CN115422193A

CN115422193A - 一种城市信息模型多源数据的存储方法、系统及介质

Info

Publication number: CN115422193A
Application number: CN202211061859.4A
Authority: CN
Inventors: 陈彪; 刘慧敏; 包世泰; 陈顺清; 谭雅琴
Original assignee: Ogilvy Technology Co ltd
Current assignee: Ogilvy Technology Co ltd
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2042-08-31
Also published as: CN115422193B

Abstract

本发明涉及BIM与GIS领域，特别涉及一种城市信息模型多源数据的存储方法、系统及介质。本发明提供的方法，通过建立城市信息模型数据结构，设置城市信息模型数据的标准格式；采集城市信息模型数据，根据设置的城市信息模型数据的标准格式，对采集的城市信息模型数据进行处理和入库，所设置的标准格式包括场景表、实体表和参考数据；将入库后的城市信息模型数据进行规范化和编码，实现不同类型数据的兼容，和实现数据结构的统一组织与存储，为CIM的集成应用奠定了数据基础。

Description

一种城市信息模型多源数据的存储方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及BIM与GIS领域，特别涉及一种城市信息模型多源数据的存储方法、系统及介质。

背景技术

随着智慧城市与信息技术的发展，城市信息模型(CIM，City Information Model)平台已成为表达和管理城市三维空间的基础平台，是城市规划、建设、管理、运行工作的基础性操作平台，是智慧城市的基础性、关键性和实体性的信息基础设施。CIM平台涉及多源异构数据的融合，而重中之重是BIM与GIS的融合。GIS提供建筑外部环境信息，侧重于全局整体的数据表达；BIM提供建筑单体的信息，侧重于局部的精细表达与信息集成。传统的GIS与BIM融合主要围绕着CityGML和IFC两个标准的数据转换与标准扩展两个方面展开，然而由于两者标准是基于不同的本体定义，尤其是由于GIS与BIM数据在几何结构方面的差异，使得标准之间的兼容差，数据融合难度大，容易造成数据信息丢失。且现有不少CIM平台也多是分开存储GIS与BIM数据，在可视化时叠加二维图层和三维图层进行显示，没有真正做到数据的融合。针对上述问题，迫切需要一种通用的城市信息模型数据组织和存储方式，实现对多源异构的CIM进行统一的组织与存储，从而实现数据的融合与应用。

目前市面上也有一些数据统一组织与存储的解决方案，如通用三维格式GLTF、中地的M3D、超图的S3M等，但这些都是面向渲染的表达模型，没有保留源数据的参数化信息，无法进行精细化的管理与分析。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种城市信息模型多源数据的存储方法，通过建立城市信息模型数据结构，设置城市信息模型数据的标准格式；采集城市信息模型数据，根据设置的城市信息模型数据的标准格式，对采集的城市信息模型数据进行处理和入库；将入库后的城市信息模型数据进行规范化和编码，实现不同类型数据的兼容，为CIM的集成应用奠定了数据基础。

基于同样的发明构思，本发明的第二个目的在于提供一种城市信息模型多源数据的存储系统；

基于同样的发明构思，本发明的第三个目的在于提供一种存储介质。

本发明的第一个目的可以通过如下技术方案达到：

一种城市信息模型多源数据的存储方法，所述方法包括：

建立城市信息模型数据结构，设置城市信息模型数据的标准格式；

采集城市信息模型数据，根据设置的城市信息模型数据的标准格式，对采集的城市信息模型数据进行处理和入库；

将入库后的城市信息模型数据进行规范化和编码；

所设置的城市信息模型数据的标准格式，包括场景表、实体表和参考数据，其中：

场景表表征城市信息模型数据中一组实体共性的特征；

实体表表征物理实体或虚拟实体；

参考数据用于规范、限定、解释、编码各属性值的取值。

进一步的，实体表包括几何信息、属性信息、拓扑信息、样式信息和实体索引信息；

其中，几何信息存储物理实体或虚拟实体的几何数据，采用统一的数据结构，基本构成元素包括点、线、面、体，并使用基本构成元素组合成表面模型和实体模型；

属性信息存储实体对象的属性数据；

拓扑信息存储实体对象已有的拓扑关系，包括相联、相邻、包含、相交和约束。

进一步的，建立城市信息模型数据结构，设置城市信息模型数据的标准格式，包括以下步骤：

根据业务应用需求，将实体表进行特化，并对特化出的属性进行规范定义，使得实体表的数据语义信息得到增强。

进一步的，采集城市信息模型数据，根据设置的城市信息模型数据的标准格式，对采集的城市信息模型数据进行处理和入库，包括以下步骤：

数据预处理；

读取采集的城市信息模型数据的基本信息，将必要的数据填充到场景表中；

读取并解析采集的城市信息模型数据的实体对象，并将解析结果存储在实体表中。

进一步的，解析采集的城市信息模型数据的实体对象，并将解析结果存储在实体表中，包括以下步骤：

解析、转译并存储实体对象的几何信息，通过对几何信息的基本构成元素的组合与计算，将实体对象的几何信息转译为Mesh数据格式或CSG参数化数据格式，并存储于实体表的几何信息字段中；

解析、转译并存储实体对象的属性数据，并存储于实体表的属性信息字段中；

根据实体对象的类型，定义实体对象的关键几何特征，并根据关键几何特征，解析、转译并存储实体对象的实体索引，并存储于实体表的实体索引信息字段中；

解析、转译并存储实体对象的样式信息，并将所述样式信息存储于实体表的样式信息字段中；

解析、转译并存储实体对象的拓扑关系，并存储于实体表的拓扑信息字段中。

进一步的，所述实体对象的样式信息包括三维模型的样式信息和二维模型的样式信息，其中三维模型的样式信息包括材质纹理和贴图，二维数据的样式为符号化信息；所述实体对象的拓扑关系，包括相联、相邻、包含、相交和约束。进一步的，将入库后的城市信息模型数据进行规范化，具体包括：

几何格式转换，当数据入库后，通过增加字段的方式，实现入库后数据的兼容；

属性值规范化，当数据入库后，根据参考数据，规范属性信息的值范围。

进一步的，几何格式转换，为Mesh与CSG格式之间的转换，具体为：

若几何数据的源格式是CSG数据格式，则新增Geometry_Mesh字段，用于存储Mesh格式；

若几何数据的源格式是Mesh数据格式的表面模型，则新增Geometry_CSG字段，用于存储CSG格式；

本发明的第二个目的可以通过如下技术方案达到：

一种城市信息模型多源数据的存储系统，包括数据存储模块、信息解析入库模块、规范化模块，其中：

数据存储模块的数据结构为城市信息模型数据结构，数据格式为城市信息模型数据的标准格式；

信息解析入库模块用于采集城市信息模型数据，根据设置的城市信息模型数据的标准格式，对采集的城市信息模型数据进行处理和入库；

规范化模块用于将入库后的城市信息模型数据进行规范化；

所述城市信息模型数据的标准格式，包括场景表、实体表和参考数据，其中：

场景表表征城市信息模型数据中，一组实体共性的特征；

实体表表征物理实体或虚拟实体；

参考数据用于规范、限定、解释、编码各属性值的取值。

本发明的第三个目的可以通过如下技术方案达到：

一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述城市信息模型多源数据的存储方法。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

(1)本发明通过实体表包括几何信息、属性信息、拓扑信息、样式信息和实体索引信息的方式，并通过规范化的方式，实现二维GIS、三维模型数据、BIM数据的兼容存储和无损存储。

(2)本发明将不同数据结构中的几何信息解析为统一的几何信息，采用统一的数据结构，基本构成元素包括点、线、面、体，并使用基本构成元素组合成表面模型和实体模型，实现不同几何数据结构的融合和统一存储。

(3)本发明根据应用场景和实体表数据的结构，根据业务应用需求，将实体表进行特化，并对特化出的属性进行规范定义，使得实体表的数据语义信息得到增强。

(4)本发明实现了完备的构件级的管理，充分保留构件的参数化等信息。

附图说明

图1是本发明实施例1的城市信息模型多源数据的存储方法流程图；

图2是本发明实施例1的城市信息模型数据结构示意图；

图3是本发明实施例1的几何信息数据结构示意图；

图4是本发明实施例1的实体对象特化关系图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种城市信息模型多源数据的存储方法，所述方法包括：

S100、建立城市信息模型数据结构，设置城市信息模型数据的标准格式；

如图2所示，本实施例中，建立城市信息模型数据AGM结构，AGM结构的标准格式包括场景(scene)表、实体表(entity)和参考数据，其中：

场景表表征城市信息模型数据中，一组实体共性的特征，包括基本信息、空间信息、源数据信息、扩展信息。空间信息包括这组实体的范围包围盒(BoundingBox)及参考位置(Reference Location)。

本实施例中，场景表的扩展信息可直接从源数据解析得到，并支持修改。

实体表表征具有相对完整几何构造、具有相对独立对象概念的物理实体或虚拟实体，包括几何信息、属性信息、拓扑信息、样式信息和实体索引信息，其中：

如图3所示，几何信息存储物理实体或虚拟实体的几何数据，采用统一的数据结构，以Agm::Geometry为所有几何的基类，基本构成元素包括点(Agm::Point)、线(Agm::Curve)、面(Agm::SurfaceModel)、体(Agm::ParameterisedCSG)，并使用基本构成元素在三维模型中组合成表面模型(Agm::Mesh)和实体模型(Agm::Solid)；

属性信息存储实体对象的属性数据；

如图4所示，本实施例中，根据应用场景和实体表数据的结构，设置不同应用场景对应的必要字段，将实体表进行特化；具体而言，根据数据几何结构，实体可以特化为二维数据、三维数据；三维数据可根据各个应用场景的必要字段，特化为BIM实体结构、倾斜摄影实体结构等；根据BIM专业又可对BIM实体结构特化为建筑BIM实体结构、机电BIM实体结构、管道BIM实体结构等。。

拓扑信息存储实体对象已有的拓扑关系，包括相联、相邻、包含、相交和约束；

参考数据用于规范、限定、解释、编码各属性值的取值，使数据更容易被理解和让计算机自动处理。主要用在场景(Scene)的扩展信息、实体(entity)的属性信息。

本实施例中，参考数据可直接采用国标、行标或按需扩展；

本实施例中，参考数据存储的数据类型包括构件类型、构建编码、数值约束、类别约束，其中：

构件类型存储构件类型名称的清单信息，用于规划构件类型的名称，避免命名杂乱；

构建编码存储构件类型的名称与编码的映射关系信息，用于对实体对象进行编码，支持构件按编码匹配及与其他数据交换；

数值约束存储构件属性值的取值范围和单位信息，用于约束属性信息在有效范围内；

类别约束存储构件的分类、类别约束信息，用于约束分类类别，支持前端按类别过滤。

S200、采集城市信息模型数据，根据设置的城市信息模型数据的标准格式，对采集的城市信息模型数据进行处理和入库，包括以下步骤：

S210、数据预处理。本实施例中，数据预处理为对待入库数据进行预处理与质检，包括移除重复对象和空对象、坐标转换、格式转换、拓扑检查等。对于连续表面三维模型，则还需要进行单体化分离出实体对象。

S220、读取采集的城市信息模型数据的基本信息，将必要的数据填充到场景表中。

S230、读取并解析采集的城市信息模型数据的实体对象，实体对象信息包含对象Id、几何信息、属性信息、实体索引、样式、关联关系等，并将解析结果存储在实体表中。

本实施例中，读取数据时，可根据数据类型或数据结构设计不同的对象识别解析器。对于二维矢量而言，实体对象为单个要素；对于三维模型而言，实体对象为单体化后的单体；而对于BIM模型而言，实体对象是单个构件。若数据结构为glTF，则可认为实体对象为node节点；具体可参考表一：

表一

本实施例中，步骤S230具体包括：

S231、解析、转译并存储实体对象的几何信息(Geometry，也叫几何体)。实体对象的几何信息(即几何数据结构)包括点、线、面和体等基本构成元素，本步骤通过对几何信息的基本构成元素的组合与计算，将实体对象的几何信息转译为面向渲染的Mesh数据格式或者面向计算与分析的CSG参数化数据格式，并存储于实体表的几何信息字段中；

S232、解析、转译并存储实体对象的属性数据，并存储于实体表的属性信息字段中；

S233、根据实体对象的类型，定义实体对象的关键几何特征，并根据关键几何特征，解析、转译并存储实体对象的实体索引，并将所述实体索引存储于实体表的实体索引信息字段中；本实施例中，部分根据实体对象的类型定义的关键几何特征，得到的实体索引信息如表二所示：

表二

S234、解析、转译并存储实体对象的样式信息，并将所述样式信息存储于实体表的样式信息字段中，其中，三维模型的样式信息包括材质纹理和贴图，二维数据的样式为符号化信息；

S235、解析、转译并存储实体对象的拓扑关系，包括相联(Connects)、相邻(Touches)、包含(Contains)、相交(Intersects)、约束(Constraints)五类，并存储于实体表的拓扑信息字段中。

本实施例中，拓扑关系中的相联(Connects)关系可用于线性工程或大尺度数据的分块、分区管理，如河流水系在不同的省份之间通过读取该关联关系可形成全域水系图。

S300、将入库后的城市信息模型数据进行规范化和编码，为后续的计算和分析做准备，包括以下步骤：

S310、几何格式转换，当数据入库后，通过增加字段的方式，实现入库后数据的兼容；

本实施例中，几何格式转换支持Mesh与构造几何格式两种格式。其中构造几何(CSG)通过对简单几何体的布尔运算生成复杂几何体，如墙(Wall)包括墙主体、墙洞，可采用两个长方体(Block)通过差方法得到。几何格式转换的方法具体为：

在本发明的一个优选的实施例中，填充值用于支撑空间计算和模型展示，如墙体(Wall)未采集开口元件(IfcOpeningElement)，则需要查找墙体以及与之包含的窗户(Window)的空间关系，进而利用CSG技术对墙体进行开口，以支持窗户的正确显示。相关案例可参考表三：

表三

实体	关联实体	关联关系	用途
				墙	窗户	包含	开口
道路	窨井	包含	开口
				...	...	...	..

S320、属性值规范化，当数据入库后，根据参考数据，通过映射参考数据或语义识别等技术，规范属性信息的值范围。

S330、对数据进行编码。本实施例中，编码包括实体编码和空间编码，其中：

对数据进行实体编码，为根据行业标准，对实体对象进行编码。实体编码可参考行业标准，如BIM构件编码可参考《GB/T 51269-2017建筑信息模型分类和编码标准》、地理实体类的命名可参考《CJJT100-2017城市基础地理信息系统技术标准》；

对数据进行空间编码，可采用Huffman空间编码技术，以提升实体空间检索速度。

综上所述，本实施例通过实体表包括几何信息、属性信息、拓扑信息、样式信息和实体索引信息的方式，并通过规范化的方式，实现二维GIS、三维模型数据、BIM数据的兼容存储和无损存储；本实施例将不同数据结构中的几何信息解析为统一的几何信息，采用统一的数据结构，基本构成元素包括点、线、面、体，并使用基本构成元素组合成表面模型和实体模型，实现不同几何数据结构的融合和统一存储；本实施例根据应用场景和实体表数据的结构，根据业务应用需求，将实体表进行特化，并对特化出的属性进行规范定义，使得实体表的数据语义信息得到增强。本实施例实现了完备的构件级的管理，充分保留构件的参数化等信息。本专利建立的数据结构除可发布为二、三维数据服务，如I3S、3DTiles和S3M，实现跨渲染平台的数据共享和服务共享外，还能保留实体对象的参数化信息，满足构件级的管理、计算与应用。减少资源重复建设，实现“一处建设、多处使用”的服务目标。

实施例2：

与实施例1基于相同的发明构思，本实施例提供了一种城市信息模型多源数据的存储系统，包括数据存储模块、信息解析入库模块、规范化模块，其中：

规范化模块用于将入库后的城市信息模型数据进行规范化。

在本实施例中，城市信息模型数据的标准格式为AGM结构，包括场景(scene)表、实体表(entity)和参考数据。城市信息模型数据结构的建立过程及AGM结构的标准格式，均参见实施例1的步骤S100；信息解析入库模块、规范化模块的实现过程分别参见实施例1的步骤S200、S300。

本实施例中，数据存储模块可为数据库或者文件形式。

实施例3：

本实施例提供了一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例1的城市信息模型多源数据的存储方法，具体如下：

将入库后的城市信息模型数据进行规范化和编码。

需要说明的是，本实施例的计算机可读存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读存储介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读存储介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读存储介质可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本实施例的计算机程序，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Python、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如C语言或类似的程序设计语言。程序可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

显然，上述所述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本发明不限于上述实施例的细节，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims

1.一种城市信息模型多源数据的存储方法，其特征在于，所述方法包括：

将入库后的城市信息模型数据进行规范化和编码；

场景表表征城市信息模型数据中一组实体共性的特征；

实体表表征物理实体或虚拟实体；

参考数据用于规范、限定、解释、编码各属性值的取值。

2.根据权利要求1所述的城市信息模型多源数据的存储方法，其特征在于，实体表包括几何信息、属性信息、拓扑信息、样式信息和实体索引信息；

属性信息存储实体对象的属性数据；

3.根据权利要求2所述的城市信息模型多源数据的存储方法，其特征在于，建立城市信息模型数据结构，设置城市信息模型数据的标准格式，包括以下步骤：

根据业务应用需求，将实体表进行特化，并对特化出的属性进行规范定义。

4.根据权利要求1所述的城市信息模型多源数据的存储方法，其特征在于，采集城市信息模型数据，根据设置的城市信息模型数据的标准格式，对采集的城市信息模型数据进行处理和入库，包括以下步骤：

数据预处理；

5.根据权利要求4所述的城市信息模型多源数据的存储方法，其特征在于，解析采集的城市信息模型数据的实体对象，并将解析结果存储在实体表中，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的城市信息模型多源数据的存储方法，其特征在于，所述实体对象的样式信息包括三维模型的样式信息和二维模型的样式信息，其中三维模型的样式信息包括材质纹理和贴图，二维数据的样式为符号化信息；

所述实体对象的拓扑关系，包括相联、相邻、包含、相交和约束。

7.根据权利要求2所述的城市信息模型多源数据的存储方法，其特征在于，将入库后的城市信息模型数据进行规范化，具体包括：

8.根据权利要求7所述的城市信息模型多源数据的存储方法，其特征在于，几何格式转换，为Mesh与CSG格式之间的转换，具体为：

若几何数据的源格式是Mesh数据格式的表面模型，则新增Geometry_CSG字段，用于存储CSG格式。

9.一种城市信息模型多源数据的存储系统，其特征在于，包括数据存储模块、信息解析入库模块、规范化模块，其中：

规范化模块用于将入库后的城市信息模型数据进行规范化；

场景表表征城市信息模型数据中一组实体共性的特征；

实体表表征物理实体或虚拟实体；

参考数据用于规范、限定、解释、编码各属性值的取值。

10.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-8任一项所述的城市信息模型多源数据的存储方法。