CN115797568A - 一种基于三维gis与bim集成的建模方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法及装置。该方法通过建立水利工程的实景三维模型；构建水利工程的空间模型；在BIM工具中构建水利工程的BIM模型；将BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合；利用GIS工具，将BIM工具中制作的.nwc格式的文件导出为GIS工具的GIS系统支持的数据格式；将GIS系统中的投影信息赋予给BIM模型，将GIS数据与BIM数据融合；同时展示水利工程宏观和微观数据，使工程的规划设计和建设管理实现数字化、信息化和精细化。
Description
技术领域
本发明涉及建模技术领域，尤其涉及一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法及装置。
背景技术
水利工程建设涉及地理环境、地质条件、交通、经济等多方面，需要复杂且庞大的数据支持，传统的二维 CAD 设计图难以充分利用多源数据，无法直观展示设计方案，制约了设计效率的提高。信息技术的发展为水利行业提供了新的技术手段，建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM) 技术应运而生，它能够对单体建筑进行三维数字化建模。地理信息系统( Geographic Information System，GIS) 技术因其强大的空间数据展示、管理和分析能力，也逐渐被应用于水利行业的规划建设工作中。
BIM 模型包含了丰富的建筑物微观层面的数据，它侧重建筑本身的几何特征、空间结构模型以及属性信息的管理，但基于 BIM 技术开发的软件无法加载大范围的地理空间数据，而GIS能够从宏观上提供地理空间数据，它侧重建筑物外部的地理环境信息的显示和分析，但不包含建筑物内部信息。如何同时展示水利工程宏观和微观数据，使工程的规划设计和建设管理实现数字化、信息化和精细化，是业内亟待解决的问题。因此，有必要提出一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法及装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法及装置，能够同时展示水利工程宏观和微观数据，使工程的规划设计和建设管理实现数字化、信息化和精细化。
第一方面，本发明提供一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法，包括：
建立水利工程的实景三维模型；
构建水利工程的空间模型，所述空间模型包含水利工程的三维空间数据；
根据所述实景三维模型和空间模型，在BIM工具中构建水利工程的BIM模型；
将所述BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合；
利用GIS工具，将BIM工具中制作的.nwc格式的文件导出为GIS工具的GIS系统支持的数据格式；
将GIS系统中的投影信息赋予给所述BIM模型，将GIS数据与BIM数据融合。
进一步地，建立水利工程的实景三维模型，包括：
获取数据源，所述数据源为固定翼无人机单镜头获取的正摄影像与多旋翼无人机五镜头倾斜影像；
基于所述数据源，采用影像匹配彩色点云数据技术和三维网格优化算法，进行三维重建、纹理映射、连接点重构纹理和重建约束，建立水利工程的实景三维模型。
进一步地，构建水利工程的空间模型，所述空间模型包含水利工程的三维空间数据的步骤中，所述水利工程的三维空间数据包括泄洪道、拦河坝、电站厂房、溢洪道在内的多个不同的单体化数据。
进一步地，根据所述实景三维模型和空间模型，在BIM工具中构建水利工程的BIM模型，包括：
根据所述空间模型，在BIM工具中进行BIM模型制作，对于建筑中所需的不同构件，在BIM工具中选择对应的族，构建BIM模型；
将所述实景三维模型与BIM模型进行叠加融合。
进一步地，将所述BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合，包括：
通过数据格式转化、数据标准扩展和地理本体论方法进行GIS数据与BIM数据的相互转换与数据融合；
利用GIS工具的BIM数据导入入口，以IFC为BIM数据格式，通过三维空间数据规范Spatial3DModel定义的数据格式，形成两类数据间的关联列表，实现GIS数据与BIM数据间的深度融合。
第二方面，本发明提供一种基于三维GIS与BIM集成的建模装置，包括：
实景三维模型建立单元，用于建立水利工程的实景三维模型；
空间模型构建单元，用于构建水利工程的空间模型，所述空间模型包含水利工程的三维空间数据；
BIM模型构建单元，用于根据所述实景三维模型和空间模型，在BIM工具中构建水利工程的BIM模型；
融合单元，用于将所述BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合；
导出单元，用于利用GIS工具，将BIM工具中制作的.nwc格式的文件导出为GIS工具的GIS系统支持的数据格式；
赋予单元，用于将GIS系统中的投影信息赋予给所述BIM模型，将GIS数据与BIM数据融合。
进一步地，所述实景三维模型建立单元，包括：
获取子单元，用于获取数据源，所述数据源为固定翼无人机单镜头获取的正摄影像与多旋翼无人机五镜头倾斜影像；
建立子单元，用于基于所述数据源，采用影像匹配彩色点云数据技术和三维网格优化算法，进行三维重建、纹理映射、连接点重构纹理和重建约束，建立水利工程的实景三维模型。
进一步地，所述水利工程的三维空间数据包括泄洪道、拦河坝、电站厂房、溢洪道在内的多个不同的单体化数据。
进一步地，所述BIM模型构建单元，包括：
构建子单元，用于根据所述空间模型，在BIM工具中进行BIM模型制作，对于建筑中所需的不同构件，在BIM工具中选择对应的族，构建BIM模型；
叠加子单元，用于将所述实景三维模型与BIM模型进行叠加融合。
进一步地，所述融合单元，包括：
第一融合子单元，用于通过数据格式转化、数据标准扩展和地理本体论方法进行GIS数据与BIM数据的相互转换与数据融合；
第二融合子单元，用于利用GIS工具的BIM数据导入入口，以IFC为BIM数据格式，通过三维空间数据规范Spatial3DModel定义的数据格式，形成两类数据间的关联列表，实现GIS数据与BIM数据间的深度融合。
本发明的有益效果如下：本发明提供的一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法及装置，通过建立水利工程的实景三维模型；构建水利工程的空间模型，空间模型包含水利工程的三维空间数据；根据实景三维模型和空间模型，在BIM工具中构建水利工程的BIM模型；将BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合；利用GIS工具将BIM工具中制作的.nwc格式的文件导出为GIS工具的GIS系统支持的数据格式；将GIS系统中的投影信息赋予给BIM模型，将GIS数据与BIM数据融合；能够同时展示水利工程宏观和微观数据，使工程的规划设计和建设管理实现数字化、信息化和精细化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法流程图；
图2是本发明的一种基于三维GIS与BIM集成的建模装置组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
请参阅图1，本发明提供一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法，包括：
S101，建立水利工程的实景三维模型。
在本实施例中，获取数据源，所述数据源为固定翼无人机单镜头获取的正摄影像与多旋翼无人机五镜头倾斜影像；基于所述数据源，采用影像匹配彩色点云数据技术和三维网格优化算法，进行三维重建、纹理映射、连接点重构纹理和重建约束，建立水利工程的实景三维模型。
将原始影像整理成果、POS数据等导入Smart3DCapture软件，经像片刺点、几何处理、自动匹配空三、构建TIN模型、贴纹理、构建三维模型等步骤，实现实景三维建模。整个过程自动化程度高，正射影像和倾斜影像全自动联合空三，并为建筑物创建高密度的不规则三角网，并自动贴纹理。
在三维建模过程中，采用的软件虽然自动化程度较高，但仍然存在POS和像控点坐标不一致、外方位元素未知等技术难点。为保证模型的精度，本发明采用以下具体的人工干预步骤:由于卫星定位原始数据为WGS-84坐标系，因此在数据导入前需要进行平面和高程坐标转换，以解决POS和像控点坐标不一致的问题。影像空间位置和姿态信息附加。为使POS数据中的点名与相应影像名称完全一致，利用Excel表格模板将影像名称和POS数据导入。模型编辑处理。如对删除碎片、水面修补等进行修改操作，将*．3mx格式瓦片转换成*．obj格式导入第三方软件(如Geomagic、3dsMax等)进行修改，修改后的模型以*．obj格式导入Smart3D进行更新处理或重新建模，生成*．3mx格式的三维模型。
S102，构建水利工程的空间模型，所述空间模型包含水利工程的三维空间数据。
水利工程的三维空间数据包括泄洪道、拦河坝、电站厂房、溢洪道在内的多个不同的单体化数据。每个虚拟的水利工程单体化数据都可以具象化为空间对象实体的点、线、面。点状实体由节点及标记组成，线状实体由曲线段及标记组成，面状实体由多边形及标记组成。点、线、面三种不同类型的数据与标记组后与地理坐标融合，确定水利工程在三维空间地理环境中的地理位置，最终得到的数据则为包含位置信息与具体属性信息的水利工程整体信息。
S103，根据所述实景三维模型和空间模型，在BIM工具中构建水利工程的BIM模型。
在本实施例中，根据所述空间模型，在BIM工具中进行BIM模型制作，对于建筑中所需的不同构件，在BIM工具中选择对应的族，构建BIM模型；将所述实景三维模型与BIM模型进行叠加融合。
BIM模型建立的基础是结构元素建模，即最小构成单元建模，如拦河坝，以CAD底图为数据基础，在BIM工具中进行BIM模型制作，BIM建模的核心特征之一是模型参数化设计，对于建筑中所需的不同构件，BIM工具中都有对应的族可供选择，对于梁、墙、柱、道等，可将BIM工具中系统族原有尺寸修正为实际参数进行应用，而对于孔、闸等构件则可在载入族中选择满足形状构建族，设置相关参数后进行保存可反复使用。
BIM的可视化建模过程提高了模型重现精度，但各个结构元素间的碰撞现象仍不可避免，为了模型的精确还原，本研究使用当前主流检查方法，将BIM工具中的模型以.nwc格式导入AutodeskNavisworks软件中进行碰撞检查，根据碰撞检查结果修正模型。
三维精细模型应用在水利工程BIM，将实景模型与虚拟模型叠加融合应用于水利工程建设管理全生命周期，可以使水利工程投资分析、设计、施工、管理等更加科学精准。
S104，将所述BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合。
在本实施例中，通过数据格式转化、数据标准扩展和地理本体论方法进行GIS数据与BIM数据的相互转换与数据融合；利用GIS工具的BIM数据导入入口，以IFC为BIM数据格式，通过三维空间数据规范Spatial3DModel定义的数据格式，形成两类数据间的关联列表，实现GIS数据与BIM数据间的深度融合。
S105，利用GIS工具，将BIM工具中制作的.nwc格式的文件导出为GIS工具的GIS系统支持的数据格式。
利用上述数据融合方式，充分考虑当前 BIM文件格式各异的情况，利用GIS工具提供的Export插件，将BIM工具中制作的.nwc格式的文件导出为GIS工具的 GIS软件支持的数据格式。在完成数据格式转换后，需要将 GIS系统中的投影信息赋予 BIM 模型数据，才能将 GIS数据与 BIM 数据精确融合，而GIS工具针对上述需求，提供的GIS工具 Export 插件能够在 BIM数据导入 GIS 系统后对 BIM数据进行点式插入及自定义投影，其中插点式投影可在 BIM数据中编辑插入点信息，对点位设置球面坐标或平面坐标，而自定义投影则可以选择投影方式导出BIM 模型。从而保证 BIM数据与 GIS 数据的精确套合。除上述基础的数据套合功能外，GIS工具在保证 BIM数据装载、展示方面引入以下技术：
基于四叉树的LOD技术。基于四叉树模型，融合视点相关的LOD（LevelsofDetial，层次细节）简化方法，选择多分辨率地图，近视点用高息借的层次表示，远视点用粗糙细节表示，实现了在GIS工具中快速显示海量真三维数据，且视点距离越近，真三维数据细节越多。数据裁剪技术。利用遮挡物进行可见性测试，以识别场景是否被遮挡，对所有瞬间视点附近的大型遮挡物识别预处理，反复进行可见性测试，保证尽量少的、离视点近的动态遮挡目标数组被处理。数据动态装载技术。采用数据分层、分块及数据动态更新的算法，实现多层次的水利工程场景实时描绘，并利用多线程运行机制削减场景加载延迟。利用上述技术，GIS工具能够突破BIM模型在GIS平台中的数据装载及展示方面的瓶颈，从数据层面解决三维场景如何共存BIM与其他海量三维模型，在满足场景完整性需求的同时提升浏览性能。
S106，将GIS系统中的投影信息赋予给所述BIM模型，将GIS数据与BIM数据融合。
请参阅图2，本发明提供一种基于三维GIS与BIM集成的建模装置，包括：
实景三维模型建立单元11，用于建立水利工程的实景三维模型；
空间模型构建单元12，用于构建水利工程的空间模型，所述空间模型包含水利工程的三维空间数据；
BIM模型构建单元13，用于根据所述实景三维模型和空间模型，在BIM工具中构建水利工程的BIM模型；
融合单元14，用于将所述BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合；
导出单元15，用于利用GIS工具，将BIM工具中制作的.nwc格式的文件导出为GIS工具的GIS系统支持的数据格式；
赋予单元16，用于将GIS系统中的投影信息赋予给所述BIM模型，将GIS数据与BIM数据融合。
在本实施例中，所述实景三维模型建立单元，包括：
获取子单元，用于获取数据源，所述数据源为固定翼无人机单镜头获取的正摄影像与多旋翼无人机五镜头倾斜影像；
建立子单元，用于基于所述数据源，采用影像匹配彩色点云数据技术和三维网格优化算法，进行三维重建、纹理映射、连接点重构纹理和重建约束，建立水利工程的实景三维模型。
在本实施例中，所述水利工程的三维空间数据包括泄洪道、拦河坝、电站厂房、溢洪道在内的多个不同的单体化数据。
在本实施例中，所述BIM模型构建单元，包括：
构建子单元，用于根据所述空间模型，在BIM工具中进行BIM模型制作，对于建筑中所需的不同构件，在BIM工具中选择对应的族，构建BIM模型；
叠加子单元，用于将所述实景三维模型与BIM模型进行叠加融合。
进一步地，所述融合单元，包括：
第一融合子单元，用于通过数据格式转化、数据标准扩展和地理本体论方法进行GIS数据与BIM数据的相互转换与数据融合；
第二融合子单元，用于利用GIS工具的BIM数据导入入口，以IFC为BIM数据格式，通过三维空间数据规范Spatial3DModel定义的数据格式，形成两类数据间的关联列表，实现GIS数据与BIM数据间的深度融合。
本发明实施例还提供一种存储介质，本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明提供的基于三维GIS与BIM集成的建模方法各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（英文：Read-OnlyMemory，简称：ROM）或随机存储记忆体（英文：RandomAccessMemory，简称：RAM）等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术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，本发明实施例中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）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于基于三维GIS与BIM集成的建模装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。
Claims (10)
1.一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法，其特征在于，包括：
建立水利工程的实景三维模型；
构建水利工程的空间模型，所述空间模型包含水利工程的三维空间数据；
根据所述实景三维模型和空间模型，在BIM工具中构建水利工程的BIM模型；
将所述BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合；
利用GIS工具，将BIM工具中制作的.nwc格式的文件导出为GIS工具的GIS系统支持的数据格式；
将GIS系统中的投影信息赋予给所述BIM模型，将GIS数据与BIM数据融合。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法，其特征在于，建立水利工程的实景三维模型，包括：
获取数据源，所述数据源为固定翼无人机单镜头获取的正摄影像与多旋翼无人机五镜头倾斜影像；
基于所述数据源，采用影像匹配彩色点云数据技术和三维网格优化算法，进行三维重建、纹理映射、连接点重构纹理和重建约束，建立水利工程的实景三维模型。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法，其特征在于，构建水利工程的空间模型，所述空间模型包含水利工程的三维空间数据的步骤中，所述水利工程的三维空间数据包括泄洪道、拦河坝、电站厂房、溢洪道在内的多个不同的单体化数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法，其特征在于，根据所述实景三维模型和空间模型，在BIM工具中构建水利工程的BIM模型，包括：
根据所述空间模型，在BIM工具中进行BIM模型制作，对于建筑中所需的不同构件，在BIM工具中选择对应的族，构建BIM模型；
将所述实景三维模型与BIM模型进行叠加融合。
5.根据权利要求1所述的一种基于三维GIS与BIM集成的建模方法，其特征在于，将所述BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合，包括：
通过数据格式转化、数据标准扩展和地理本体论方法进行GIS数据与BIM数据的相互转换与数据融合；
利用GIS工具的BIM数据导入入口，以IFC为BIM数据格式，通过三维空间数据规范Spatial3DModel定义的数据格式，形成两类数据间的关联列表，实现GIS数据与BIM数据间的深度融合。
6.一种基于三维GIS与BIM集成的建模装置，其特征在于，包括：
实景三维模型建立单元，用于建立水利工程的实景三维模型；
空间模型构建单元，用于构建水利工程的空间模型，所述空间模型包含水利工程的三维空间数据；
BIM模型构建单元，用于根据所述实景三维模型和空间模型，在BIM工具中构建水利工程的BIM模型；
融合单元，用于将所述BIM模型与GIS中的多元地理空间数据相结合，实现水利工程的微观建筑信息与宏观地理环境信息的融合；
导出单元，用于利用GIS工具，将BIM工具中制作的.nwc格式的文件导出为GIS工具的GIS系统支持的数据格式；
赋予单元，用于将GIS系统中的投影信息赋予给所述BIM模型，将GIS数据与BIM数据融合。
7.根据权利要求6所述的一种基于三维GIS与BIM集成的建模装置，其特征在于，所述实景三维模型建立单元，包括：
获取子单元，用于获取数据源，所述数据源为固定翼无人机单镜头获取的正摄影像与多旋翼无人机五镜头倾斜影像；
建立子单元，用于基于所述数据源，采用影像匹配彩色点云数据技术和三维网格优化算法，进行三维重建、纹理映射、连接点重构纹理和重建约束，建立水利工程的实景三维模型。
8.根据权利要求6所述的一种基于三维GIS与BIM集成的建模装置，其特征在于，所述水利工程的三维空间数据包括泄洪道、拦河坝、电站厂房、溢洪道在内的多个不同的单体化数据。
9.根据权利要求6所述的一种基于三维GIS与BIM集成的建模装置，其特征在于，所述BIM模型构建单元，包括：
构建子单元，用于根据所述空间模型，在BIM工具中进行BIM模型制作，对于建筑中所需的不同构件，在BIM工具中选择对应的族，构建BIM模型；
叠加子单元，用于将所述实景三维模型与BIM模型进行叠加融合。
10.根据权利要求6所述的一种基于三维GIS与BIM集成的建模装置，其特征在于，所述融合单元，包括：
第一融合子单元，用于通过数据格式转化、数据标准扩展和地理本体论方法进行GIS数据与BIM数据的相互转换与数据融合；
第二融合子单元，用于利用GIS工具的BIM数据导入入口，以IFC为BIM数据格式，通过三维空间数据规范Spatial3DModel定义的数据格式，形成两类数据间的关联列表，实现GIS数据与BIM数据间的深度融合。
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