CN111540051B - 一种基于cim的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台 - Google Patents

一种基于cim的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及CIM应用平台技术领域，具体为一种基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，包括原始模型数据文件、SDK开发程序工具、CIM矢量空间数据库和混合可视化平台；SDK开发程序工具用于识别原始模型数据文件用于提供的CIM原始数据，并获取模型数据，CIM矢量空间数据库存储模型数据的矢量空间数据；混合可视化平台通过CIM矢量空间数据库实现对矢量空间数据进行快速检索和拓扑分析；且能对模型数据进行全要素轻量化处理，实现快速加载和高效渲染的作用。该平台提供模型数据的高效索引、拓扑分析、全要素轻量化加载和高效渲染的功能，便于使用。

Description

一种基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台
技术领域
本发明涉及CIM应用平台技术领域，具体为一种基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台。
背景技术
城市信息模型(CIM，City Information Modeling)的概念将BIM(建筑信息模型)对建筑完整信息数字化建模，用于设计、施工、使用、维护全生命周期管理的概念，扩展到了城市领域。在空间范围和技术逻辑上，CIM的建设是“大场景的GIS(地理信息系统)数据+小场景的BIM数据+物联网(物联网)”的有机结合。
因此，基于CIM技术面向智慧城市应用后必然会面对大范围的、动态实时的海量模型数据信息，其中模型数据内容属于海量级别，用传统方式加载和应用必然遇到瓶颈和难度，由于CIM平台面临的海量模型数据，场景的浏览性能同样受到影响，传统方式无法高效、快速、流畅的操控浏览，常规模型数据未经过要素对象矢量化提取处理，达不到对象实体化标准要求，在可视化平台中无法做全要素实体对象级别应用，此外，常规模型数据未经过矢量化空间建库处理，无法进行空间拓扑分析应用，如工程建设管线碰撞分析、连通性分析等。因此，普通应用方式存在海量数据动态加载、浏览性能、全要素无损、对象实体化、空间拓扑分析等诸多方面的问题和挑战。鉴于此，我们提出一种基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，包括原始模型数据文件、SDK开发程序工具、CIM矢量空间数据库和混合可视化平台；
原始模型数据文件，用于提供CIM原始数据；
SDK开发程序工具，用于识别所述CIM原始数据，并获取所述CIM原始数据中实体对象的模型数据，所述模型数据包括CIM模型要素和CIM模型特征；
CIM矢量空间数据库，用于存储所述模型数据通过矢量化映射后得到的矢量空间数据；
所述混合可视化平台通过所述CIM矢量空间数据库实现对所述矢量空间数据进行快速检索，同时展示所述矢量空间数据的拓扑分析结果；
所述混合可视化平台通过场景可视化和信息轻量化处理实现对所述模型数据轻量化加载并高效渲染的效果。
本发明优选的，所述CIM原始数据包括城市、行政区、园区或街镇范围内面向智慧城市应用平台的建筑群、周边环境、道路网、绿化、水系以及楼宇内部结构、设备设施、管线管道、传感器等实体对象。
本发明优选的，所述CIM模型要素包括从CIM原始数据中提取的建筑、道路、绿化、水系以及楼宇内部结构、设备设施、管线管道、传感器等实体要素；
所述CIM模型特征为点、线、面、圆弧等实体要素的组织特征。
本发明优选的，建立所述CIM矢量空间数据库包括以下步骤：
步骤11：对所述模型数据进行解析，获取构成所述实体对象各个三角面和各个顶点的世界坐标体系下的绝对值信息，所述绝对值信息包括所述模型数据的矢量坐标信息和空间关系拓扑信息；
步骤12：对所述矢量坐标信息进行一对一的矢量化映射和转换，得到所述模型数据的空间数据；
步骤13：对所述矢量坐标信息进行批量映射和转换，形成由海量的空间数据构成的CIM矢量空间数据库，并在CIM矢量空间数据库内建立空间索引；
步骤14：基于所述CIM矢量空间数据库存储的空间关系拓扑信息开发服务接口，为所述混合可视化平台提供所述模型数据的各种拓扑分析能力。
本发明优选的，所述场景可视化和信息轻量化处理包括以下步骤：
步骤21：模型数据分解和提取，根据模型组织标准将所述模型数据分解成多个几何图元，并利用所有的几何图元生成一套模型标准库，并提取所述模型标准库中用户重点关注及与应用管理相关的几何图元；
步骤22：对几何图元进行清洗，制定一套CIM模型清洗规则，并对模型对象进行检查和校验，根据检查报告和CIM模型清洗规则清洗全部有问题的几何图元；
步骤23：几何图元的优化，用于减少构成几何图元的三角面的数量；
步骤24：几何图元的融合，根据模型组织标准制定一套CIM模型融合规则，并根据所述CIM模型融合规则将几何图元重新融合；
步骤25：几何图元分级渲染，用于加速几何图元的渲染速度。
本发明优选的，步骤22中，所述CIM模型清洗规则包括几何图元过滤规则、拓扑规则、删减规则、优先级规则等。
本发明优选的，步骤22中，对所述几何图元进行检查和校验时，用于检查模型标准库中重复、拓扑错误、冗余的几何图元。
本发明优选的，步骤23中，几何图元的优化是将静态的几何图元通过参数化几何描述和三角化几何描述的方式实现动态化描述，其中，参数化几何描述是用多个参数来描述一个几何体，三角化几何描述是用多个三角面来描述一个几何体。
本发明优选的，步骤24中，CIM模型融合规则是用于规定融合几何图元的类目，设置构成几何图元各要素的归属。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于CIM的海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，利用SDK开发程序工具获取CIM原始数据中实体对象的模型数据，对模型数据进行一对一的矢量化映射和转换，得到模型数据的空间数据，因此对模型数据进行批量的映射和转换，形成由海量的空间数据，构成的空间数据库，并在空间数据库内建立空间索引，便于对空间数据进行索引，同时，基于空间关系拓扑信息开发服务接口，为混合可视化平台提供模型数据的拓扑分析能力；通过SDK开发程序工具获取模型数据，并对模型数据进行分解，并提取出用户重点关注及与应用管理相关的模型对象，在对模型对象进行清洗、几何优化、分级渲染和融合，用于清洗模型对象内存在的重复、拓扑错误、冗余的信息等，减少信息量，实现快速加载，提高渲染的效果，且保留构成模型的全要素信息，以此实现混合可视化平台对模型数据全要素轻量化加载并高效渲染的效果，便于使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构原理图；
图2为本发明中建立空间数据库的流程图；
图3为本发明中场景可视化和信息轻量化处理的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，如图1所示，包括原始模型数据文件、SDK开发程序工具、CIM矢量空间数据库和混合可视化平台；
原始模型数据文件，用于提供CIM原始数据；
SDK开发程序工具，用于识别CIM原始数据，并获取CIM原始数据中实体对象的模型数据，模型数据包括CIM模型要素和CIM模型特征；
CIM矢量空间数据库，用于存储模型数据通过矢量化映射后得到的矢量空间数据；
混合可视化平台通过CIM矢量空间数据库实现对矢量空间数据进行快速检索，同时展示矢量空间数据的拓扑分析结果；
混合可视化平台通过场景可视化和信息轻量化处理实现对模型数据轻量化加载并高效渲染的效果。
本实施例中，CIM原始数据包括城市、行政区、园区或街镇范围内面向智慧城市应用平台的建筑群、周边环境、道路网、绿化、水系以及楼宇内部结构、设备设施、管线管道、传感器等实体对象。
具体的，CIM模型要素包括从CIM原始数据中提取的建筑、道路、绿化、水系以及楼宇内部结构、设备设施、管线管道、传感器等实体要素；
CIM模型特征为点、线、面、圆弧等实体要素的组织特征。
进一步的，如图2所示，建立CIM矢量空间数据库包括以下步骤：
步骤11：对模型数据进行解析，获取构成实体对象各个三角面和各个顶点的世界坐标体系下的绝对值信息，绝对值信息包括模型数据的矢量坐标信息和空间关系拓扑信息；
步骤12：对矢量坐标信息进行一对一的矢量化映射和转换，得到模型数据的空间数据；
步骤13：对矢量坐标信息进行批量映射和转换，形成由海量的空间数据构成的CIM矢量空间数据库，并在CIM矢量空间数据库内建立空间索引；
步骤14：基于CIM矢量空间数据库存储的空间关系拓扑信息开发服务接口，为混合可视化平台提供模型数据的各种拓扑分析能力。
值得说明的是，场景可视化和信息轻量化处理包括以下步骤：
步骤21：模型数据分解和提取，根据模型组织标准将模型数据分解成多个几何图元，并利用所有的几何图元生成一套模型标准库，并提取模型标准库中用户重点关注及与应用管理相关的几何图元；
步骤22：对几何图元进行清洗，制定一套CIM模型清洗规则，并对模型对象进行检查和校验，根据检查报告和CIM模型清洗规则清洗全部有问题的几何图元；
步骤23：几何图元的优化，用于减少构成几何图元的三角面的数量；
步骤24：几何图元的融合，根据模型组织标准制定一套CIM模型融合规则，并根据CIM模型融合规则将几何图元重新融合；
步骤25：几何图元分级渲染，用于加速几何图元的渲染速度。
进一步的，步骤22中，CIM模型清洗规则包括几何图元过滤规则、拓扑规则、删减规则、优先级规则等，对几何图元进行检查和校验时，用于检查模型标准库中重复、拓扑错误、冗余的几何图元，并根据CIM模型清洗规则将有问题的几何图元清洗出，减少几何图元的信息量，提高加载速度，且清洗出的信息均为垃圾信息，几何图元仍保留其本身构成模型的全要素数据信息，不会导致原有数据的丢失，信息的安全度更高。
具体的，步骤23中，几何图元的优化是将静态的几何图元通过参数化几何描述和三角化几何描述的方式实现动态化描述，其中，参数化几何描述是用多个参数来描述一个几何体，三角化几何描述是用多个三角面来描述一个几何体，以此进一步减少几何图元的信息量，且能提高几何图元的加载速度以及渲染效果。
除此之外，步骤24中，CIM模型融合规则是用于规定融合几何图元的类目，设置构成几何图元各要素的归属，合并相关对象，并且融合过程中删除冗余、重复，如多个对象存在共边或面的情况，融合后则只保留一个边、面，减少模型的面数，使得融合后的模型对象保留有效的信息，提高其加载速度，以及渲染效果。
具体的，步骤25中，采用模型渲染技术，模型显示采用多重LOD(Levels ofDetail，多细节层次)，加速三角面的渲染速度，多重LOD用不同级别的几何体来表示物体，距离越远加载的模型越粗糙，距离越近加载的模型越精细，从而在不影响视觉效果的前提下提高显示效率并降低存储，实现高效渲染和快速加载效果。
本实施例的基于CIM的海量数据轻量化及拓扑分析应用平台在使用时，利用SDK开发程序工具获取CIM原始数据中实体对象的模型数据，对模型数据进行一对一的矢量化映射和转换，得到模型数据的空间数据，因此对模型数据进行批量的映射和转换，形成由海量的空间数据，构成的空间数据库，并在空间数据库内建立空间索引，便于对空间数据进行索引，同时，基于空间关系拓扑信息开发服务接口，为混合可视化平台提供模型数据的拓扑分析能力；
通过SDK开发程序工具获取模型数据，并对模型数据进行分解，并提取出用户重点关注及与应用管理相关的模型对象，在对模型对象进行清洗、几何优化、分级渲染和融合，用于清洗模型对象内存在的重复、拓扑错误、冗余的信息等，减少信息量，实现快速加载，提高渲染的效果，且保留构成模型的全要素信息，以此实现混合可视化平台对模型数据全要素轻量化加载，且高效渲染的效果，便于普及和推广。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，其特征在于：包括原始模型数据文件、SDK开发程序工具、CIM矢量空间数据库和混合可视化平台；
原始模型数据文件，用于提供CIM原始数据；
SDK开发程序工具，用于识别所述CIM原始数据，并获取所述CIM原始数据中实体对象的模型数据，所述模型数据包括CIM模型要素和CIM模型特征；
CIM矢量空间数据库，用于存储所述模型数据通过矢量化映射后得到的矢量空间数据，建立所述CIM矢量空间数据库包括以下步骤：
步骤11：对所述模型数据进行解析，获取构成所述实体对象各个三角面和各个顶点的世界坐标体系下的绝对值信息，所述绝对值信息包括所述模型数据的矢量坐标信息和空间关系拓扑信息；
步骤12：对所述矢量坐标信息进行一对一的矢量化映射和转换，得到所述模型数据的空间数据；
步骤13：对所述矢量坐标信息进行批量映射和转换，形成由空间数据构成的CIM矢量空间数据库，并在CIM矢量空间数据库内建立空间索引；
步骤14：基于所述CIM矢量空间数据库存储的空间关系拓扑信息开发服务接口，为所述混合可视化平台提供所述模型数据的各种拓扑分析能力；
所述混合可视化平台通过所述CIM矢量空间数据库实现对所述矢量空间数据进行检索，同时展示所述矢量空间数据的拓扑分析结果；
所述混合可视化平台通过场景可视化和信息轻量化处理实现对所述模型数据轻量化加载并渲染的效果，所述场景可视化和信息轻量化处理包括以下步骤：
步骤21：模型数据分解和提取，根据模型组织标准将所述模型数据分解成多个几何图元，并利用所有的几何图元生成一套模型标准库，并提取所述模型标准库中用户重点关注及与应用管理相关的几何图元；
步骤22：对几何图元进行清洗，制定一套CIM模型清洗规则，并对模型对象进行检查和校验，根据检查报告和CIM模型清洗规则清洗全部有问题的几何图元；
步骤23：几何图元的优化，用于减少构成几何图元的三角面的数量；
步骤24：几何图元的融合，根据模型组织标准制定一套CIM模型融合规则，并根据所述CIM模型融合规则将几何图元重新融合；
步骤25：几何图元分级渲染，用于加速几何图元的渲染速度。
2.根据权利要求1所述的基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，其特征在于：所述CIM原始数据包括城市、行政区、园区或街镇范围内面向智慧城市应用平台的建筑群、周边环境、道路网、绿化、水系以及楼宇内部结构、设备设施、管线管道、传感器实体对象。
3.根据权利要求1所述的基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，其特征在于：所述CIM模型要素包括从CIM原始数据中提取的建筑、道路、绿化、水系以及楼宇内部结构、设备设施、管线管道、传感器实体要素；
所述CIM模型特征为点、线、面、圆弧实体要素的组织特征。
4.根据权利要求1所述的基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，其特征在于：步骤22中，所述CIM模型清洗规则包括几何图元过滤规则、拓扑规则、删减规则、优先级规则。
5.根据权利要求4所述的基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，其特征在于：步骤22中，对所述几何图元进行检查和校验时，用于检查模型标准库中重复、拓扑错误、冗余的几何图元。
6.根据权利要求1所述的基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，其特征在于：步骤23中，几何图元的优化是将静态的几何图元通过参数化几何描述和三角化几何描述的方式实现动态化描述，其中，参数化几何描述是用多个参数来描述一个几何体，三角化几何描述是用多个三角面来描述一个几何体。
7.根据权利要求1所述的基于CIM的全要素海量数据轻量化及拓扑分析应用平台，其特征在于：步骤24中，CIM模型融合规则是用于规定融合几何图元的类目，设置构成几何图元各要素的归属。
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