CN114238488A - 一种多专业数字化成果集成与数据交互方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多专业数字化成果集成与数据交互方法及系统，所述方法包括：将现实需求抽象成数据层和应用层的双层架构；在数据层根据各类专业数据的数据类型、数据之间的拓扑关系进行数据分类与前后端技术方案选型；根据数据分类与前后端技术方案选型结果，搭建后台数据仓库，包括公共数据库、各专业的基础数据库和成果数据库；基于后台数据仓库，在应用层根据数据分类和应用需求进行各种场景的应用功能设计与开发，建立基础建设数字化服务平台。本发明可在不丢失各专业的属性信息的前提下实现基础建设领域数字化建设的跨专业集成与交互。

Description

一种多专业数字化成果集成与数据交互方法及系统

技术领域

本发明属于基础建设工程技术领域，具体涉及一种多专业数字化成果集成与数据交互方法及系统。

背景技术

我国基础建设领域（包括水利水电、交通、住建等行业）于本世纪初开始引进和应用数字化技术，BIM（建筑信息模型）是其中的典型代表，其次还包括GIS（地理信息系统）和GIM（地质三维建模）等。这些都是计算机图形学技术引用到基础建设领域以后针对不同专业对象的应用成果，因此能够有效地帮助相应的专业实现数字化转型。在这些单一专业成果基础上，我国基础建设领域的大型服务型企业都致力于实现跨专业数字化成果的集成和数据交互，从而能够基于丰富的专业数据、针对不同应用场景开展数字化业务；此外，包括国家电网和三峡集团等大型央企在内的业主单位在工程投资建设时，都要求服务方交付三维数字化成果，试图在此基础上实现数字孪生形式的工程建设和运行管理，提高工程效益和积累数字资产。

开展数字化业务、积累数字资产都是基础建设领域发展数字经济的具体形式，其前提条件是能够实现各相关专业数字化成果的集成和数据交互。目前世界上基本解决了相同专业对象数字化成果之间的交互，即专业内不同软件之间的数据交互，其中最具代表性的是针对不同BIM软件实现成果交互的IFC标准。与之相比，跨专业交互和多专业集成基本处于探索阶段，根本原因在于现有数字化技术都针对其中某一类对象开发，缺少对其他类型对象的兼容性。

尽管我国很多机构都要求以某一款现有软件为“总平台”，实现对其他专业成果的集成，显然地，这一技术方案不仅缺乏应有的科学基础、而且现实中也不可能取得预期效果，其中最突出的问题在属性丢失。在某个专业三维模型对象在导入到指定的软件后，由于专业对象特征差异导致的对象分类和数据结构等基础性差别，不可避免地导致属性信息丢失，只能传递几何形态信息，导致只能看、缺乏应用价值的局面。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种多专业数字化成果集成与数据交互方法及系统，用于解决行业数字化建设过程中所要求的多专业成果集成和跨专业交互时存在的专业属性丢失的问题。

本发明第一方面，提出一种多专业数字化成果集成与数据交互方法，所述方法包括：

将现实需求抽象成数据层和应用层的双层架构，其中数据层用于存储应用层所需要的各类专业数据，应用层用于基于数据层的各类专业数据实现网络化的应用和服务；

在数据层根据各类专业数据的数据类型、数据之间的拓扑关系进行数据分类与前后端技术方案选型；

根据数据分类与前后端技术方案选型结果，搭建后台数据仓库，包括公共数据库、各专业的基础数据库和成果数据库；

基于后台数据仓库，在应用层根据数据分类和应用需求进行各种场景的应用功能设计与开发。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述应用层在WEB端通过API接口访问和调用任意数据库的数据进行可视化展示。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述在数据层根据各类专业数据的数据类型、数据之间的拓扑关系进行数据分类与前后端技术方案选型具体包括：

将数据层的数据分为公共性数据和专业数据两大类；

公共性数据用来库存储人员和工程信息，用于通用性管理功能设计与开发；

专业数据按专业划分为勘察、分析、设计、监测和施工5个专业；将每个专业的数据分为基础数据和成果数据两类，对应于各专业数字化技术应用时输入条件和输出结果；

分别为这5个专业的基础数据和成果数据进行技术选型。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述专业数据按专业划分为勘察、分析、设计、监测和施工5个专业具体包括：

勘察专业包括但不限于现实中的工程测量、地质、勘探、物探、试验和测试6个细分专业方向，勘察专业针对地质体几何形态的不规则性和专业数据的空间离散性，建立数据层的不同数据之间的拓扑关系；

分析专业包括岩土体工程的定性分析和定量计算方法；

设计专业是指在三维地质模型基础上完成边坡、洞室、基坑、基础四大类岩土体工程结构轮廓形态和加固结构的设计工作，同时实现对规则和不规则对象几何轮廓、确定性和不确定性属性信息的描述与记录；

监测和施工专业基于勘察、分析、设计专业的数字化成果和技术要求，记录三维地质模型模型和属性信息随时间的不规律动态变化的监测数据和施工数据。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述将每个专业的数据分为基础数据和成果数据两类具体包括：

勘察专业的基础数据包括工程测量、地质、勘探、物探、试验、测试6个细分专业的基础数据和成果数据；勘察专业的成果数据包括通过专业软件生成的三维模型、根据工程要求划分的地质单元体及因工程需求而异的专业属性信息；

分析专业的基础数据为计算分析的输入条件，包括勘察专业的成果数据、设计专业的成果数据；分析专业的成果数据为各种假设工况下的三维模型、与计算方法相关的计算结果；

设计专业的基础数据为设计所依赖的输入条件，包括勘察专业成果数据、各类加固结构材料及其相关属性；设计专业的成果数据包括岩土工程对象的三维模型和各类工程量相关指标；

监测专业的基础数据为监测设计所依赖的输入条件，包括勘察专业成果数据、设计专业成果数据、各类监测仪器及其相关参数；监测专业的成果数据包括含监测布置的三维模型和随时间动态变化的监测数据；

施工专业的基础数据为施工组织设计所依赖的输入条件，包括勘察专业成果数据和设计专业成果数据；施工专业的成果数据包括施工组织方案和随时间动态变化的施工信息。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述后台数据仓库中，各专业的成果数据库存储对应专业的对象的专业三维模型，所述专业三维模型由对象的几何形态信息和属性信息组成，几何信息为各专业通用，属性信息基于所属专业的不同有所差别，将专业三维模型对象的几何形态信息和属性信息分别储存并通过唯一的标识ID关联。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述应用层通过WEB图形技术展示数据库存储的各类专业三维模型。

本发明第二方面，公开一种多专业数字化成果集成与数据交互系统，所述系统包括：

双层架构模块：用于将现实需求抽象成数据层和应用层的双层架构，其中数据层用于存储应用层所需要的各类专业数据，应用层用于基于数据层的各类专业数据实现网络化的应用和服务；

数据分类模块：用于在数据层根据各类专业数据的数据类型、数据之间的拓扑关系进行数据分类与前后端技术方案选型；

仓库搭建模块：用于根据数据分类与前后端技术方案选型结果，搭建后台数据仓库，包括公共数据库、各专业的基础数据库和成果数据库；

场景应用模块：用于基于后台数据仓库，在应用层根据数据分类和应用需求进行各种场景的应用功能设计与开发。

本发明第三方面，公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；

其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明第一方面所述的方法。

本发明第四方面，公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使计算机实现本发明第一方面所述的方法。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1）本发明将现实需求抽象成数据层和应用层的双层架构，核心是数据层设计和实现，能够存储各专业不同类型的数据、不涉及复杂的专业数据处理过程和相应的业务逻辑，从而不依赖任何第三方建模软件。

2）本发明将数据层中的专业三维模型对象的几何形态信息和相应的属性信息通过唯一的标识ID关联，弱化属性信息的专业特性，从而能够在应用层通过WEB技术实现各专业数据轻松访问、实现可视化和不同场景的跨专业交互应用，在不丢失各专业的属性信息的前提下实现基础建设领域数字化建设的跨专业交互。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的多专业数字化成果集成与数据交互方法流程图；

图2为本发明实现多专业数字化成果集成的双层架构原理图；

图3为本发明的多专业数字化成果交互示意图；

图4为本发明的将各专业成果数据在WEB端集成进行三维可视化展示示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提出一种多专业数字化成果集成与数据交互方法，方法包括：

S1、需求分析与架构设计：将现实需求抽象成数据层和应用层的双层架构。

针对基础建设领域数字化成果跨专业交互存在的方法错误和属性丢失问题，本发明设计一种由数据层和应用层组成的双层系统架构。

图2为本发明实现多专业数字化成果集成的双层架构原理图，其中数据层由兼容多种类型数据的数据库组成，用于存储应用层所需要的各类专业数据，满足集成多元数据的要求。应用层用于基于数据层的各类专业数据实现网络化的应用和服务。应用层还包括WEB图形技术，用于展示数据库存储的各专业三维模型。数据层与业务层的核心是数据，即存储在不同数据库中的基础数据和成果数据，专业数字化技术（如三维建模技术）将基础数据加工为成果数据，当约定数据格式等相关标准以后，本发明跨专业集成的实现过程不依赖任何指定的专业数字化软件。

相对于传统的三层架构，本发明双层系统架构中弱化了复杂的业务层，将业务层的处理过程视为将基础数据转换为成果数据的数据加工生产过程，只记录各个专业基础数据和成果数据，建立基础建设数字化服务平台，以此实现多专业数字化成果的集成和交互。

S2、数据分类与技术选型：在数据层根据各类专业数据的数据类型、数据之间的拓扑关系进行数据分类与前后端技术方案选型。

将数据层的数据分为公共性数据和专业数据两大类，根据数据类型和特点采用相应的数据库存储。

其中，公共性数据用来库存储人员和工程信息，用于通用性管理功能设计与开发；

专业数据按专业划分进行存储和管理，所述专业划分并不完全与现实等同，不仅包含现实中的专业工作需要，专业划分时还需考虑现实工作中的专业分工、对象特点和数字化技术要求，每个专业具有“数字”上的独立性。

本发明将专业数据按专业划分为勘察、分析、设计、监测和施工5个专业，具体包括：

勘察专业包括但不限于现实中的工程测量、地质、勘探、物探、试验和测试6个细分专业方向，勘察专业数字上的独立性在于该专业针对地质体几何形态的不规则性和专业数据的空间离散性，决定了建立了数据层的不同数据之间的拓扑关系。

分析专业包括岩土体工程的定性分析和定量计算方法；其数字上的独立性在于包括实现“材料分区”所需要的二维和三维块体对象类型及块体边界拓扑关系的数据结构等。

设计专业是指在三维地质模型基础上完成边坡、洞室、基坑、基础四大类岩土体工程结构轮廓形态和加固结构的设计工作，其数字上的独立性在于“双重”属性，即要求同时实现对规则和不规则对象几何轮廓、确定性和不确定性属性信息的描述与记录；

监测和施工专业继承了勘察、分析、设计专业的数字化成果和技术要求，记录三维地质模型模型和属性信息随时间的不规律动态变化的监测数据和施工数据。

本发明将每个专业的数据分为基础数据和成果数据两类，对应于各专业数字化技术应用时输入条件和输出结果，具体包括：

勘察专业的基础数据包括工程测量、地质、勘探、物探、试验、测试6个细分专业的基础数据和成果数据；勘察专业的成果数据包括通过专业软件生成的三维模型、根据工程要求划分的地质单元体及因工程需求而异的专业属性信息；

分析专业的基础数据为计算分析的输入条件，包括勘察专业的成果数据三维地质模型和属性）、设计专业的成果数据（轮廓模型和属性）；分析专业的成果数据为各种假设工况下的三维模型、与计算方法相关的计算结果；

设计专业的基础数据为设计所依赖的输入条件，包括勘察专业成果数据、各类加固结构材料及其相关属性；设计专业的成果数据包括岩土工程对象的三维模型和各类工程量相关指标；

监测专业的基础数据为监测设计所依赖的输入条件，包括勘察专业成果数据、设计专业成果数据、各类监测仪器及其相关参数；监测专业的成果数据包括含监测布置的三维模型和随时间动态变化的监测数据；

施工专业的基础数据为施工组织设计所依赖的输入条件，包括勘察专业成果数据和设计专业成果数据；施工专业的成果数据包括施工组织方案和随时间动态变化的施工信息。

每个专业的数据分类完成后，分别为这5个专业的基础数据和成果数据进行技术选型。

S3、数据库搭建与数据关联：根据数据分类与前后端技术方案选型结果，搭建后台数据仓库。

基于步骤S2的数据分类、专业分类结果分别建立对应的数据库。后台数据仓库包括公共数据库、各专业的基础数据库和成果数据库；公共数据库中存储公共性数据，各专业的基础数据库和成果数据库分别用于存储各个专业数据中的基础数据和成果数据。

所述后台数据仓库中，各专业的成果数据库存储对应专业的对象的专业三维模型，所述专业三维模型由对象的几何形态信息和属性信息组成，一般几何信息为各专业通用，属性信息基于所属专业的不同有所差别。

本发明在数据层中为各专业三维模型的每一个对象建立唯一的标识ID，将专业三维模型对象的几何形态信息和属性信息分别储存并通过该唯一的标识ID关联，从而能够索引到该对象的几何模型及其对应的所有专业属性信息，弱化属性信息的专业特性，实现对任一个专业三维模型对象的专业属性信息的访问，这样各专业的专业三维模型在跨专业交互时可以通过唯一的标识ID快速关联到各专业对应的属性信息，防止出现在跨专业集成交互时属性信息丢失问题。

S4、数据访问与应用：基于后台数据仓库，在应用层根据数据分类和应用需求进行各种场景的应用功能设计与开发。

根据数据分类和应用需求进行各种场景的应用功能设计与开发，建立基础建设数字化服务平台，在WEB端通过API接口实现对后台数据仓库中几乎所有数据的访问，根据数据专业属性和应用需求进行各种场景的应用功能设计与开发，实现多专业数据集成和综合应用以及跨专业管理和数字化服务。

具体的，通过数据层搭建的公共数据库、各专业的基础数据库和成果数据库，当约定数据格式等相关标准后，在WEB端可任意访问和调用任意数据库的数据进行可视化展示，不限专业、不限属性，真正实现多专业数字化成果的集成，并根据基础建设领域的现实需求进行多专业的数据交互。

应用例1：勘察专业的成果数据（三维地质模型及地质属性）可作为设计专业的基础数据进行设计，得到设计专业的成果数据（带工程设计信息的三维地质模型），而设计专业的成果数据（带工程设计信息的三维地质模型）可作为分析专业的基础数据进行计算分析得到成果数据（各种假设工况下的模型与计算结果），由分析专业的成果数据可进一步验证设计专业成果数据的有效性和可靠性，如图3，实现了多专业数字化成果的交互。

应用例2：在WEB端可通过API接口实现对所有数据库中几乎所有数据的访问，如图4，可对勘察、分析、设计、监测、施工的成果数据在WEB端集成进行三维可视化展示，比如地表模型、地层模型、断层模型，施工信息、结构BIM模型。便于数据分析对比，可通过监测数据的走势判断设计的合理性和施工的准确性，并可与勘察、分析成果进行复核，通过相应位置的监测数据可反映工程地质条件的情况和计算分析的可靠性，在WEB端进行各专业成果的可视化展示和交互，可快速比对，判断各专业的相互影响，有助于地质工程全生命周期流程的把控。

与上述方法实施例相对应，本发明还提出一种多专业数字化成果集成与数据交互系统，所述系统包括：

双层架构模块：用于将现实需求抽象成数据层和应用层的双层架构，其中数据层用于存储应用层所需要的各类专业数据，应用层用于基于数据层的各类专业数据实现网络化的应用和服务；

数据分类模块：用于在数据层根据各类专业数据的数据类型、数据之间的拓扑关系进行数据分类与前后端技术方案选型；

仓库搭建模块：用于根据数据分类与前后端技术方案选型结果，搭建后台数据仓库，包括公共数据库、各专业的基础数据库和成果数据库；

场景应用模块：用于基于后台数据仓库，在应用层根据数据分类和应用需求进行各种场景的应用功能设计与开发和展示。

以上系统实施例和方法实施例是一一对应的，系统实施例简述之处请参阅方法实施例即可。

本发明还公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明前述的方法。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以分布到多个网络单元上。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多专业数字化成果集成与数据交互方法，其特征在于，所述方法包括：

将现实需求抽象成数据层和应用层的双层架构，其中数据层用于存储应用层所需要的各类专业数据，应用层用于基于数据层的各类专业数据实现网络化的应用和服务；

在数据层根据各类专业数据的数据类型、数据之间的拓扑关系进行数据分类与前后端技术方案选型；

根据数据分类与前后端技术方案选型结果，搭建后台数据仓库，包括公共数据库、各专业的基础数据库和成果数据库；

基于后台数据仓库，在应用层根据数据分类和应用需求进行各种场景的应用功能设计与开发和展示。

2.根据权利要求1所述的多专业数字化成果集成与数据交互方法，其特征在于，所述数据层由兼容多种专业数据的数据库组成，应用层包括WEB图形技术，用于展示数据库存储的各专业三维模型。

3.根据权利要求1所述的多专业数字化成果集成与数据交互方法，其特征在于，所述在数据层根据各类专业数据的数据类型、数据之间的拓扑关系进行数据分类与前后端技术方案选型具体包括：

将数据层的数据分为公共性数据和专业数据两大类；

公共性数据用来库存储人员和工程信息，用于通用性管理功能设计与开发；

专业数据按专业划分为勘察、分析、设计、监测和施工5个专业；将每个专业的数据分为基础数据和成果数据两类，对应于各专业数字化技术应用时的输入条件和输出结果；

分别为这5个专业的基础数据和成果数据进行技术选型。

4.根据权利要求3所述的多专业数字化成果集成与数据交互方法，其特征在于，所述专业数据按专业划分为勘察、分析、设计、监测和施工5个专业具体包括：

勘察专业包括但不限于现实中的工程测量、地质、勘探、物探、试验和测试6个细分专业方向，勘察专业针对地质体几何形态的不规则性和专业数据的空间离散性，建立不同数据之间的拓扑关系；

分析专业包括岩土体工程的定性分析和定量计算方法；

设计专业是指在三维地质模型基础上完成边坡、洞室、基坑、基础四大类岩土体工程结构轮廓形态和加固结构的设计工作，同时实现对规则和不规则对象几何轮廓、确定性和不确定性属性信息的描述与记录；

监测和施工专业基于勘察、分析、设计专业的数字化成果和技术要求，记录三维地质模型模型和属性信息随时间的不规律动态变化的监测数据和施工数据。

5.根据权利要求4所述的多专业数字化成果集成与数据交互方法，其特征在于，所述将每个专业的数据分为基础数据和成果数据两类具体包括：

勘察专业的基础数据包括工程测量、地质、勘探、物探、试验、测试6个细分专业的基础数据和成果数据；勘察专业的成果数据包括通过专业软件生成的三维模型、根据工程要求划分的地质单元体及因工程需求而异的专业属性信息；

分析专业的基础数据为计算分析的输入条件，包括勘察专业的成果数据、设计专业的成果数据；分析专业的成果数据为各种假设工况下的三维模型、与计算方法相关的计算结果；

设计专业的基础数据为设计所依赖的输入条件，包括勘察专业成果数据、各类加固结构材料及其相关属性；设计专业的成果数据包括岩土工程对象的三维模型和各类工程量相关指标；

监测专业的基础数据为监测设计所依赖的输入条件，包括勘察专业成果数据、设计专业成果数据、各类监测仪器及其相关参数；监测专业的成果数据包括含监测布置的三维模型和随时间动态变化的监测数据；

施工专业的基础数据为施工组织设计所依赖的输入条件，包括勘察专业成果数据和设计专业成果数据；施工专业的成果数据包括施工组织方案和随时间动态变化的施工信息。

6.根据权利要求5所述的多专业数字化成果集成与数据交互方法，其特征在于，所述后台数据仓库中，各专业的成果数据库存储对应专业的对象的专业三维模型，所述专业三维模型由对象的几何形态信息和属性信息组成，几何信息为各专业通用，属性信息基于所属专业的不同有所差别，为专业三维模型的每一个对象分配唯一标识ID，将专业三维模型对象的几何形态信息和属性信息分别储存并通过唯一的标识ID关联。

7.根据权利要求2所述的多专业数字化成果集成与数据交互方法，其特征在于，所述应用层在WEB端通过API接口访问和调用任意数据库的数据进行可视化展示。

8.一种多专业数字化成果集成与数据交互系统，其特征在于，所述系统包括：

双层架构模块：用于将现实需求抽象成数据层和应用层的双层架构，其中数据层用于存储应用层所需要的各类专业数据，应用层用于基于数据层的各类专业数据实现网络化的应用和服务；

数据分类模块：用于在数据层根据各类专业数据的数据类型、数据之间的拓扑关系进行数据分类与前后端技术方案选型；

仓库搭建模块：用于根据数据分类与前后端技术方案选型结果，搭建后台数据仓库，包括公共数据库、各专业的基础数据库和成果数据库；

场景应用模块：用于基于后台数据仓库，在应用层根据数据分类和应用需求进行各种场景的应用功能设计与开发和展示。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；

其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现权利要求1~7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使计算机实现权利要求1~7任一项所述的方法。

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