材料类型等，定量的属性如建筑材料的导热系数等。非几何属性一般是经过抽象的概念，通过分类、命名、量算、统计得到。任何实体至少有一个属性，而智慧楼宇的面向对象的数据模型的分析、检索和表示主要是通过属性的操作运算实现的，因此，属性的分类系统、量算指标对智慧楼宇的功能有较大的影响。

根据图2所示的智慧楼宇的总体模型以及图3所示的智慧楼宇面向对象的数据模型构建智慧楼宇面向对象的数据模型实例，构建的智慧楼宇面向对象的数据模型实例如图4a、4b、4c、4d和4e所示，其中，智慧楼宇包括1至N个房间，每个房间均包括门、窗、墙体和楼板，每个房间的门、窗、墙体和楼板分别作为GIS的现实世界的一个实体对象模型；其中，每个实体对象模型均包括空间几何信息、非几何属性和实体空间关系。

在步骤S102中，以智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，生成建筑实例的三维模型。

本实施例中的三维建模是以步骤S101构建的智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行智慧楼宇的三维建模，其流程为：首先确定智慧楼宇中房间的数量及组成关系，然后逐一为每个房间进行建模，包括墙体、窗、门、楼板的构建等等，最后将建模好的各个房间进行组合并建立空间实体关系，以此完成整个智慧楼宇的三维建模。

下面就以用于音乐用途的房间，小型音乐厅的三维构建过程为实例来说明智慧楼宇三维模型的建模过程。

3.1建立墙体和屋顶。

首先输入墙体的四个区域点坐标，如图5所示，形成的墙体的三维结构如图6所示，在东侧墙体顶端线段任意一点单击鼠标左键添加一个新节点，输入dX=15400，dY=11300，dZ=4511。同样在西侧的墙体上插上一个新节点，输入dX=11900，dY=11300，dZ=4511。然后连接两个节点，这样墙体和屋顶便形成了，如图7所示，为墙体、屋顶的三维结构示意图。

3.2建立窗户。

首先选择墙体，然后选择插入窗户对象，并设置其宽度和高度，如图8所示，为窗户参数的设置示意图。

3.3设置房间非几何属性。

在本实施例中，选择设置屋顶、墙体和窗户的材质。

首先设置屋顶的材质，如图9所示，为屋顶的材质参数的设置示意图，在图9中，首先在左侧屋顶的列表中选取粘土砖瓦的材质，然后对右下角的反射属性进行设置。

其次我们设置墙体的材质，如图10所示为墙体的材质参数的设置示意图，在图10中，首先在左侧墙体的列表中选取砖木结构的材质，然后对右下角的反射属性进行设置。

最后设置窗户的材质，如图11所示，为窗户的材质参数的设置示意图，在图11中，首先在左侧窗户的列表中选取铝合金单层玻璃的材质，并设置其透明度，然后对右下角的反射属性进行设置。

完成了单个房间的构建，剩下的工作就是重复性的逐一为每个房间进行建模，最后形成整个智慧楼宇的三维模型，如图12所示。

在步骤S103中，根据三维模型确定建筑实例的目标区域，并提取影响目标区域的声环境混响时间的参数。

影响目标区域的声环境混响时间的参数包括目标区域的体积、组成目标区域的各组成物体的表面积及组成目标区域的各组成物体的材料的吸声系数。

在本实施例中，首先确定建筑实例的目标区域，计算并显示该目标区域的体积。如图13所示，选择区域Zone2，点击计算Recalc按钮计算其体积值为334m³。

其次，选择材料的吸声系数。

如图14所示，图14中的value值为材质在各种频率上的吸声系数，图中的曲线为吸声系数曲线。

在步骤S104中，结合预先构建的声学混响时间数学模型，利用该参数计算得到目标区域在各个频率下的声环境混响时间参数。

在本实施例中，选择声学混响时间数学模型，计算混响时间分析曲线。混响时间计算公式有三种：赛宾、伊林、迈灵顿—塞塔等，下面来分别进行介绍。

1、赛宾混响时间计算公式

1895年，赛宾（W·C·Sabine）通过大量的研究和实验得出了一个有关室内体积、吸声材料性能以及混响时间（RT）之间关系的经验公式。根据赛宾的定义，混响时间是当室内声场达到稳定后，令声源停止发声，自此刻起至声压衰变60dB所经历的时间，记作T60，或RT，单位是s。具体公式如下：

RT=(0.161*V)/A

公式中V————封闭空间所形成的容积（m3）;

A————封闭空间内的总吸量，由房间总表面积乘以平均吸声系数得来。

根据赛宾最初的定义，吸声系数是某种材料所吸收的声能与等面积的开启窗户所吸收的声能的比值。现在通常认为吸声系数是被吸收和透过的声能和入射值的比值。

2、伊林混响时间计算公式

在赛宾公式的基础上，又有人做了大量的研究，以便使其混响时间比较短环境内可以取得比较精确的结果。其中包括了工程界普遍应用的诺里斯伊林公式（Norris-Eyring），它假定在反射越来越弱的情况下衰减时间歇性的。

RT=-0.161V/[S*lg（1-a）]

公式中S————室内总的表面积（m2）

a————平均吸声系数。

这一公式相对赛宾公式来说更复杂一些，一般适用于室内所有表面都具有近似吸声系数的房间。

3、迈灵顿—塞塔混响时间计算公式

在建筑材料的吸声系数差别很大的情况下，一般适用迈灵顿-塞塔公式（Millington-Sette），此公式中引入了有效的吸声系数的概念。

RT=（0.161V）/Σ-Siln（1-ai）

公式中Si————某种材料的表面积（m²）;

ai————材料的吸声系数。

-ln（1-ai）表示了材料的有效吸声系数。

通过此公式可以看出，高效的吸声材料对于混响时间的影响比我们想象中的要厉害得多。

如图15所示，在本实施例，选择赛宾混响时间计算公式作为声学混响时间数学模型，计算目标区域在各个频率下的声环境混响时间参数。

在步骤S105中，根据各个频率下的声环境混响时间参数，生成混响时间分析曲线。

在本实施例中，显示的混响时间分析曲线如图16中所示，图16中，横轴标识人耳可以识别的频率，单位是kHZ，对应于63～16kHZ的9个倍频程的中心频率。纵轴标识混响时间，单位ms。图中的粗线是赛宾公式计算所得的混响时间分析曲线。

在步骤S106中，将生成的混响时间分析曲线与预设的智慧楼宇最佳的声环境混响时间进行比较，判断建筑实例的三维建模结果是否合理。

不同用途的房间对于混响时间有着不同的要求。如主要用于语言用途的房间，混响时间应短些，其在语音频率下的混响时间应为0.9～1.2s；而主要用于音乐用途的房间，混响时间应适当长些，其在语音频率下的混响时间应为1.2～1.8s。通常以500Hz为标准来规定不同房间的最佳的声环境混响时间。最佳的声环境混响时间是根据对大量已建房间进行主观评价，同时结合客观测定结果，经统计归纳而确定的。

图16中的混响时间分析曲线为主要用于音乐用途的房间小型音乐厅，音乐厅中的墙体采用混凝土砌块抹灰；地面采用混凝土板上铺木地板；屋顶的中间部分采用了五合板吊顶；两端的屋顶则直接是混凝土楼板抹灰。我们可以发现语音频率以500Hz为标准计算的数值完全符合用于音乐用途的音乐厅的1.2～1.8s混响时间标准。

在步骤S107中，如果不合理，则重新以智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，直至根据三维建模后生成的三维模型确定的所述建筑实例的目标区域的混响时间分析曲线符合预设的智慧楼宇最佳的声环境混响时间。

重新进行三维建模时，可以根据影响目标区域的声环境混响时间的参数来进行调整，具体的参数可以包括目标区域的体积、组成目标区域的各组成物体的表面积及组成目标区域的各组成物体的材料的吸声系数，在步骤S103已经有所描述，在此不再赘述。

例如：如果图16中的混响时间分析曲线为主要用于语言用途的房间，那么图16中的数值就不符合最佳混响时间的标准，那么我们再从图8、9、10所显示的界面中选择其他的材料，然后根据其吸声系数及混响时间分析曲线进行计算以符合智慧楼宇最佳的混响时间标准。如图17所示，在图17中，如果图14中的材料五合板不符合标准的需要，那么我们可以将材料改为水泥膨胀珍珠岩板或者其他类型的材料。通过对比五合板与水泥膨胀珍珠岩板的吸声系数曲线，我们可以发现它们的差别主要集中在中高频范围，五合板对于中高频的吸声作用较弱，大部分中高频声都被反射回室内空间，而水泥膨胀珍珠岩板的中高频吸声作用相对于前者来说要强一些。因此其显示混响时间分析曲线如图18所示，在图18中，我们可以发现语音频率以500Hz为标准计算的数值完全符合用于语言用途房间的0.9～1.2s混响时间标准。

当然，我们也可以选择从组成目标区域的各组成物体的表面积来重新进行三维建模，这时，就需要从图5开始设置墙体的四个区域点坐标来定义好每个目标区域中的墙体、窗、门、楼板之间的空间实体关系，通过该空间实体关系来确定目标区域的各组成物体的表面积，然后，根据表面积以及各表面积使用的材质的吸声系数及混响时间分析曲线进行计算以符合智慧楼宇最佳的混响时间标准。

本实施例，以GIS技术为基础，构建智慧楼宇面向对象的数据模型，以智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，生成建筑实例的三维模型，根据三维模型确定建筑实例的目标区域后，提取影响目标区域的声环境混响时间的参数，然后结合预先构建的声学混响时间数学模型，计算目标区域在各个频率下的声环境混响时间参数，根据各个频率下的声环境混响时间参数形成混响时间分析曲线，最后将混响时间分析曲线与预设的最佳的声环境混响时间进行比较，得到声环境混响时间分析结果，根据分析结果更新建筑实例的三维模型。实现了在智慧楼宇设计过程中，对现实楼宇中各种物体优化组合的结果进行声学混响时间数学模型模拟和分析以此来选择最优的物体组合，从而满足智慧楼宇建设的需要。

实施例二

图19示出了本发明实施例二提供的实现智慧楼宇三维建模的装置的具体结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。在本实施例中，该实现智慧楼宇三维建模的装置19包括：数据模型构建单元191、三维建模单元192、参数提取单元193、声环境混响时间计算单元194、混响时间分析曲线生成单元195、判断单元196和二次三维建模单元197。

其中，数据模型构建单元191，用于构建基于地理信息系统的智慧楼宇面向对象的数据模型；

三维建模单元192，用于以智慧楼宇的面向对象数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，生成建筑实例的三维模型；

参数提取单元193，用于根据三维模型确定建筑实例的目标区域，并提取影响目标区域的声环境混响时间的参数；

声环境混响时间计算单元194，用于结合预先构建的声学混响时间数学模型，利用影响目标区域的声环境混响时间的参数计算得到目标区域在各个频率下的声环境混响时间参数，其中，影响目标区域的声环境混响时间的参数包括目标区域的体积、组成目标区域的各组成物体的表面积及组成目标区域的各组成物体的材料的吸声系数；

混响时间分析曲线生成单元195，用于根据各个频率下的声环境混响时间参数，生成混响时间分析曲线；

判断单元196，用于将混响时间分析曲线生成单元195生成的混响时间分析曲线与预设的智慧楼宇最佳的声环境混响时间进行比较，判断建筑实例的三维模型是否合理；

二次三维建模单元197，用于如果不合理，则重新以智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，直至根据三维建模后生成的三维模型确定的所述建筑实例的目标区域的混响时间分析曲线符合预设的智慧楼宇最佳的声环境混响时间。

具体的，构建的智慧楼宇面向对象的数据模型包括实体对象模型，与实体对象模型对应的空间几何信息、非几何属性和实体空间关系。

具体的，三维建模单元192包括：

关系确定模块，用于确定智慧楼宇中房间的数量及组成关系；

房间建模模块，用于逐一为每个房间进行三维建模；

具体的，房间建模模块逐一为每个房间中的门、窗、墙体、楼板进行三维建模。

具体的，二次三维建模单元根据影响目标区域的声环境混响时间的参数重新以智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模。

本发明实施例提供的实现智慧楼宇三维建模的装置可以应用在前述对应的方法实施例一中，详情参见上述实施例一的描述，在此不再赘述。

本实施例提供的实现智慧楼宇三维建模的装置，以GIS技术为基础，构建智慧楼宇面向对象的数据模型，以智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模，生成建筑实例的三维模型，根据三维模型确定建筑实例的目标区域后，提取影响目标区域的声环境混响时间的参数，然后结合预先构建的声学混响时间数学模型，计算目标区域在各个频率下的声环境混响时间参数，根据各个频率下的声环境混响时间参数形成混响时间分析曲线，最后将混响时间分析曲线与预设的最佳的声环境混响时间进行比较，得到声环境混响时间分析结果，根据分析结果更新建筑实例的三维模型。实现了在智慧楼宇设计过程中，对现实楼宇中各种物体优化组合的结果进行声学混响时间数学模型模拟和分析以此来选择最优的物体组合，从而满足智慧楼宇建设的需要。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该存储介质为ROM/RAM、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种实现智慧楼宇三维建模的方法，其特征在于，所述方法包括：

构建基于地理信息系统的智慧楼宇面向对象的数据模型；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据模型包括实体对象模型，与所述实体对象模型对应的空间几何信息、非几何属性和实体空间关系。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述以所述智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模具体包括：

确定所述智慧楼宇中房间的数量及组成关系；

逐一为每个房间进行三维建模；

将建模好的各个房间进行组合并建立实体空间关系。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述逐一为每个房间进行三维建模具体为：逐一为每个房间中的门、窗、墙体、楼板进行三维建模。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述参数包括所述目标区域的体积、组成所述目标区域的各组成物体的表面积及组成所述目标区域的各组成物体的材料的吸声系数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述参数重新以所述智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模。

7.一种实现智慧楼宇三维建模的装置，其特征在于，所述装置包括：

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据模型包括实体对象模型，与所述实体对象模型对应的空间几何信息、非几何属性和实体空间关系。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述三维建模单元包括：

房间建模模块，用于逐一为每个房间进行三维建模；

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述房间建模模块逐一为每个房间中的门、窗、墙体、楼板进行三维建模。

11.如权利要求7至10任一项所述的装置，其特征在于，所述参数包括所述目标区域的体积、组成所述目标区域的各组成物体的表面积及组成所述目标区域的各组成物体的材料的吸声系数；

所述二次三维建模单元根据所述参数重新以所述智慧楼宇面向对象的数据模型的实例为基础进行建筑实例的三维建模。