CN117113471A - 一种基于cim技术的城市仿真模型算法 - Google Patents
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Abstract
一种基于CIM技术的城市仿真模型算法所属技术领域是城市规划与信息技术。城市规划与发展的决策需要考虑众多的因素，如环境、经济、社会和人口等。然而，传统的城市规划设计算法在处理多维因素和复杂环境时往往面临困难，要解决的技术问题是城市规划与发展科学且高效的决策。基于CIM技术的城市仿真模型算法能够将城市各要素以类别和组织方式相互连接，从而实现更科学和高效的城市规划决策过程。通过使用这种算法，决策者可以更准确地评估不同决策对城市发展的影响，以及不同因素之间的相互作用。这种基于CIM技术的城市仿真模型算法有助于推动城市规划过程的科学化，并为城市发展提供更可持续和有效的解决方案。
Description
技术领域
本发明属于一种基于CIM技术的城市仿真模型算法。
技术背景
城市规划与发展的决策往往与众多的因素相关，如环境、经济、社会、人口等。传统的城市规划设计算法在面对多维因素和复杂环境下往往难以进行科学且高效的决策。随着城市信息模型(CIM)的出现，将城市各要素以类别和组织方式连接起来，城市规划制定逐渐走向科学化、精细化和系统化，基于CIM技术的城市仿真模型算法可以使围绕城市规划过程的各项决策更加科学且高效。
CIM技术是将城市信息标准化、分类和结构化，利用计算机技术整合城市各要素的一种新兴技术。CIM(城市信息模型)是一种结合了GIS(地理信息系统)和BIM(建筑信息模型)技术的城市信息建模算法，可用于城市规划、运营管理和智慧城市建设等领域。基于CIM技术的城市仿真模型算法将城市规划过程中的各项要素按照一定分类进行组织，并采用计算机仿真技术，构建出城市模型，模拟城市发展的情形，对各种方案进行仿真模拟，从而达到评估和优化城市规划方案的目的。
基于CIM技术的城市仿真模型算法的出现，从技术上解决了城市规划决策中存在的问题。这种算法将城市规划名称与计算机技术相结合，较好地解决了城市规划制定多维度和多因素决策的情况，具有其他市规划发展算法无法对比的优点，主要包括但不限于：快速建立城市数学模型；模拟仿真城市运行效果；分析决策的关键指标；制定最终城市规划方案，最大限度地保证了城市规划的科学性和高效性。
在发达国家，基于CIM技术的城市仿真模型算法已经成为城市规划制定的一种重要方式，逐渐广泛被市场认可。同时，还在城镇化进程迅猛发展的中国得到了很好的应用，并得到了政府、设计单位和投资者的重视。可以预见，基于CIM技术的城市仿真模型算法技术将在未来城市规划设计和决策中发挥更加重要的作用。
发明内容
本发明的目的是通过建立城市的数字模型，在计算机上模拟城市的建设、运营和管理过程，帮助决策者预测城市未来的发展趋势，并制定科学、合理的城市规划，提出了一种基于CIM技术的城市仿真模型算法。
本发明的技术方案是：一种基于CIM技术的城市仿真模型算法，包括以下步骤：
S1：建立CIM数据模型：这个框架应该包括城市规划与设计涉及的各个方面、关键流程和数据需求。例如，该框架可能包括城市区域的用途、交通、能源利用、环境和自然资源等。
S2：建立CFD仿真数据模型：根据数据需求分析，建立CFD仿真模型。先准备城市空间数据(如地图、模型、影像等)，采用CIM技术，将数据进行组织和分类，存储到数据库。然后需要将城市中的建筑物和道路转换成CFD模型中需要的网格。
S3：数据验证和分析：CIM数据内容与构成应为城市三维模型、标准地址、实有单位、实有人口、实有房屋和实有设施，分为六大门类数据，按照实际需要验证分析。
本发明的有益效果是：本发明的算法将提高城市仿真的精度和效率，极大的促进促进城市智能化，方便可非科研人员进行城市仿真应用，进而对城市规划、管理、运营提供必要的协助。
进一步的，步骤S1中包括以下子步骤：
S1-1：建立CIM数据模型：CIM的构建与城市信息资源自对泛在数据的挖掘，并通过对主题信息的位置聚合，达到对城市规律性的认知和理解，对城市开发利用的评估和未来发展的模拟分析，从而实现对城市规划、建设与管理的统筹。
S1-2：数据处理和准备：数据处理就是根据数据分析的目的，将收集到的数据，用适当的处理方法进行整理加工。
S1-3：建立城市信息模型：以建筑信息模型(BIM)、地理信息系统(GIS)、物联网(IoT)等技术为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来多维多尺度信息模型数据和城市感知系统。
S1-4：制定城市规划方案：分析好所在区域的具体情况的前提下，合理地将城市资源融汇到一起，对规划工作所需的各类活动综合管控。
进一步的，步骤S2中包括以下子步骤：
S2-1：数据存储和管理：数据处理存储，融合海量异构数据，支撑5G、AI等创新应用，深度定制，功能更强大、性能更强劲。
S2-2：仿真模拟：将“虚拟现实”技术应用在城市规划、建筑设计等领域。实现人机交互性、真实建筑空间感、大面积三维地形仿真等特性。建立目标中心城区城市流体力学模拟数字模型，将复杂的城市空间进行仿真模拟的数字模型。利用计算机进行计算。
进一步的，步骤S3中包括以下子步骤：
S3-1：数据验证与更新：根据接收数据验证请求，进行验证。
S3-2：可视化处理结果：用图表对数据分析结果进行直观的展示。
S3-3：模拟结果分析：模拟结果统计分析面临的问题，结合城市规划进行分析。
S3-4：评估和改进：按规划意见及时改进改正。
上述进一步方案的有益效果为：
提高城市规划设计的效率；提高城市规划设计的效率；有助于减少成本；有助于提高城市规划设计的准确性和精细度；有助于促进城市可持续发展。
本发明的一种基于CIM技术的城市仿真模型算法具有广泛的应用前景，有益于提高城市规划设计的效率和准确性，降低成本，促进城市可持续发展。
附图说明
图1为一种基于CIM技术的城市仿真模型算法的技术方案的流程图；
图2为一种基于CIM技术的城市仿真模型算法的技术方案的步骤2流程图；
图3为一种基于CIM技术的城市仿真模型算法的技术方案的步骤3流程图；
图4为一种基于CIM技术的城市仿真模型算法的技术方案的步骤4流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
本发明提供了一种基于CIM技术的城市仿真模型算法，包括以下步骤：
S1：建立CIM数据模型：CIM是城市信息建模的一种方法，它将GIS和BIM技术结合，在建筑级别和城市级别的描述中实现了数据的一体化。建立CIM数据模型具体实施方式：数据采集和处理：采集城市空间数据(如地理信息、人口、气象数据等)，进行数据清洗、组织和分类，将数据导入GIS和BIM软件中。建筑BIM模型的创建：使用BIM软件(如Revit、Archicad等)创建城市建筑物的3D模型，模型中应包括建筑物的各项参数和功能要素。地理信息的整合：使用GIS软件(如ArcGIS、QGIS等)将空间数据和建筑BIM模型整合。基础设施建模：除了建筑BIM模型的创建，城市基础设施的BIM模型也需要创建。这包括雨水收集系统、供水系统、电力系统、排污系统等城市基础设施。数据库的搭建：将采集到的数据和模型导入到一个数据库中，应充分考虑数据的类型、格式和关系。数据建模：在上述步骤完成后，数据建模的过程可以开始了，该过程中模型需要满足协调性、完整性和一致性等特点。数据分析和应用：将建立好的CIM数据模型引入GIS和BIM分析软件，并通过其分析和处理数据，如建筑物的可持续性分析、城市部门协调性分析、道路交通流分析等。同时，这些数据也可用于城市规划、管理和决策中。建立CIM数据模型需要多种类型的软件工具和知识领域的技能，包括BIM建模、GIS分析，数据库设计，数据建模等。
S2：建立CFD仿真数据模型：这一步旨在确定需要收集哪些数据以及建立仿真数据模型。
S3：验证和分析：在收集所需数据后，将这些数据分类并组织起来。这一步旨在确保数据的准确性和完整性。例如，数据类型可分为矢量数据、栅格数据、文本数据、图像数据等；数据也可以按其属性进行分类。采用CIM技术将数据进行组织和分类，存储到数据库。然后需要将城市中的建筑物和道路转换成CFD模型中需要的网格，常用方法是利用BIM软件中的“Energy Analysis”功能。
在本发明实施例中，步骤S1中包括以下子步骤：
S1-1：建立CIM数据模型：在完成验证和分析后，建立CIM数据模型。该模型描述的是城市中所涉及的各个元素、关系和属性等数据。例如，以图形的方式展示建筑物、公共道路、水域、交通线路等要素，并对这些元素进行各个属性的描述。
S1-2：数据处理和准备：准备城市空间数据(如地图、模型、影像等)，采用CIM技术合并、分类和组织数据。
S1-3：建立城市信息模型：根据数据处理结果，创建城市信息模型。在城市信息模型中，道路被分为不同的类型(如高速公路、城市街道等)，建筑物被分为不同的用途(如住宅、商业、医疗等)等。
S1-4：制定城市规划方案：根据需要，制定城市规划方案，例如建设高楼大厦、拓展公共交通等。
在本发明实施例中，步骤S2中包括以下子步骤：
S2-1：数据存储和管理：在建立CIM数据模型后，将数据存储在相应的数据库中，并对其进行管理。
S2-2：仿真模拟：建立城市仿真模型，进行仿真模拟和实验，以验证城市规划方案的效果和可行性。根据网格数据及周边环境条件(如气象数据)，建立相应的CFD计算模型，包括建立模型，选定计算域，划分网格，设定初始条件，开始计算，后处理等。进行CFD流体力学计算，在建立CFD计算模型后，进行CFD计算，这个过程可以在云端进行，但通常需要较快的计算机和较长的计算时间，为了加速计算过程可以考虑使用并行计算。根据用户使用习惯，将参数设置通过流体力学计算条件筛选和搭配进行前端开发。
在本发明实施例中，步骤S3的具体算法为：
S3-1：数据验证与更新：不断对CIM数据模型进行验证和更新，以确保所供数据的有效性和正确性。在验证过程中，建立一些手动或自动的数据验证和更新算法。
S3-2：数据可视化处理：城市仿真计算完成后，可以根据需要进行数据处理和可视化，如流线图、温度流场图等来展示模拟结果。
S3-3：模拟结果分析：根据可视化结果，进行分析和评估，可以通过对城市仿真模拟结果进行参数分析，对城市的热环境、空气质量和城市规划等方面进行优化和改进。根据仿真模拟的结果和评估指标，进行城市规划方案的评估和改进，以制定更加科学和实用的城市规划方案。可以采用多种指标和算法，如能源效率、环境污染、居民满意度等。
本发明的工作原理及过程为：本发明的一种基于CIM技术的城市仿真模型算法是以城市信息模型(CIM)为基础的，通过对城市信息进行智能化处理，优化城市规划设计方案，最终实现城市优化、可持续发展的目的。
具体的工作原理和过程如下：本发明的一种基于CIM技术的城市仿真模型算法主要通过数据采集、整理、建模、管理、优化、分析等环节，对城市信息进行智能化处理，提高城市规划设计的效率和精度，为城市可持续发展提供科学支撑。
本发明的有益效果为：本发明的城市规划设计城市信息模型(CIM)数据模型方法具有以下几个有益效果：采用本发明的CIM数据模型方法，可以将城市规划设计所涉及的各个要素进行统一管理和建模，从而提高城市规划设计的效率。数据的模拟和分析具有足够的逼真度，能够快速生成城市规划方案，并通过信息共享和传递促进各部门之间的协作。可以提高城市规划设计的准确性，确保城市规划设计的可行性和实用性。本发明的CIM数据模型方法将城市信息数据进行了统一管理和建模，降低了城市规划设计中的冗余数据，减少了数据存储和处理的成本。此外，通过使用CIM数据模型，可以避免城市规划设计中因数据不完整或不准确而导致的错误，减少了后续处理的成本。使用本发明的CIM数据模型方法能够促进城市规划设计的进程，减少成本，提高效率和准确性，并且有助于解决城市可持续发展方面的问题。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其他各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于CIM技术建立城市仿真模型的算法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立CIM数据模型：CIM是城市信息建模的一种方法，它将GIS和BIM技术结合，在建筑级别和城市级别的描述中实现了数据的一体化。建立CIM数据模型具体实施方式：
数据采集和处理：采集城市空间数据(如地理信息、人口、气象数据等)，进行数据清洗、组织和分类，将数据导入GIS和BIM软件中。
建筑BIM模型的创建：使用BIM软件(如Revit、Archicad等)创建城市建筑物的3D模型，模型中应包括建筑物的各项参数和功能要素。
地理信息的整合：使用GIS软件(如ArcGIS、QGIS等)将空间数据和建筑BIM模型整合。
基础设施建模：除了建筑BIM模型的创建，城市基础设施的BIM模型也需要创建。这包括雨水收集系统、供水系统、电力系统、排污系统等城市基础设施。
数据库的搭建：将采集到的数据和模型导入到一个数据库中，应充分考虑数据的类型、格式和关系。
数据建模：在上述步骤完成后，数据建模的过程可以开始了，该过程中模型需要满足协调性、完整性和一致性等特点。
数据分析和应用：将建立好的CIM数据模型引入GIS和BIM分析软件，并通过其分析和处理数据，如建筑物的可持续性分析、城市部门协调性分析、道路交通流分析等。同时，这些数据也可用于城市规划、管理和决策中。
建立CIM数据模型需要多种类型的软件工具和知识领域的技能，包括BIM建模、GIS分析，数据库设计，数据建模等。同时，该模型也能所使用的数据需要得到重视，其准确性对数据分析和应用的结果具有关键影响。
S2：建立CFD仿真数据模型：这一步旨在确定需要收集哪些数据以及建立仿真数据模型。
S3：验证和分析：在收集所需数据后，将这些数据分类并组织起来。这一步旨在确保数据的准确性和完整性。例如，数据类型可分为矢量数据、栅格数据、文本数据、图像数据等；数据也可以按其属性进行分类。采用CIM最好将数据进行组织和分类，存储到数据库。然后需要将城市中的建筑物和道路转换成CFD模型中需要的网格，常用方法是利用BIM软件中的″Energy Analysis″功能。
2.根据权利要求1所述的建立CIM数据模型的框架，建立城市仿真仿真数据模型，其特征在于，所述步骤S1、S2中包括以下子步骤：
S1-1：建立CIM数据模型：在完成验证和分析后，建立CIM数据模型。该模型描述的是城市中所涉及的各个元素、关系和属性等数据。例如，以图形的方式展示建筑物、公共道路、水域、交通线路等要素，并对这些元素进行各个属性的描述。
S1-2：数据处理和准备：准备城市空间数据(如地图、模型、影像等)，采用CIM技术合并、分类和组织数据。
S1-3：建立城市信息模型：根据数据处理结果，创建城市信息模型。在城市信息模型中，道路被分为不同的类型(如高速公路、城市街道等)，建筑物被分为不同的用途(如住宅、商业、医疗等)等。
S1-4：制定城市规划方案：根据需要，制定城市规划方案，例如建设高楼大厦、拓展公共交通等。
S2-1：数据存储和管理：在建立CIM数据模型后，将数据存储在相应的数据库中，并对其进行管理。S2-2：仿真模拟：建立城市仿真模型，进行仿真模拟和实验，以验证城市规划方案的效果和可行性。
根据网格数据及周边环境条件(如气象数据)，建立相应的CFD计算模型，包括建立模型，选定计算域，划分网格，设定初始条件，开始计算，后处理等。
进行CFD流体力学计算，在建立CFD计算模型后，进行CFD计算，这个过程可以在云端进行，但通常需要较快的计算机和较长的计算时间，为了加速计算过程可以考虑使用并行计算。根据用户使用习惯，将参数设置通过流体力学计算条件筛选和搭配进行前端开发。
3.根据权利要求1所述的城市仿真模型并计算的流程，其特征在于，所述步骤S3中的具体方式为：
S3-1：数据验证与更新：不断对CIM数据模型进行验证和更新，以确保所供数据的有效性和正确性。在验证过程中，建立一些手动或自动的数据验证和更新算法。
S3-2：数据可视化处理：城市仿真计算完成后，可以根据需要进行数据处理和可视化，如流线图、温度流场图等来展示模拟结果。
S3-3：模拟结果分析：根据可视化结果，进行分析和评估，可以通过对城市仿真模拟结果进行参数分析，对城市的热环境、空气质量和城市规划等方面进行优化和改进。根据仿真模拟的结果和评估指标，进行城市规划方案的评估和改进，以制定更加科学和实用的城市规划方案。可以采用多种指标和算法，如能源效率、环境污染、居民满意度等。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |