CN107153723A - 一种三维数字园区的数据组织和管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三维数字园区的数据组织和管理方法及系统，该方法包括：S1.对整个三维数字园区中的BIM模型数据进行位置化处理得到位置化BIM数据，即整个三维数字园区的BIM模型所对应的GIS空间位置数据；S2.建立整个三维数字园区的BIM模型与其对应的GIS空间位置数据的索引关联；S3.对三维数字园区进行内容采集；S4.构建三维数字园区的场景模型，通过将S3采集的内容填入所构场景模型中，形成多数据组织一体化管理结构，利用该结构对三维数字园区的数据进行一体化管理。本方案通过三维数字园区的场景模型来构建三维数字园区，实现了空间数据与非空间数据的无缝集成，采用BIM数据+GIS数据的综合方式解决了三维数字园区从宏观可视化到微观可视化的一体化管理问题。
Description
技术领域
本发明涉及数字园区管理领域，更具体地，提供一种三维数字园区的数据组织和管理方法及系统。
背景技术
建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是对建筑实现全细节建模的技术手段，该手段获取的模型叫做BIM模型。每一个BIM模型都是对一个建筑的详细描述，其精度非常高，但是BIM模型是从建筑的设计阶段建立的，是一种模拟真实的三维设计模型。因而没有实际的地理位置，无法与具有真实地理位置的数字园区进行结合。
地理信息系统(GIS，Geographic Information System)是一种适用于广域范围的综合性应用体系。该体系基于真实地理环境采集真实数据，以具有地理位置的数据为基础构建信息管理系统。通常情况下，一个广域范围内的数据量是非常大的，GIS通过抽象、拓扑、LOD等方法将广域范围内的数据(如三维模型)进行精简，导致了数据在细节上的失真，如GIS的三维模型都是粗模。
三维数字园区在地理范围上具有较大的空间范围，在智慧城市和数字城市建设的背景下，三维数字园区作为建设基石，必须具备GIS的大范围数据管理能力，又必须具备部分重要地理要素(如建筑)的细节描述。当前的数字园区采用单纯的GIS系统，系统中的三维模型(如建筑、管道、树木)采用的都是粗模，具有地理位置却缺乏细节，并且无法解决非GIS模型(如BIM模型)的接入问题。可见当前数字园区管理系统中必须引入高精度的三维模型数据，并将GIS数据和BIM模型无缝组织起来实现共同管理，形成数据管理的场景模型，来为三维数字园区的建设提供数据基础。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的三维数字园区的数据组织和管理方法及系统。该方案通过场景图的构建来实现园区内BIM数据和GIS数据的关联和集成，完成不同细节程度的园区数据管理。
根据本发明的一方面，提供了一种三维数字园区的数据组织和管理方法，该方法包括以下步骤：
S1.对整个三维数字园区中的BIM模型数据进行位置化处理得到位置化BIM数据，即所述整个三维数字园区的BIM模型所对应的GIS空间位置数据；
S2.建立所述整个三维数字园区的BIM模型与其对应的GIS空间位置数据的索引关联；
S3.对所述三维数字园区进行内容采集；
S4.构建所述三维数字园区的场景模型，通过将S3采集的内容填入所构场景模型中，形成多数据组织一体化管理结构，利用该结构对三维数字园区的数据进行一体化管理。
作为优选的，所述BIM模型数据为所述三维数字园区内数据，包括建筑模型、建筑构件、建筑数字化相关要素中的一个或多个。
作为优选的，所述步骤S1具体包括：
S11、基于所述三维数字园区的一个BIM模型文件，提取建筑模型的最外围的建筑墙体构件，获得BIM模型的外围轮廓墙；
S12、基于S11步骤所获取的外围轮廓墙，以底面作投影，获取BIM建筑的投影平面图；
S13、结合在线地图，完成S12步骤所获取的投影平面图的地图配准，并采用在线地图API导出配准后所获得的实际地理位置，该地理位置为一种反映BIM建筑所在位置的GIS空间数据；
S14、重复S11-S13步骤，对所述三维数字园区内所有BIM模型完成位置化处理，得到所述整个三维数字园区的BIM模型所对应的GIS空间位置数据。
作为优选的，所述步骤S13包括：
S131、将S12步骤所获取的投影平面图进行序列化，生成JSON格式数据，通过该格式数据表达该建筑模型外围；
S132、构建建筑平面图配准系统，在该系统页面上放置在线地图，将所述JSON格式数据输入该系统，以使该系统解析所述JSON格式数据生成二维矢量面，并通过将所述二维矢量面叠加于所述在线地图，通过对所述二维矢量面进行平移、旋转、缩放操作完成所述二维矢量面与该建筑模型的配准过程。
作为优选的，所述步骤S2具体包括：
S21、对所述整个三维数字园区内所有BIM模型构建全局唯一ID值；
S22、对S1过程产生的每一个BIM模型的GIS空间位置数据增加一个BIM索引属性；
S23、编辑S22过程产生的GIS空间位置数据，在其BIM索引属性栏填入对应所述整个三维数字园区内BIM模型的全局唯一ID值，完成所述整个三维数字园区内所有BIM模型与对应GIS空间位置数据的索引关联。
作为优选的，所述步骤S3具体包括：
S31、采用地图标绘系统标绘出所述三维数字园区的二维轮廓，并导出面状矢量数据，该数据作为园区场景图定义的园区边界；
S32、构建场景图的元数据参数并利用所述面状矢量数据采集场景图的元数据参数，所述元数据参数包括：园区场景唯一值ID、园区面积和园区数据采集时间；
S33、获取园区内要素内容，所述园区内要素内容包括所述整个三维数字园区的BIM模型数据与其对应的GIS空间位置数据，以及所述三维数字园区内部矢量数据要素。
作为优选的，所述步骤S31前还包括步骤S311：
S311、构建地图标绘系统，该系统通过叠加在线地图，使用编辑工具，点选园区轮廓点，生成园区的二维轮廓图，并导出为面状矢量数据。
作为优选的，所述步骤S4具体包括：
S41、定义园区场景图格式，该格式由四部分内容组成：园区边界、园区元数据、园区内部要素、扩充要素；
S42、根据S41过程所定义的场景图格式，进行内容填充，填充方法如下：园区边界采用S31过程标绘得到的面状矢量数据填充；园区元数据采用S32过程所采集的元数据参数填充；园区内部要素采用S33过程所获取的园区内要素内容填充；扩充要素作为园区后续发展待扩充的要素，在场景图格式中以独立字段存在。
根据本发明的一方面，提供了一种三维数字园区的数据组织和管理系统，该系统包括以下模块：
BIM数据位置化模块，用于对三维数字园区内的建筑物BIM模型进行定位，提取BIM模型的外轮廓图，通过将所述BIM模型的外轮廓图与在线地图的配准获取与该模型匹配的空间位置数据；
数据关联模块，用于建立所述三维数字园区的BIM模型与其对应的GIS空间位置数据的索引关联；
内容采集模块，用于构建园区地图标绘系统，通过多边形标绘方式来采集数字园区的园区边界，构建场景图元数据参数并采集，获取园区内要素内容；
数据一体化管理模块，用于构建所述三维数字园区的场景模型，通过将所述三维数字园区内容采集模块所获取的内容填入所构场景模型中，形成多数据组织一体化管理结构，利用该结构对三维数字园区的数据进行一体化管理。
本申请提出一种以BIM+GIS数据为核心数据，构造三维数字园区的多数据组织和管理方法，通过对园区内BIM模型数据进行位置化处理得到位置化BIM数据；构建了BIM模型与空间位置数据的关联方法，这为后面无空间位置的BIM模型与GIS空间数据进行集成管理提供基础；构建三维数字园区场景模型，该模型是对应实体的物理模型，而非抽象类的逻辑模型，保证了该模型可以直接实施，并直接对应到现实数据库中。同时，本发明中的三维数字园区场景模型以BIM数据和GIS数据为基础，解决了数字园区高精度和低精度数据共存的难题。
附图说明
图1为本发明实施例1的方法流程图；
图2为本发明实施例1的具体流程示意图；
图3为本发明实施例1的数据表结构图；
图4为本发明实施例2的系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
图1示出了一种以BIM+GIS数据为核心数据，构造三维数字园区的多数据组织和管理方法，通过对无空间位置的BIM模型数据进行位置化处理得到位置化BIM数据，关联GIS空间数据，实现三维数字园区的异源多粒度数据一体化管理，具体包括以下步骤：
S1.对整个三维数字园区中的BIM模型数据进行位置化处理得到位置化BIM数据，即所述整个三维数字园区的BIM模型所对应的GIS空间位置数据；
S2.建立所述整个三维数字园区的BIM模型与其对应的GIS空间位置数据的索引关联；
S3.对所述三维数字园区进行内容采集；
S4.构建所述三维数字园区的场景模型，通过将S3采集的内容填入所构场景模型中，形成多数据组织一体化管理结构，利用该结构对三维数字园区的数据进行一体化管理。
图2为本发明一种三维数字园区的数据组织和管理一实施例的具体流程图，下面结合图2展示的内容对本发明进行详细说明。
具体的在本实施例中，所述BIM模型数据可以为所述三维数字园区内数据，包括建筑模型、建筑构件、建筑数字化相关要素中的一个或多个。所述步骤S1具体可以包括：
S11、通过BIM软件打开BIM模型文件，对BIM模型进行构件剔除：先根据分类筛选的方式剔除墙体以外的所有其他构件，再逐步删除除BIM模型最外层墙体以外的其他BIM墙体构件，最后得到BIM模型的最外层墙体构件所形成的简化模型，并导出通用三维数据格式数据；
作为优选的通用三维数据格式，如obj。
S12、将由S11过程得到的外围墙体模型导入到通用三维模型处理软件中，调整模型位置使墙体底面与XOY轴面相贴，使用处理软件中的推拉工具，将外围墙体模型沿Z轴方向压缩至XOY轴面，以二维图形数据格式导出。由于墙体具有厚度，必须再将上述二维图形数据导入通用GIS数据处理软件，剔除内层面，得到一个二维矢量面来代表BIM模型的投影平面图形。
作为优选的通用三维模型处理软件，如SketchUp。
作为优选的通用GIS数据处理软件，如ArcGIS Desktop、3DsMax等。
S13、结合在线地图，完成S12步骤所获取的建筑投影平面图的地图配准，并采用在线地图API导出配准后所获得的实际地理位置，该地理位置为一种反映BIM建筑所在位置的GIS空间数据。对JSON中的XY(xi,yi)坐标群进行处理，平移处理公式以X方向平移量PX，Y方向平移量PY，如：xi＝PX+xi、yi＝PY+yi；旋转处理公式以顺时针delta角度为例： 缩放处理公式以缩放比例值Scale为例：xi＝xi*Scale、yi＝yi*Scale。公式实现顺序为：缩放->平移->旋转。
具体地，所述步骤S13可以包括：
S131、将S12步骤所获取的建筑投影二维矢量面进行序列化处理，序列化后的二维矢量面是一组以XY坐标来表达的坐标群(x1,y1,x2,y2……)，使组成二维矢量面的坐标群转成交换型格式的数据，同时在该交换格式的数据中增加一个标识值ID以标识该二维矢量面所对应的建筑模型以便后续索引建立。
作为优选的交换型数据格式，如JSON。
S132、构建在线建筑平面图配准系统。构建该系统采用在线地图API，首先在页面上放置在线地图，之后输入S131所产生的JSON串，解析该JSON串形成二维矢量面叠加于在线地图，利用在线地图API编辑工具对叠加的二维矢量面进行平移至地图上该建筑所在实际位置，平移定位的基础点坐标设为二维矢量面上点P(x1,y1)，以P点为旋转基点旋转图形使得该图形与在线地图上的图形匹配，缩放使该二维矢量面匹配到当前地图比例尺下的建筑大小。完成该系列操作后，记录二维矢量面的平移XY坐标值PX，PY，旋转角度值delta，缩放比例值Scale。
作为优选的在线地图API，如百度地图API、腾讯地图API。
S14、重复S11-S13步骤，对园区内所有BIM模型完成位置化处理，得到整个园区的BIM模型所对应的GIS空间位置数据，即配准得到的二维矢量面。并将所得GIS空间位置数据导出成常用矢量格式。
优选的常用矢量格式如SHP格式。
在步骤S14执行完后，执行如下步骤：
S21、遍历园区内所有BIM模型，获取BIM模型数量N,依大小排序后设立ID，修改模型的ID属性值为模型对应的ID。
S22、对S14过程产生的每一个BIM模型的GIS空间位置数据增加一个BIM索引属性。在GIS空间位置数据的属性表中添加一个索引字段，字段名为“BIM索引”，同时添加字段“模型文件位置”。
S23、对S22过程增加了索引属性的GIS空间数据，在其BIM索引属性栏填入园区内对应BIM模型的ID值，在其模型文件位置栏填入对应模型所在的文件位置，完成所有园区内所有BIM模型与对应GIS空间数据的索引关联。
在步骤S23执行完后，执行如下步骤：
S311、构建地图标绘系统，构建该系统采用在线地图API，首先在页面上放置在线地图，加入在线地图API的图形编辑工具，该工具用于点选园区轮廓点，系统内置方法逐一连接轮廓点生成轮廓面，在地图上展示，采用开源矢量数据导出工具构建矢量数据导出接口。
S31、采用地图标绘系统标绘出园区的二维轮廓，使用系统导出接口导出为面状矢量数据格式，该数据作为园区场景图定义的园区边界。
S32、构建场景图的元数据参数并采集。园区场景唯一值ID构建：对S31过程面状数据计算中心位置地理坐标值，(公式中C为中心坐标，Vi为轮廓点坐标，n为轮廓点数量)，以C作为园区唯一值ID。园区面积计算采用拆分三角形方法进行计算，园区数据采集时间以当前系统时间为记录。
S33、获取园区内要素内容，打开GIS空间数据处理软件，加载在线地图，对该地图上的道路、管道、桥梁、树木、路灯、水体、绿化地等园区内部要素进行矢量化处理。该过程中，道路、桥梁、水体、绿化地矢量化为面状要素，管道适量化为线状要素，树木、路灯矢量化为点状要素。打开3DMax建模软件，分别建立路、管道、桥梁、树木、路灯、水体、绿化地等标准三维模型。
在步骤S33执行完后，执行如下步骤：
S41、在关系型数据库中建立园区的数据表和视图。参看图3，数据表由五部分组成，一个主表和四个副表。主数据表字段为<园区ID，园区边界，园区元数据，园区内部要素，扩充要素>，副数据表对应主数据表四个字段的内容：园区边界<ID，Shape，Type，……>；园区元数据<ID，Area，Time，……>；园区内部要素<ID，BIM，Road，PipeLine，Bridge，Tree，StreetLight，Ford，Afforestation>；扩展要素<ID，Type，Link，……>(Type表示扩展要素类型，Link表示扩展要素链接)。园区内部要素除ID字段的其他字段都有其副表和视图，BIM附表结构BIM表<ID，BShape，FilePath>(BShape表示BIM模型的二维矢量面，FilePath表示BIM模型的文件存储位置)，其余字段对应结构由数据库插件定义。
作为优选的关系型数据如Postgres；
作为优选的数据库插件如PostGIS；
S42、根据S41过程所定义的场景数据表，进行内容填充。主数据表中园区ID为S32过程的园区场景唯一值ID，园区边界，园区元数据，园区内部要素，扩充要素对应副数据表ID值；园区边界Shape值为S31过程的二维矢量面，Type为园区类型，如科技园等；园区元数据Area为园区面积，Time为园区数据采集时间；园区内部要素Road(道路)，PipeLine(管道)，Bridge(桥梁)，Tree(树木)，StreetLight(路灯)，Ford(水体)，Afforestation(绿化地)分别为矢量化对应的副表点状、线状、面状数据，BIM附表填入数据为S1-S2过程所处理的BIM数据及其GIS空间数据；扩展要素作为备选的扩充值，该示例中设为空表。
实施例2
参看图4，本实施例中提供了一种以BIM+GIS数据为核心数据，构造三维数字园区的组织管理系统，包括：
BIM数据位置化模块1，用于对三维数字园区内的建筑物BIM模型进行定位，提取BIM模型的外轮廓图，通过将所述BIM模型的外轮廓图与在线地图的配准获取与该模型匹配的空间位置数据；
数据关联模块2，用于建立所述三维数字园区的BIM模型与其对应的GIS空间位置数据的索引关联；
内容采集模块3，用于构建园区地图标绘系统，通过多边形标绘方式来采集数字园区的园区边界，构建场景图元数据参数并采集，获取园区内要素内容；
数据一体化管理模块4，用于构建所述三维数字园区的场景模型，通过将所述三维数字园区内容采集模块所获取的内容填入所构场景模型中，形成多数据组织一体化管理结构，利用该结构对三维数字园区的数据进行一体化管理。
综上所述，本发明通过构造三维数字园区的多数据组织和管理方法，构建多个子模块，对园区内BIM模型数据进行位置化处理得到位置化BIM数据；构建了BIM模型与空间位置数据的关联方法，这为后面无空间位置的BIM模型与空间数据进行集成管理提供基础；构建三维数字园区场景模型，该模型是对应实体的物理模型，而非抽象类的逻辑模型，保证了该模型可以直接实施，并直接对应到现实数据库中。同时，本发明中的三维数字园区场景模型以BIM数据和GIS数据为基础，解决了数字园区高精度和低精度数据共存的难题。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种三维数字园区的数据组织和管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.对整个三维数字园区中的BIM模型数据进行位置化处理得到位置化BIM数据，即所述整个三维数字园区的BIM模型所对应的GIS空间位置数据；
S2.建立所述整个三维数字园区的BIM模型与其对应的GIS空间位置数据的索引关联；
S3.对所述三维数字园区进行内容采集；
S4.构建所述三维数字园区的场景模型，通过将S3采集的内容填入所构场景模型中，形成多数据组织一体化管理结构，利用该结构对三维数字园区的数据进行一体化管理。
2.根据权利要求1所述的三维数字园区的数据组织和管理方法，其特征在于，在步骤S1中，所述BIM模型数据为所述三维数字园区内数据，包括建筑模型、建筑构件、建筑数字化相关要素中的一个或多个。
3.根据权利要求2所述的三维数字园区的数据组织和管理方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11、基于所述三维数字园区的一个BIM模型文件，提取建筑模型的最外围的建筑墙体构件，获得BIM模型的外围轮廓墙；
S12、基于S11步骤所获取的外围轮廓墙，以底面作投影，获取BIM建筑的投影平面图；
S13、结合在线地图，完成S12步骤所获取的投影平面图的地图配准，并采用在线地图API导出配准后所获得的实际地理位置，该地理位置为一种反映BIM建筑所在位置的GIS空间数据；
S14、重复S11-S13步骤，对所述三维数字园区内所有BIM模型完成位置化处理，得到所述整个三维数字园区的BIM模型所对应的GIS空间位置数据。
4.根据权利要求3所述的三维数字园区的数据组织和管理方法，其特征在于，所述步骤S13包括：
S131、将S12步骤所获取的投影平面图进行序列化，生成JSON格式数据，通过该格式数据表达该建筑模型外围；
S132、构建建筑平面图配准系统，在该系统页面上放置在线地图，将所述JSON格式数据输入该系统，以使该系统解析所述JSON格式数据生成二维矢量面，并通过将所述二维矢量面叠加于所述在线地图，通过对所述二维矢量面进行平移、旋转、缩放操作完成所述二维矢量面与该建筑模型的配准过程。
5.根据权利要求1所述的三维数字园区的数据组织和管理方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21、对所述整个三维数字园区内所有BIM模型构建全局唯一ID值；
S22、对S1过程产生的每一个BIM模型的GIS空间位置数据增加一个BIM索引属性；
S23、编辑S22过程产生的GIS空间位置数据，在其BIM索引属性栏填入对应所述整个三维数字园区内BIM模型的全局唯一ID值，完成所述整个三维数字园区内所有BIM模型与对应GIS空间位置数据的索引关联。
6.根据权利要求1所述的三维数字园区的数据组织和管理方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31、采用地图标绘系统标绘出所述三维数字园区的二维轮廓，并导出面状矢量数据，该数据作为园区场景图定义的园区边界；
S32、构建场景图的元数据参数并利用所述面状矢量数据采集场景图的元数据参数，所述元数据参数包括：园区场景唯一值ID、园区面积和园区数据采集时间；
S33、获取园区内要素内容，所述园区内要素内容包括所述整个三维数字园区的BIM模型数据与其对应的GIS空间位置数据，以及所述三维数字园区内部矢量数据要素。
7.根据权利要求6所述的三维数字园区的数据组织和管理方法，其特征在于，所述步骤S31前还包括步骤S311：
S311、构建地图标绘系统，该系统通过叠加在线地图，使用编辑工具，点选园区轮廓点，生成园区的二维轮廓图，并导出为面状矢量数据。
8.根据权利要求1所述的三维数字园区的数据组织和管理方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
S41、定义园区场景图格式，该格式由四部分内容组成：园区边界、园区元数据、园区内部要素、扩充要素；
S42、根据S41过程所定义的场景图格式，进行内容填充，填充方法如下：园区边界采用S31过程标绘得到的面状矢量数据填充；园区元数据采用S32过程所采集的元数据参数填充；园区内部要素采用S33过程所获取的园区内要素内容填充；扩充要素作为园区后续发展待扩充的要素，在场景图格式中以独立字段存在。
9.一种三维数字园区的数据组织和管理系统，该系统包括以下模块：
BIM数据位置化模块，用于对三维数字园区内的建筑物BIM模型进行定位，提取BIM模型的外轮廓图，通过将所述BIM模型的外轮廓图与在线地图的配准获取与该模型匹配的空间位置数据；
数据关联模块，用于建立所述三维数字园区的BIM模型与其对应的GIS空间位置数据的索引关联；
内容采集模块，用于构建园区地图标绘系统，通过多边形标绘方式来采集数字园区的园区边界，构建场景图元数据参数并采集，获取园区内要素内容；
数据一体化管理模块，用于构建所述三维数字园区的场景模型，通过将所述三维数字园区内容采集模块所获取的内容填入所构场景模型中，形成多数据组织一体化管理结构，利用该结构对三维数字园区的数据进行一体化管理。
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