CN113160395B - 一种基于cim的城市多维信息交互及场景生成的方法、装置及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的方法、装置及介质，该方法包括：基于多传感器数据构建CIM系统模型，对采集到的CIM多维真实数据进行挖掘、判断及处理，将过重多源异构数据关联到CIM系统模型中，当多传感器中的至少一个传感器采集的数据发生变化时，基于多传感器深度融合的实时动态场景三维重建算法基于CIM系统模型自动调整CIM系统的环境画面；CIM系统接收来自客户端的查看请求，CIM系统根据CIM系统的数据库中的数据基于查看数据模型生成三维图形发送至客户端。本发明以智慧城市背景下产生的各行各业信息数据为基础，将错综复杂、种类繁多的城市数据进行汇总、展示和分析，建立可视化平台，尽可能避免因时空断裂引起的数据丢失、失准。

Description

一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的方法、装置及 介质

技术领域

本发明涉及大数据处理技术领域，特别是一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的方法、装置及介质。

背景技术

随着物联网、互联网通讯、虚拟现实和大数据等技术的迅速发展，民众可便捷获取多源异构数据，进行感知和表达对象，这些海量复杂数据重构而成的信息空间逐渐与物理世界和社会相互影响和交融，加强人们对世界物理环境的感知。由于数据及其复杂且规模庞大，如何高效精准分析其内涵及使用数据，成为信息领域的重要热点。

CIM(City Information Modeling)，是以城市信息数据为基数，建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体，城市多维信息指的是以三维地图为表现载体，无缝集成包括城市基础信息、建筑内部信息、行业管理信息和物联网信息等多个空间和维度的信息。

现有技术中，三维化呈现城市实景信息，将市域范围内的历史、现状和规划数据信息呈现出来，动态反应城市规划发展的变化和趋势；将各类动态数据，如交通流数据、视频流数据及城市各类传感器数据，在页面汇总展示，提供基于可视化环境下的大数据决策支持；运用复杂关联关系和内部拓扑结构数据建模，建立同构信息网络和异构信息网络，挖掘数据潜在价值，对异构信息网络的实体属性、子图结构和信息聚合的查询分析，提供更好的查询处理和性能优化。

现有技术中，传统大数据项目信息量大，信息处理效率低、且三维化呈现效果不佳，不够精准，显示效果差。比如，WEB3D技术可以自由的查看整个三维场景，但是在细节展示方面不够精细；由于CIM数据量过于庞大，在网页端运行时，对网速和机器配置有一定要求，存在数据崩溃、场景崩溃、服务器崩溃等问题，不利于客户的查看；3D模型场景过于优质而导致模型体量过大，导致的系统卡顿问题，无法适应客户端的展示，影响了用户体验。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出了如下技术方案。

一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的方法，该方法包括：

构建步骤，基于多传感器数据构建CIM系统模型，所述多传感器自动采集城市中的CIM多维真实数据存储在所述CIM系统的数据库中；

数据理解探索步骤，对采集到的CIM多维真实数据进行挖掘、判断及处理，将过重多源异构数据关联到CIM系统模型中，当所述多传感器中的至少一个传感器采集的数据发生变化时，基于多传感器深度融合的实时动态场景三维重建算法基于所述CIM系统模型自动调整CIM系统的环境画面；

建立步骤，所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类，基于所述数据种类建立查看数据模型，并对其进行优化和调整；

分析步骤，所述CIM系统对所述查看数据模型进行评估与分析，使得所述查看数据模型符合所述用户的需求；

展示步骤，所述CIM系统根据所述CIM系统的数据库中的数据基于所述查看数据模型生成三维图形发送至所述客户端。

更进一步地，基于多传感器数据构建CIM系统模型的操作为：定义所述CIM系统模型的三维场景中环境变量的表现方式，所述表现方式由照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE共同作用呈现，定义调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，构建各函数为：I(a,b,c,d)、GL(a,b,c,d)、AM(a,b,c,d)、AL(a,b,c,d)、PE(a,b,c,d)，其中，a为温度传感器测值，b为湿度传感器测值，c为PM2.5/10测值，d为光照测值。

更进一步地，在所述数据理解探索步骤中，当温度传感器采集的数据的变化超过第一阈值时，在所述CIM系统接收到温度传感器传送的实时温度数据后，经CIM系统对所述实时温度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中：

在各种会因温度变化而产生自我属性值变化的光源体中，将解析出的实时温度数据传输到因温度变化而发生亮度、颜色及其他属性变化的照度I，来模拟虚拟环境中因温度变化而产生的呈现效果，以进行自动调整光照效果；

在用于CIM系统的后期的特效处理函数T中，将接收到的实时温度数据转送到特效处理函数T，模拟虚拟环境中因温度变化产生的光源环境整体或是局部变化的视觉效果，以进行自动调整光照效果；

将解析出的实时温度数据转送到各种区域光AL及粒子特效PE，来模拟虚拟环境中，因温度变化产生的风吹、雨落下、水流动与火焰变化的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

更进一步地，在所述数据理解探索步骤中，当湿度传感器采集的数据的变化超过第二阈值时，在CIM系统接收到湿度传感器传送的实时湿度数据后，经CIM系统对所述实时湿度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中。

将解析出的实时湿度数据转送到用于后期的特效处理函数PE中，模拟三维环境中，因湿度变化产生的色彩、亮度、对比度、饱和度等的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

更进一步地，在所述数据理解探索步骤中，当PM2.5\PM10传感器采集的数据的变化超过第三阈值时，在CIM系统接收到PM2.5\PM10传感器传送的实时PM数据后，经CIM系统对所述实时PM数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中。

更进一步地，在所述数据理解探索步骤中，当光照传感器采集的数据的变化超过第四阈值时，在CIM系统接收到前端的光照传感器传送的实时光照数据后，经CIM系统的三维场景对所述实时湿度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中，根据场景所模拟的自然或人工环境，结合待模拟场景所处的不同经纬度、海拨高度、因时间变化而产生的日夜转换及天气变化特性所接收到的自然光照信息或人工光源信号，匹配到以下能表现光照变化而产生视觉效果的函数中：照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE中，将解析出的实时光照数据作为一个变量值来模拟虚拟现实环境中因光照信息变化而产生的环境效果，以进行自动调整视觉效果。

本发明还提出了一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的装置，该装置包括：

构建单元，基于多传感器数据构建CIM系统模型，所述多传感器自动采集城市中的CIM多维真实数据存储在所述CIM系统的数据库中；

数据理解探索单元，对采集到的CIM多维真实数据进行挖掘、判断及处理，将过重多源异构数据关联到CIM系统模型中，当所述多传感器中的至少一个传感器采集的数据发生变化时，基于多传感器深度融合的实时动态场景三维重建算法基于所述CIM系统模型自动调整CIM系统的环境画面；

建立单元，所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类，基于所述数据种类建立查看数据模型，并对其进行优化和调整；

分析单元，所述CIM系统对所述查看数据模型进行评估与分析，使得所述查看数据模型符合所述用户的需求；

展示单元，所述CIM系统根据所述CIM系统的数据库中的数据基于所述查看数据模型生成三维图形发送至所述客户端。

更进一步地，基于多传感器数据构建CIM系统模型的操作为：定义所述CIM系统模型的三维场景中环境变量的表现方式，所述表现方式由照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE共同作用呈现，定义调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，构建各函数为：I(a,b,c,d)、GL(a,b,c,d)、AM(a,b,c,d)、AL(a,b,c,d)、PE(a,b,c,d)，其中，a为温度传感器测值，b为湿度传感器测值，c为PM2.5/10测值，d为光照测值。

更进一步地，在所述数据理解探索单元中，当温度传感器采集的数据的变化超过第一阈值时，在所述CIM系统接收到温度传感器传送的实时温度数据后，经CIM系统对所述实时温度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中：

在各种会因温度变化而产生自我属性值变化的光源体中，将解析出的实时温度数据传输到因温度变化而发生亮度、颜色及其他属性变化的照度I，来模拟虚拟环境中因温度变化而产生的呈现效果，以进行自动调整光照效果；

在用于CIM系统的后期的特效处理函数T中，将接收到的实时温度数据转送到特效处理函数T，模拟虚拟环境中因温度变化产生的光源环境整体或是局部变化的视觉效果，以进行自动调整光照效果；

将解析出的实时温度数据转送到各种区域光AL及粒子特效PE，来模拟虚拟环境中，因温度变化产生的风吹、雨落下、水流动与火焰变化的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

本发明还提出了一种计算机存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任一项的方法。

本发明的一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的方法、装置及介质，该方法包括：通过构建复杂物理场景的三维时空模型，将过重多源异构数据以离线、在线、云端或挂载等方式，关联到三维环境中，尽可能避免因时空断裂引起的数据丢失和失准，建立起城市复杂场景的多维表达和信息交互全息计算模型。在此基础上探寻高效的智能数据分析和交互可视分析方法，以充分发挥机器智能处理和人类交互分析的优势，实现对复杂场景、时间或事件的高效、精准分析理解。分析哪些数据可能会形成数据膨胀，如CUBE复杂计算，通过一些算法模型的迭代计算出最准确的结果，根据算出来的这些迹象，去反推和论证，以此提高它的数据质量，达到降低整体计算资源的目的。基于多传感器数据建立用于CIM系统的数据模型，所述多传感器自动采集城市中的对应的真实数据用于所述数据模型；当所述多传感器中的至少一个传感器采集的数据发生变化时，基于所述数据模型自动调整CIM系统的环境画面的表现方式；所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类；所述CIM系统根据所述用户的查看请求中的数据种类基于所述数据模型生成三维图形发送至所述客户端，以供所述客户端进行展示。在本发明中，在CIM系统的三维环境中，可通过温湿度传感器、光照传感器、PM 2.5/PM10等传感器等采集和传输，从而建立精准的数据模型，从而将多种传感器采集的多维数据与数据模型进行数据的交互，从而，可以实时地显示相关传感器采集的数据发生改变时，能第一时间反应出来，使CIM三维场景显示更加真实，提高用户体验；本发明中通过该数据模型中的照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE，使得三维场景中的画面呈现效果自动变化，解决了由于CIM数据量过于庞大，导致数据崩溃、数据库崩溃、场景崩溃、服务器崩溃等问题，进而实现了场景显示调整的实时化，且由于，本发明中，将不同传感器采集的数据根据不同的场景等参数匹配不同的函数，从而避免了三维显示时，所有数据需要重新计算的方式，降低了计算量，提高了系统性能，解决了背景技术中的问题，本发明中，所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类；比如，用户仅需要查看雾相关的画面，所述CIM系统根据所述用户的查看请求中的数据种类基于所述数据模型的雾函数生成关于雾分布的三维图形发送至所述客户端，以供所述客户端进行展示，从而降低了发送至客户端的数据量，对客户端的三维重建性能要求较低，解决了现有技术中客户端容易卡死的技术问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是根据本发明的实施例的一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的方法的流程图。

图2是根据本发明的实施例的一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的装置的示意图。

图3是根据本发明的实施例的一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1示出了本发明的一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的方法，本发明的方法包括以下步骤。在下面的实施例介绍中，可参考图3的示意图进行理解，有助于对本申请的理解。

构建步骤S101，基于多传感器数据构建CIM系统模型，所述多传感器自动采集城市中的CIM多维真实数据存储在所述CIM系统的数据库中；本发明中，利用分布式数据库或计算集群来对存储的海量城市多维数据进行分析和分类汇总等，采用多传感器自动采集城市中的对应的真实数据用于所述CIM系统模型，基于多传感器数据建立CIM系统模型；处理高并发数的城市数据，以满足大多数常见的分析需求，一些实时性需求会用到EMC的GreenPlum、Oracle的Exadata，以及基于MySQL的列式存储Infobright等，而一些批处理，或者基于半结构化数据的需求可以使用Hadoop。统计与分析部分涉及数据量大，通过一系列方法的运用，极大优化系统资源对I/O的占用。

数据理解探索步骤S102，对采集到的CIM多维真实数据进行挖掘、判断及处理，将过重多源异构数据关联到CIM系统模型中，当所述多传感器中的至少一个传感器采集的数据发生变化时，基于多传感器深度融合的实时动态场景三维重建算法基于所述CIM系统模型自动调整CIM系统的环境画面。

对采集到的CIM多维真实数据进行挖掘、判断及处理，常用的方法有：辨识正确的信息并建立合适的随机模型,利用时间序列的观测数和趋势模型来进行曲线拟合；平稳时间序列，可用通用ARMA模型及其特殊情况的自回归模型、滑动平均模型或组合-ARMA模型等来进行拟合；非平稳时间序列先经差分运算化为平稳时间序列，再用适当模型去拟合此差分序列。

建立步骤S103，所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类，基于所述数据种类建立查看数据模型，并对其进行优化和调整；本发明中，对城市多维数据的挖掘是在现有数据的基础上进行基于各种算法的计算，实现一些高级别数据分析的需求，从而起到预测的效果。所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类。比较典型算法的有用于聚类的K-Means、用于统计学习的SVM和用于分类的Naive Bayes，主要使用的工具有Hadoop的Mahout等。通过绘制残差图(标准化残差直方图及散点图)，检验残差的正态性及独立性，若所描绘的点都在以0为横轴的直线上下随机散布，则回归直线对各个观测值的拟合情况良好。

分析步骤S104，所述CIM系统对所述查看数据模型进行评估与分析，使得所述查看数据模型符合所述用户的需求；通过云端服务器的反向控制服务模块能够接收网页端(即客户端)发送的控制参数，经过计算反馈后将结果进行编码串流，然后发送到代理服务器。假定同一个或多个独立变量存在相关关系，寻找相关关系的模型，分为线性回归和非线性回归，通常指连续要素之间的模型关系，是因果关系分析的基础，线性回归算法寻找属性与预测目标之间的线性关系。通过属性选择与去掉相关性，去掉与问题无关的变量或存在线性相关性的变量。在建立回归模型之前，可先进行主成分分析，消除属性之间的相关性，使数据的误差平方和最小，结果更加准确。

展示步骤S105，所述CIM系统根据所述CIM系统的数据库中的数据基于所述查看数据模型生成三维图形发送至所述客户端。即结合多源数据驱动形成城市复杂场景的多维表达和信息交互，所述CIM系统根据所述用户的查看请求中的数据种类基于所述数据模型生成三维图形发送至所述客户端，以供所述客户端进行展示。

在本发明中，在CIM系统的三维环境中，可通过温湿度传感器、光照传感器、PM2.5/PM10等传感器等采集和传输，从而建立精准的CIM系统模型，从而将多种传感器采集的多维数据与数据模型进行数据的交互，从而，可以实时地显示相关传感器采集的数据发生改变时，能第一时间反应出来，使CIM三维场景显示更加真实，提高用户体验，这是本发明的重要发明点之一。数据模型的构建是本发明的重中之重，下面将进行详细介绍。

现有技术中，将多种传感器采集的数据都进行存储，导致CIM数据量过于庞大，在网页端运行时，存在数据崩溃、数据库崩溃、场景崩溃、服务器崩溃等问题，不利于客户的查看，且如果3D模型场景过于优质而导致模型体量过大，为了解决该技术问题，本发明提出了基于多传感器数据建立用于CIM系统模型。

在一个实施例中，基于面向城市级地理信息数据地理特征库的管理，统一存储管理“时间+空间+属性+符号”信息，支持基于常见关系型数据库建立空间数据库，包括Oracle和Mysql；支持多源异构数据的导入，包含常见二三维GIS数据和常规BIM数据，可实现应用模型编辑、三维空间分析、矢量数据驱动等，同时支持符合标准交换格式的数据导出。基于多传感器数据构建CIM系统模型的操作为：定义所述CIM系统模型的三维场景中环境变量的表现方式，支持文件型数据库，文件型数据库具备与关系型数据库相同的数据互操作能力，可实现地理信息数据的属性查询、几何编辑、空间分析和网络发布。所述表现方式由照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE共同作用呈现，定义调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，构建各函数为：I(a,b,c,d)、GL(a,b,c,d)、AM(a,b,c,d)、AL(a,b,c,d)、PE(a,b,c,d)，其中，a为温度传感器测值，b为湿度传感器测值，c为PM2.5/10测值，d为光照测值。各函数的下面将详细介绍。

依据Lambert光照模型计算方法，设置反射光线的光照强度为diffuse,I为入射光线的光强，diffuse＝I*cosθ，cosθ＝L*N；diffuse＝I*(L*N)，L为入射光线的法向量，N为当前表面的法向量。

所述表现方式由照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE共同作用呈现，定义a、b、c、d为传感器测量值(a为温度传感器测值，b为湿度传感器测值，c为PM2.5/10测值，d为光照测值)，上述表达式为各种传感器采集的数据进行的相应处理，得到相应的传感器值。

设置光照强度的最高值、中间值、最低值分别为E_h、E_m、E_l,设置温度传感器测值的最高值为a_h，最低值为a_l，设置湿度传感器Pws的原始值为b₀、测值为b、露点温度为T_b，可得照度I公式如下：

光泽度的计算需要用到光源孔径和光线接收角，通过光线接收系统光轴计算物体表面光泽度，设置光源孔径为R，光线接收角为β，可得光泽度GL公式如下：

GL(a,b,c,d)＝100R/β(a+b+c+d)2

设置环境光的最高值为a_h、最低值为a_l，温度传感器测值为a₁，初始值为a₀，可得环境光AM公式如下：

设置区域光的最高值为a，温度传感器测值为a₁，初始值为a₀，可得区域光AL公式如下：

粒子特效的计算主要涉及到温度传感器测值，设置温度传感器的动态测值为a_i，可得粒子特效PE公式如下：

PE(a,b,c,d)＝log(a_i)/log(max(a_i)*2π)

此外，设调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，分别设置三维场景的坐标偏差变化值为x1、x2，y1、y2，z1、z2，在各传感器测值的共同作用下，计算出调整后的参数值。由此可得各函数测值如下：

本发明中，在三维场景中通过后台程序对该模型进行调用，根据三维场景的真实情况，给该数据模型设定环境的初始变量；输入环境参数后，开始启用相应的数据模型，和三维画面自动进行关联适配；当需要手工模拟环境变化时，输入新的环境变量参数，通过该CIM系统模型中的照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE，使得三维场景中的画面呈现效果自动变化，通过定义的上述各函数解决了由于CIM数据量过于庞大，导致数据崩溃、数据库崩溃、场景崩溃、服务器崩溃等问题，因此，这是本发明的一个重要发明点。

在一个实施例中，在所述数据理解探索步骤中，当温度传感器采集的数据的变化超过第一阈值时，在所述CIM系统接收到温度传感器传送的实时温度数据后，经CIM系统对所述实时温度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中：

在各种会因温度变化而产生自我属性值变化的光源体中，将解析出的实时温度数据传输到因温度变化而发生亮度、颜色及其他属性变化的照度I，来模拟虚拟环境中因温度变化而产生的呈现效果，以进行自动调整光照效果；

在用于CIM系统的后期的特效处理函数T中，将接收到的实时温度数据转送到特效处理函数T，模拟虚拟环境中因温度变化产生的光源环境整体或是局部变化的视觉效果，以进行自动调整光照效果；

将解析出的实时温度数据转送到各种区域光AL及粒子特效PE，来模拟虚拟环境中，因温度变化产生的风吹、雨落下、水流动与火焰变化的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

在一个实施例中，在所述数据理解探索步骤中，当湿度传感器采集的数据的变化超过第二阈值时，在CIM系统接收到湿度传感器传送的实时湿度数据后，经CIM系统对所述实时湿度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中。

将解析出的实时湿度数据转送到用于后期的特效处理函数PE中，模拟三维环境中，因湿度变化产生的色彩、亮度、对比度、饱和度等的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

在一个实施例中，在所述数据理解探索步骤中，当PM2.5\PM10传感器采集的数据的变化超过第三阈值时，在CIM系统接收到PM2.5\PM10传感器传送的实时PM数据后，经CIM系统对所述实时PM数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中。

在一个实施例中，在所述数据理解探索步骤中，当光照传感器采集的数据的变化超过第四阈值时，在CIM系统接收到前端的光照传感器传送的实时光照数据后，经CIM系统的三维场景对所述实时湿度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中，根据场景所模拟的自然或人工环境，结合待模拟场景所处的不同经纬度、海拨高度、因时间变化而产生的日夜转换及天气变化特性所接收到的自然光照信息或人工光源信号，匹配到以下能表现光照变化而产生视觉效果的函数中：照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE中，将解析出的实时光照数据作为一个变量值来模拟虚拟现实环境中因光照信息变化而产生的环境效果，以进行自动调整视觉效果。

上述通过不同的传感器采集的数据的变化，进而根据场景等信息，将实时采集的数据传输到照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE中的一个或多个进行实时计算，进而实现了场景显示调整的实时化，本发明中，将不同传感器采集的数据根据不同的场景等参数匹配不同的函数，从而避免了三维显示时，所有数据需要重新计算的方式，降低了计算量，提高了系统性能，解决了背景技术中的问题，这是本发明的重要发明点之一。

在一个实施例中，所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类；比如，用户仅需要查看雾相关的画面，所述CIM系统根据所述用户的查看请求中的数据种类基于所述CIM系统模型的雾函数生成关于雾分布的三维图形发送至所述客户端，以供所述客户端进行展示，从而降低了发送至客户端的数据量，对客户端的三维重建性能要求较低，解决了现有技术中客户端容易卡死的技术问题，这是本发明的另一个发明点。

图2示出了示出了本发明的一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的装置，本发明的装置包括以下单元。

构建单元201，基于多传感器数据构建CIM系统模型，所述多传感器自动采集城市中的CIM多维真实数据存储在所述CIM系统的数据库中；本发明中，利用分布式数据库或计算集群来对存储的海量城市多维数据进行分析和分类汇总等，采用多传感器自动采集城市中的对应的真实数据用于所述CIM系统模型，基于多传感器数据建立CIM系统模型；处理高并发数的城市数据，以满足大多数常见的分析需求，一些实时性需求会用到EMC的GreenPlum、Oracle的Exadata，以及基于MySQL的列式存储Infobright等，而一些批处理，或者基于半结构化数据的需求可以使用Hadoop。统计与分析部分涉及数据量大，通过一系列方法的运用，极大优化系统资源对I/O的占用。

数据理解探索单元202，对采集到的CIM多维真实数据进行挖掘、判断及处理，将过重多源异构数据关联到CIM系统模型中，当所述多传感器中的至少一个传感器采集的数据发生变化时，基于多传感器深度融合的实时动态场景三维重建算法基于所述CIM系统模型自动调整CIM系统的环境画面。

对采集到的CIM多维真实数据进行挖掘、判断及处理，常用的方法有：辨识正确的信息并建立合适的随机模型,利用时间序列的观测数和趋势模型来进行曲线拟合；平稳时间序列，可用通用ARMA模型及其特殊情况的自回归模型、滑动平均模型或组合-ARMA模型等来进行拟合；非平稳时间序列先经差分运算化为平稳时间序列，再用适当模型去拟合此差分序列。

建立单元203，所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类，基于所述数据种类建立查看数据模型，并对其进行优化和调整；本发明中，对城市多维数据的挖掘是在现有数据的基础上进行基于各种算法的计算，实现一些高级别数据分析的需求，从而起到预测的效果。所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类。比较典型算法的有用于聚类的K-Means、用于统计学习的SVM和用于分类的Naive Bayes，主要使用的工具有Hadoop的Mahout等。通过绘制残差图(标准化残差直方图及散点图)，检验残差的正态性及独立性，若所描绘的点都在以0为横轴的直线上下随机散布，则回归直线对各个观测值的拟合情况良好。

分析单元204，所述CIM系统对所述查看数据模型进行评估与分析，使得所述查看数据模型符合所述用户的需求；通过云端服务器的反向控制服务模块能够接收网页端(即客户端)发送的控制参数，经过计算反馈后将结果进行编码串流，然后发送到代理服务器。假定同一个或多个独立变量存在相关关系，寻找相关关系的模型，分为线性回归和非线性回归，通常指连续要素之间的模型关系，是因果关系分析的基础，线性回归算法寻找属性与预测目标之间的线性关系。通过属性选择与去掉相关性，去掉与问题无关的变量或存在线性相关性的变量。在建立回归模型之前，可先进行主成分分析，消除属性之间的相关性，使数据的误差平方和最小，结果更加准确。

展示单元205，所述CIM系统根据所述CIM系统的数据库中的数据基于所述查看数据模型生成三维图形发送至所述客户端。即结合多源数据驱动形成城市复杂场景的多维表达和信息交互，所述CIM系统根据所述用户的查看请求中的数据种类基于所述数据模型生成三维图形发送至所述客户端，以供所述客户端进行展示。

在本发明中，在CIM系统的三维环境中，可通过温湿度传感器、光照传感器、PM2.5/PM10等传感器等采集和传输，从而建立精准的CIM系统模型，从而将多种传感器采集的多维数据与数据模型进行数据的交互，从而，可以实时地显示相关传感器采集的数据发生改变时，能第一时间反应出来，使CIM三维场景显示更加真实，提高用户体验，这是本发明的重要发明点之一。数据模型的构建是本发明的重中之重，下面将进行详细介绍。

现有技术中，将多种传感器采集的数据都进行存储，导致CIM数据量过于庞大，在网页端运行时，存在数据崩溃、数据库崩溃、场景崩溃、服务器崩溃等问题，不利于客户的查看，且如果3D模型场景过于优质而导致模型体量过大，为了解决该技术问题，本发明提出了基于多传感器数据建立用于CIM系统模型。

在一个实施例中，基于面向城市级地理信息数据地理特征库的管理，统一存储管理“时间+空间+属性+符号”信息，支持基于常见关系型数据库建立空间数据库，包括Oracle和Mysql；支持多源异构数据的导入，包含常见二三维GIS数据和常规BIM数据，可实现应用模型编辑、三维空间分析、矢量数据驱动等，同时支持符合标准交换格式的数据导出。基于多传感器数据构建CIM系统模型的操作为：定义所述CIM系统模型的三维场景中环境变量的表现方式，支持文件型数据库，文件型数据库具备与关系型数据库相同的数据互操作能力，可实现地理信息数据的属性查询、几何编辑、空间分析和网络发布。所述表现方式由照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE共同作用呈现，定义调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，构建各函数为：I(a,b,c,d)、GL(a,b,c,d)、AM(a,b,c,d)、AL(a,b,c,d)、PE(a,b,c,d)，其中，a为温度传感器测值，b为湿度传感器测值，c为PM2.5/10测值，d为光照测值。各函数的下面将详细介绍。

依据Lambert光照模型计算方法，设置反射光线的光照强度为diffuse,I为入射光线的光强，diffuse＝I*cosθ，cosθ＝L*N；diffuse＝I*(L*N)，L为入射光线的法向量，N为当前表面的法向量。

所述表现方式由照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE共同作用呈现，定义a、b、c、d为传感器测量值(a为温度传感器测值，b为湿度传感器测值，c为PM2.5/10测值，d为光照测值)，上述表达式为各种传感器采集的数据进行的相应处理，得到相应的传感器值。

设置光照强度的最高值、中间值、最低值分别为E_h、E_m、E_l,设置温度传感器测值的最高值为a_h，最低值为a_l，设置湿度传感器Pws的原始值为b₀、测值为b、露点温度为T_b，可得照度I公式如下：

光泽度的计算需要用到光源孔径和光线接收角，通过光线接收系统光轴计算物体表面光泽度，设置光源孔径为R，光线接收角为β，可得光泽度GL公式如下：

GL(a,b,c,d)＝100R/β(a+b+c+d)²

设置环境光的最高值为a_h、最低值为a_l，温度传感器测值为a₁，初始值为a₀，可得环境光AM公式如下：

设置区域光的最高值为a，温度传感器测值为a₁，初始值为a₀，可得区域光AL公式如下：

粒子特效的计算主要涉及到温度传感器测值，设置温度传感器的动态测值为a_i，可得粒子特效PE公式如下：

PE(a,b,c,d)＝log(a_i)/log(max(a_i)*2π)

此外，设调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，分别设置三维场景的坐标偏差变化值为x1、x2，y1、y2，z1、z2，在各传感器测值的共同作用下，计算出调整后的参数值。由此可得各函数测值如下：

本发明中，在三维场景中通过后台程序对该模型进行调用，根据三维场景的真实情况，给该数据模型设定环境的初始变量；输入环境参数后，开始启用相应的数据模型，和三维画面自动进行关联适配；当需要手工模拟环境变化时，输入新的环境变量参数，通过该CIM系统模型中的照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE，使得三维场景中的画面呈现效果自动变化，通过定义的上述各函数解决了由于CIM数据量过于庞大，导致数据崩溃、数据库崩溃、场景崩溃、服务器崩溃等问题，因此，这是本发明的一个重要发明点。

在一个实施例中，在所述数据理解探索步骤中，当温度传感器采集的数据的变化超过第一阈值时，在所述CIM系统接收到温度传感器传送的实时温度数据后，经CIM系统对所述实时温度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中：

在各种会因温度变化而产生自我属性值变化的光源体中，将解析出的实时温度数据传输到因温度变化而发生亮度、颜色及其他属性变化的照度I，来模拟虚拟环境中因温度变化而产生的呈现效果，以进行自动调整光照效果；

在用于CIM系统的后期的特效处理函数T中，将接收到的实时温度数据转送到特效处理函数T，模拟虚拟环境中因温度变化产生的光源环境整体或是局部变化的视觉效果，以进行自动调整光照效果；

将解析出的实时温度数据转送到各种区域光AL及粒子特效PE，来模拟虚拟环境中，因温度变化产生的风吹、雨落下、水流动与火焰变化的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

在一个实施例中，在所述数据理解探索步骤中，当湿度传感器采集的数据的变化超过第二阈值时，在CIM系统接收到湿度传感器传送的实时湿度数据后，经CIM系统对所述实时湿度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中。

将解析出的实时湿度数据转送到用于后期的特效处理函数PE中，模拟三维环境中，因湿度变化产生的色彩、亮度、对比度、饱和度等的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

在一个实施例中，在所述数据理解探索步骤中，当PM2.5\PM10传感器采集的数据的变化超过第三阈值时，在CIM系统接收到PM2.5\PM10传感器传送的实时PM数据后，经CIM系统对所述实时PM数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中。

在一个实施例中，在所述数据理解探索步骤中，当光照传感器采集的数据的变化超过第四阈值时，在CIM系统接收到前端的光照传感器传送的实时光照数据后，经CIM系统的三维场景对所述实时湿度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中，根据场景所模拟的自然或人工环境，结合待模拟场景所处的不同经纬度、海拨高度、因时间变化而产生的日夜转换及天气变化特性所接收到的自然光照信息或人工光源信号，匹配到以下能表现光照变化而产生视觉效果的函数中：照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE中，将解析出的实时光照数据作为一个变量值来模拟虚拟现实环境中因光照信息变化而产生的环境效果，以进行自动调整视觉效果。

上述通过不同的传感器采集的数据的变化，进而根据场景等信息，将实时采集的数据传输到照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE中的一个或多个进行实时计算，进而实现了场景显示调整的实时化，本发明中，将不同传感器采集的数据根据不同的场景等参数匹配不同的函数，从而避免了三维显示时，所有数据需要重新计算的方式，降低了计算量，提高了系统性能，解决了背景技术中的问题，这是本发明的重要发明点之一。

在一个实施例中，所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类；比如，用户仅需要查看雾相关的画面，所述CIM系统根据所述用户的查看请求中的数据种类基于所述CIM系统模型的雾函数生成关于雾分布的三维图形发送至所述客户端，以供所述客户端进行展示，从而降低了发送至客户端的数据量，对客户端的三维重建性能要求较低，解决了现有技术中客户端容易卡死的技术问题，这是本发明的另一个发明点。

本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序代码，当所述计算机程序代码被计算机执行时执行上述之任一的方法。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的方法，其特征在于：该方法包括：

构建步骤，基于多传感器数据构建CIM系统模型，所述多传感器自动采集城市中的CIM多维真实数据存储在所述CIM系统的数据库中；

数据理解探索步骤，对采集到的CIM多维真实数据进行挖掘、判断及处理，将过重多源异构数据关联到CIM系统模型中，当所述多传感器中的至少一个传感器采集的数据发生变化时，基于多传感器深度融合的实时动态场景三维重建算法基于所述CIM系统模型自动调整CIM系统的环境画面；

建立步骤，所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类，基于所述数据种类建立查看数据模型，并对其进行优化和调整；

分析步骤，所述CIM系统对所述查看数据模型进行评估与分析，使得所述查看数据模型符合所述用户的需求；

展示步骤，所述CIM系统根据所述CIM系统的数据库中的数据基于所述查看数据模型生成三维图形发送至所述客户端；

其中，基于多传感器数据构建CIM系统模型的操作为：定义所述CIM系统模型的三维场景中环境变量的表现方式，所述表现方式由照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE共同作用呈现，定义调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，构建各函数为：I(a,b,c,d)、GL(a,b,c,d)、AM(a,b,c,d)、AL(a,b,c,d)、PE(a,b,c,d)，其中，a为温度传感器测值，b为湿度传感器测值，c为PM2.5/10测值，d为光照测值；

其中，设置光照强度的最高值、中间值、最低值分别为E_h、E_m、E_l,设置温度传感器测值的最高值为a_h，最低值为a_l，设置湿度传感器的原始值为Pws(b₀)、测值为Pws(b)、露点温度为T_b，可得照度I公式如下：

光泽度的计算需要用到光源孔径和光线接收角，通过光线接收系统光轴计算物体表面光泽度，设置光源孔径为R，光线接收角为β，可得光泽度GL公式如下：

GL(a,b,c,d)＝100R/β(a+b+c+d)²

设置环境光的最高值为a_h、最低值为a_l，温度传感器测值为a₁，初始值为a₀，可得环境光AM公式如下：

设置区域光的最高值为α，温度传感器测值为a₁，初始值为a₀，可得区域光AL公式如下：

粒子特效的计算涉及到温度传感器测值，设置温度传感器的动态测值为a_i，可得粒子特效PE公式如下：

PE(a,b,c,d)＝log(a_i)/log(max(a_i)*2π)

此外，设调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，分别设置三维场景的坐标偏差变化值为x1、x2，y1、y2，z1、z2，在各传感器测值的共同作用下，计算出调整后的参数值,由此可得各函数测值如下：

L为入射光线的法向量，N为当前表面的法向量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述数据理解探索步骤中，当温度传感器采集的数据的变化超过第一阈值时，在所述CIM系统接收到温度传感器传送的实时温度数据后，经CIM系统对所述实时温度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中：

在各种会因温度变化而产生自我属性值变化的光源体中，将解析出的实时温度数据传输到因温度变化而发生亮度、颜色及其他属性变化的照度I，来模拟虚拟环境中因温度变化而产生的呈现效果，以进行自动调整光照效果；

在用于CIM系统的后期的特效处理函数T中，将接收到的实时温度数据转送到特效处理函数T，模拟虚拟环境中因温度变化产生的光源环境整体或是局部变化的视觉效果，以进行自动调整光照效果；

将解析出的实时温度数据转送到各种区域光AL及粒子特效PE，来模拟虚拟环境中，因温度变化产生的风吹、雨落下、水流动与火焰变化的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述数据理解探索步骤中，当湿度传感器采集的数据的变化超过第二阈值时，在CIM系统接收到湿度传感器传送的实时湿度数据后，经CIM系统对所述实时湿度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中；

将解析出的实时湿度数据转送到用于后期的特效处理函数PE中，模拟三维环境中，因湿度变化产生的色彩、亮度、对比度、饱和度的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述数据理解探索步骤中，当PM2.5\PM10传感器采集的数据的变化超过第三阈值时，在CIM系统接收到PM2.5\PM10传感器传送的实时PM数据后，经CIM系统对所述实时PM数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述数据理解探索步骤中，当光照传感器采集的数据的变化超过第四阈值时，在CIM系统接收到前端的光照传感器传送的实时光照数据后，经CIM系统的三维场景对所述实时湿度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中，根据场景所模拟的自然或人工环境，结合待模拟场景所处的不同经纬度、海拨高度、因时间变化而产生的日夜转换及天气变化特性所接收到的自然光照信息或人工光源信号，匹配到以下能表现光照变化而产生视觉效果的函数中：照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE中，将解析出的实时光照数据作为一个变量值来模拟虚拟现实环境中因光照信息变化而产生的环境效果，以进行自动调整视觉效果。

6.一种基于CIM的城市多维信息交互及场景生成的装置，其特征在于：该装置包括：

构建单元，基于多传感器数据构建CIM系统模型，所述多传感器自动采集城市中的CIM多维真实数据存储在所述CIM系统的数据库中；

数据理解探索单元，对采集到的CIM多维真实数据进行挖掘、判断及处理，将过重多源异构数据关联到CIM系统模型中，当所述多传感器中的至少一个传感器采集的数据发生变化时，基于多传感器深度融合的实时动态场景三维重建算法基于所述CIM系统模型自动调整CIM系统的环境画面；

建立单元，所述CIM系统接收来自客户端的查看请求，所述查看请求包括用户欲查看的数据种类，基于所述数据种类建立查看数据模型，并对其进行优化和调整；

分析单元，所述CIM系统对所述查看数据模型进行评估与分析，使得所述查看数据模型符合所述用户的需求；

展示单元，所述CIM系统根据所述CIM系统的数据库中的数据基于所述查看数据模型生成三维图形发送至所述客户端；

其中，基于多传感器数据构建CIM系统模型的操作为：定义所述CIM系统模型的三维场景中环境变量的表现方式，所述表现方式由照度I、光泽度GL、环境光AM、区域光AL及粒子特效PE共同作用呈现，定义调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，构建各函数为：I(a,b,c,d)、GL(a,b,c,d)、AM(a,b,c,d)、AL(a,b,c,d)、PE(a,b,c,d)，其中，a为温度传感器测值，b为湿度传感器测值，c为PM2.5/10测值，d为光照测值；

其中，设置光照强度的最高值、中间值、最低值分别为E_h、E_m、E_l,设置温度传感器测值的最高值为a_h，最低值为a_l，设置湿度传感器的原始值为Pws(b₀)、测值为Pws(b)、露点温度为T_b，可得照度I公式如下：

光泽度的计算需要用到光源孔径和光线接收角，通过光线接收系统光轴计算物体表面光泽度，设置光源孔径为R，光线接收角为β，可得光泽度GL公式如下：

GL(a,b,c,d)＝100R/β(a+b+c+d)²

设置环境光的最高值为a_h、最低值为a_l，温度传感器测值为a₁，初始值为a₀，可得环境光AM公式如下：

设置区域光的最高值为α，温度传感器测值为a₁，初始值为a₀，可得区域光AL公式如下：

粒子特效的计算涉及到温度传感器测值，设置温度传感器的动态测值为a_i，可得粒子特效PE公式如下：

PE(a,b,c,d)＝log(a_i)/log(max(a_i)*2π)

此外，设调整参数为X，三维场景坐标值为(x,y,z)，分别设置三维场景的坐标偏差变化值为x1、x2，y1、y2，z1、z2，在各传感器测值的共同作用下，计算出调整后的参数值,由此可得各函数测值如下：

L为入射光线的法向量，N为当前表面的法向量。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在所述数据理解探索单元中，当温度传感器采集的数据的变化超过第一阈值时，在所述CIM系统接收到温度传感器传送的实时温度数据后，经CIM系统对所述实时温度数据进行数据解析处理，自动适配到所述CIM系统模型的环境中：

在各种会因温度变化而产生自我属性值变化的光源体中，将解析出的实时温度数据传输到因温度变化而发生亮度、颜色及其他属性变化的照度I，来模拟虚拟环境中因温度变化而产生的呈现效果，以进行自动调整光照效果；

在用于CIM系统的后期的特效处理函数T中，将接收到的实时温度数据转送到特效处理函数T，模拟虚拟环境中因温度变化产生的光源环境整体或是局部变化的视觉效果，以进行自动调整光照效果；

将解析出的实时温度数据转送到各种区域光AL及粒子特效PE，来模拟虚拟环境中，因温度变化产生的风吹、雨落下、水流动与火焰变化的视觉效果，以进行自动调整视觉效果。

8.一种计算机存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-5任一项的方法。

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