CN117351162A - 一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，涉及地理信息测绘工程规划设计技术领域，包括以下步骤：S1：数据采集；S2：数据处理；S3：数字孪生。该可基于数字孪生的实景三维规划设计方法使用时，通过数字孪生三维可视化技术，实现从平面到多维空间的数字立体空间规划，且通过搭建项目规划全生命周期管理体系，研发基于三维可视化的规划设计辅助决策系统平台，为项目方案评审及审批提供详实、精准的基础数据，进而提高规划管理工作的准确性和规范性，降低评审时间，提升评审效率，继而大幅度提高规划设计效率，缩短设计周期，从而在基于数字孪生的实景三维规划设计方法使用时，具有辅助决策提升设计效率的功能。
Description
技术领域
本发明涉及地理信息测绘工程规划设计技术领域，具体为一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法。
背景技术
数字孪生是指数字模型或虚拟模型，它们模拟实际物理系统或流程，并使用实时数据输入进行更新和优化。数字孪生技术能够帮助企业更好地理解他们的业务和系统，并进行实时优化和决策。在城市规划领域，数字孪生技术可以帮助城市规划师创建数字模型来模拟城市发展、交通和环境。这些数字模型可以接收实时数据输入，例如人口变化、交通流量和环境质量等，从而帮助城市规划师更好地了解城市发展状况，预测可能出现的问题，并采取相应的措施来优化城市规划和改善城市环境；而实景三维规划设计方法是一种基于三维实景建模的可视化规划设计方法，其核心是利用高精度的三维实景模型进行规划设计。且通过实景三维规划设计方法，可以充分利用三维实景模型的优势，实现更准确、更直观的规划设计，提高规划设计的合理性和科学性。同时，数字孪生技术也可以实现智慧城市建设的智慧可视，为智慧城市各类应用提供全过程的可视化支撑。
实景三维建设已经成为建筑领域中的一项重要技术，利用实景三维技术，我们能够以更加逼真的方式呈现建筑物、城市景观和其他基础设施的模型。实景三维建设的技术实现可分为数据采集、数据处理和数据展示三个步骤。首先是数据采集，通过激光扫描、卫星影像、无人机遥感等技术手段，获取到精确的地理空间数据。然后，在数据处理阶段，利用高性能计算机处理海量数据，构建起真实可信的三维地理模型。最后，在数据展示阶段，通过虚拟现实技术呈现真实场景，使用户能够身临其境地参与其中；目前，规划设计与管理实施技术能力相对缺乏，行政主管部门进行规划设计前需要到实地进行选址踏勘，但往往交通困难、耗费时间久、资金多，局限性大，规划方案对比、效果分析困难，另一方面，规划方案往往只能通过文字、图片等方式来说明预期效果，无法从整体上提供直观、准确、科学的决策依据；且现有的实景三维建模方式，是通过对原始影像的加工，最终输出一整张三维数字地图，但如果没有后期依靠人工参与对地图中的每一类或每一个空间地理要素进行标注，这种数据始终处于可看但不可用的状态，进而导致审查对象不直观，评审者是利用自身经验对控规调整指标的理解给出评审意见，如果控规调整地块信息复杂时，容易出现主观性判断失误问题，而且评审花费大量是时间，评审效率低，评审者劳动强度大，从而无法满足人们的使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，以解决上述背景技术提出的基于数字孪生的实景三维规划设计方法使用时，控规调整地块信息复杂时，容易出现主观性判断失误问题，进而导致评审花费大量时间，评审效率低，从而无法满足人们的使用需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，包括如下步骤。
S1：数据采集，使用激光雷达、数字相机和无人机等工具对现实场景进行采集，且对数据进行预处理；
S2：数据处理，对采集到的数据需要进行处理和优化，接着在处理好的数据基础上，使用三维建模软件进行模型构建；
S3：数字孪生，将构建的三维实景模型与城市智能模型进行融合，生成数字孪生城市模型，利用城市智能模型生动准确描述实体单元并融合城市地理实体的动态信息来支撑智慧城市各类应用；
S4：数据库存储，将获取处理后的数据，以及构建的三维实景模型导入数据库内进行储存，并按照分布式统一存储的方法进行数据备份；
S5：规划设计，通过从数据库中调用平面设计方案，道路，绿化相关数据，以及在三维模型中进行规划模拟，帮助设计人员得出设计方案；
S6：方案对比，从数据库中调用以往的设计方案和该区域的影像数据，在实景三维图像中显示不同设计方案进行对比，得出该设计方案的优缺点；
S7：数据展示，通过三维可视化系统和加载人工模型进行数据集成，虚实结合，进而对设计方案和区域的现状一同展示；
S8：方案评估，通过搭建项目规划全生命周期管理体系，以及基于三维可视化的规划设计辅助决策系统平台，辅助决策部门对该设计方案进行评估，再通过项目汇报模块对结果进行汇报。
优选的，所述步骤S1中通过无人机搭载摄像头以垂直和倾斜角度给地物拍照，获取地物的外观、位置和高度等属性，且配合网络POI获取地块的周边配套数据。
优选的，所述步骤S1中对采集到的数据进行预处理，包括辐射定标、影像匹配、点云生成等，以提高数据的质量和精度。
优选的，所述步骤S2对三维建模进行精修，对三维建模形成的实景三维场景进行人工干预和修整。
优选的，所述步骤S2中数据处理包括图像纠正和配准，点云数据处理，特征提取和模型建立，通过上述步骤，实景三维建模的数据处理将采集到的数据进行去噪、配准和分割等处理。
优选的，所述步骤S3中在数字孪生城市模型上进行规划设计，如点卯、时空克隆等。
优选的，所述步骤S4中通过分布式统一存储进行数据档案管理。
优选的，所述步骤S5中将规划设计结果与城市智能模型进行融合，对数字孪生城市模型进行更新和优化，不断迭代和优化规划设计方案，直至达到满意的效果。
优选的，所述步骤S5中通过三维地图展示城市的空间分布、地形地貌、建筑物、道路等实体的三维信息，同时通过三维地图进行空间查询和分析等操作，且自动添加标绘和标注。
优选的，所述步骤S7中通过三维数据可视化直观地展示城市实体的三维信息和属性信息，同时通过三维数据可视化进行空间查询和分析等操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该可基于数字孪生的实景三维规划设计方法使用时，通过数字孪生三维可视化技术，实现从平面到多维空间的数字立体空间规划，且通过搭建项目规划全生命周期管理体系，研发基于三维可视化的规划设计辅助决策系统平台，为项目方案评审及审批提供详实、精准的基础数据，进而提高规划管理工作的准确性和规范性，降低评审时间，提升评审效率，继而大幅度提高规划设计效率，缩短设计周期，从而在基于数字孪生的实景三维规划设计方法使用时，具有辅助决策提升设计效率的功能。
附图说明
图1为本发明设计方法流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，包括以下步骤：
S1：数据采集，使用激光雷达、数字相机和无人机等工具对现实场景进行采集，且对数据进行预处理；通过无人机搭载摄像头以垂直和倾斜角度给地物拍照，获取地物的外观、位置和高度等属性，且配合网络POI获取区域的周边配套数据，保证真实效果和测绘级精度；通过对采集到的数据进行预处理，包括辐射定标、影像匹配、点云生成等，以提高数据的质量和精度；通过空中三角解析法进行图像解析将系列二维航拍图像转换为所述待测建筑工程的三维密集点云；采集区域共展开至少六次不同航线方式折线型路线飞行，其中至少一条路线以垂直角度拍摄，则剩余的路线以倾角进行不同方向的数据采集，保证真实效果和测绘级精度；
S2：数据处理，对采集到的数据需要进行处理和优化，接着在处理好的数据基础上，使用三维建模软件进行模型构建；对三维建模进行精修，对三维建模形成的实景三维场景进行人工干预和修整，以提高模型的质量和精度；数据处理包括图像纠正和配准，点云数据处理，特征提取和模型建立，通过上述步骤，实景三维建模的数据处理可以将采集到的数据进行去噪、配准和分割等处理，以获取高质量的数据，为后续的建模提供重要的数据支持；以连续倾斜摄影数据为基础数据源，进行人工干预，将建模成果导入软件进行精化编辑，通过模型重建在原有场景上达到分离效果，实现模型的单体化；结合地面照片，弥补航空影像对于底商、地面、城市部件等信息的缺失，完成整个场景的修饰；通过图像纠正和配准消除图像之间的误差和畸变，提高建模的精度和质量；通过点云数据处理技术，对点云数据进行滤波、降噪、分割等处理，提高点云数据的质量和精度；通过特征提取从点云数据中提取出目标物的几何特征、纹理特征等信息，为后续的建模提供重要的数据支持；
S3：数字孪生，将构建的三维实景模型与城市智能模型进行融合，生成数字孪生城市模型，利用城市智能模型生动准确描述实体单元并融合城市地理实体的动态信息来支撑智慧城市各类应用；在数字孪生城市模型上进行规划设计，如点卯、时空克隆等；需要考虑模型的细节和精度，使用不同的建模工具和材质；且帮助城市规划师进行交通规划的优化和改进，通过模拟交通流量、道路拥堵情况和交通模式等，评估不同方案的效果，并制定更高效的交通规划策略；
S4：数据库存储，将获取处理后的数据，以及构建的三维实景模型导入数据库内进行储存，并按照分布式统一存储的方法进行数据备份；通过分布式统一存储进行数据档案管理；且分布式统一存储的特点是高并发访问、持久化存储和共享访问，它支持多元数据存储，可以实现海量小文件智能聚合；通过分布式统一存储提高小文件的访问效率，实现海量测绘数据查询的秒级响应，以及存储空间的利用率的大幅提升；
S5：规划设计，通过从数据库中调用平面设计方案，道路，绿化相关数据，以及在三维模型中进行规划模拟，帮助设计人员得出设计方案；将规划设计结果与城市智能模型进行融合，对数字孪生城市模型进行更新和优化，不断迭代和优化规划设计方案，直至达到满意的效果；通过三维地图可以展示城市的空间分布、地形地貌、建筑物、道路等实体的三维信息，同时可以通过三维地图进行空间查询和分析等操作，且自动添加标绘和标注；
S6：方案对比，从数据库中调用以往的设计方案和该区域的影像数据，在实景三维图像中显示不同设计方案进行对比，得出该设计方案的优缺点；在同一窗口展示不同设计方案，跟展示图确定最佳设计方案；达到在同一项目中有二个及以上的方案同时进行比选的效果；
S7：数据展示，通过三维可视化系统和加载人工模型进行数据集成，虚实结合，进而对设计方案和区域的现状一同展示；通过三维数据可视化可以直观地展示城市实体的三维信息和属性信息，同时可以通过三维数据可视化进行空间查询和分析等操作；且可以360度多视角的浏览，通过底图叠加可轻松掌握整个区域的整体地形特征和地物空间分布。
S8：方案评估，通过搭建项目规划全生命周期管理体系，以及基于三维可视化的规划设计辅助决策系统平台，辅助决策部门对该设计方案进行评估，再通过项目汇报模块对结果进行汇报；且项目汇报模块不仅具备档案空间化管理的能力，同时将基础信息档案与立体空间位置相关联，融合PPT、设计平面图纸、实地照片、视频等项目管理所需信息。辅助决策系统平台的决策参考规划项目前期的辅助决策、规划指标合理合法性判断、规划方案对比、规划效果分析、竣工、规划实施监督评估等方面，并且辅助决策系统平台以自然资源、林业、水利、环保等多源专题数据为基础，工程建设及规划设计管理、运营为主体的理念，研发实景三维可视化设计辅助系统平台，将BIM与GIS强大的空间分析功能相结合。
具体实施时，先向需要进行数据采集的区域发射无人机，使无人机以折线型路线进行飞行，其中至少两架以垂直角度拍摄，至少开展六次，且配合网络获取区域的周边配套数据，保证真实效果和测绘级精度，且对采集到的数据进行预处理，以提高数据的质量和精度，进而减少了人工的使用数量和测量工作量，并且降低的网络载荷，接着对采集到的数据需要进行处理和优化，接着通过图像纠正和配准消除图像之间的误差和畸变，通过点云数据处理技术，对点云数据进行滤波、降噪、分割等处理，通过特征提取从点云数据中提取出目标物的几何特征、纹理特征等信息，进而对数据进行处理，再在处理好的数据基础上，使用三维建模软件进行模型构建，此时需要考虑模型的细节和精度，使用不同的建模工具和材质，继而构建实景三维模型；
且将构建的三维实景模型与城市智能模型进行融合，生成数字孪生城市模型，利用城市智能模型生动准确描述实体单元并融合城市地理实体的动态信息来支撑智慧城市各类应用，进而将城市的地理数据和建筑物信息整合到实景三维模型中，让规划师更好地了解城市的整体格局和发展潜力，从而做出更具远见的决策；再将获取处理后的数据，以及构建的三维实景模型导入数据库内进行储存，并按照分布式统一存储的方法进行数据备份，进而实现海量三维数据的安全、稳定、高效的存储和访问；之后从数据库中快速调取数据，帮助设计人员得出设计方案；且同时可以通过三维地图进行空间查询和分析等操作，且自动添加标绘和标注，无需依靠人工参与对地图中的每一类或每一个空间地理要素进行标注，防止数据始终处于可看但不可用的状态；
将规划设计结果与城市智能模型进行融合，对数字孪生城市模型进行更新和优化，不断迭代和优化规划设计方案，直至达到满意的效果，再将得出的结果导入数据库进行存储，方便后续人员的调用，从数据库中调用以往的设计方案和该区域的影像数据，在实景三维图像中显示不同设计方案进行对比，得出该设计方案的优缺点，在同一窗口展示不同设计方案，跟展示图确定最佳设计方案；达到在同一项目中有二个及以上的方案同时进行比选的效果，更加直观的显示，提升对比效果；
通过三维可视化系统和加载人工模型进行数据集成，虚实结合，进而对设计方案和区域的现状一同展示；通过三维数据可视化可以直观地展示城市实体的三维信息和属性信息，且通过底图叠加可轻松掌握整个区域的整体地形特征和地物空间分布；并且可以360度多视角的浏览，提升展示效果，接着通过搭建项目规划全生命周期管理体系，以及基于三维可视化的规划设计辅助决策系统平台，辅助决策部门对该设计方案进行评估，再通过项目汇报模块对结果进行汇报；研究基于立体空间维度规划设计方法，打破传统城市规划设计观念，从指标化管理到指标过渡形象展示，实现冲突点的自动检测，为规划设计提供崭新的规划设计表现手段，为决策部门创建一个实时反映城市现状和展现不同城市设计成果并进行方案对比的数字孪生三维设计平台；
且通过运用三维GIS空间数据引擎的优势，将规划设计与管理有机结合，以三维可视化方式对规划设计成果进行展示，为行政主管部门决策提供辅助服务，进而不只是评审者是利用自身经验对控规调整指标的理解给出评审意见，还为项目方案评审及审批提供详实、精准的基础数据，继而实现提高规划管理工作的准确性和规范性，从而降低评审时间，提升评审效率，进而大幅度提高规划设计效率，缩短设计周期，从而在基于数字孪生的实景三维规划设计方法使用时，具有辅助决策提升设计效率的功能。
综上所述，该一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法使用时，先通过无人机等工具对现实场景进行数据采集，接着对采集到的数据需要进行处理和优化，接着在处理好的数据基础进行模型构建，再将构建的三维实景模型与城市智能模型进行融合，生成数字孪生城市模型，之后通过数据库辅助人们得出设计方案，接着通过三维可视化系统进行方案展示，之后通过基于三维可视化的规划设计辅助决策系统平台，辅助决策部门对该设计方案进行评估，进而为审批提供详实、精准的基础数据，提高规划管理工作的准确性和规范性，从而降低评审时间，提升评审效率，最终大幅度提高规划设计效率，缩短设计周期；且本方案为服务测绘地理信息事业做出了较大的技术促进，为行业技术发展提供创新思路，形成的全产业链的技术服务模式，不仅能够解决关键技术瓶颈问题，同时能够将科技创新工作实现进一步推进，打破了传统技术与应用脱节的现象，使得技术与应用能够实现同步改进，拓展了行业服务的广度，也丰富了企业的信息化产品结构，提高了企业技术水平和核心竞争力，提高了科技成果的转化率，从而促进了区域经济发展，本说明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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)
1.一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：数据采集，使用激光雷达、数字相机和无人机等工具对现实场景进行采集，且对数据进行预处理；
S2：数据处理，对采集到的数据需要进行处理和优化，接着在处理好的数据基础上，使用三维建模软件进行模型构建；
S3：数字孪生，将构建的三维实景模型与城市智能模型进行融合，生成数字孪生城市模型，利用城市智能模型生动准确描述实体单元并融合城市地理实体的动态信息来支撑智慧城市各类应用；
S4：数据库存储，将获取处理后的数据，以及构建的三维实景模型导入数据库内进行储存，并按照分布式统一存储的方法进行数据备份；
S5：规划设计，通过从数据库中调用平面设计方案，道路，绿化相关数据，以及在三维模型中进行规划模拟，帮助设计人员得出设计方案；
S6：方案对比，从数据库中调用以往的设计方案和该区域的影像数据，在实景三维图像中显示不同设计方案进行对比，得出该设计方案的优缺点；
S7：数据展示，通过三维可视化系统和加载人工模型进行数据集成，虚实结合，进而对设计方案和区域的现状一同展示；
S8：方案评估，通过搭建项目规划全生命周期管理体系，以及基于三维可视化的规划设计辅助决策系统平台，辅助决策部门对该设计方案进行评估，再通过项目汇报模块对结果进行汇报。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于：所述步骤S1中通过无人机搭载摄像头以垂直和倾斜角度给地物拍照，获取地物的外观、位置和高度等属性，且配合网络POI获取地块的周边配套数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于：所述步骤S1中对采集到的数据进行预处理，包括辐射定标、影像匹配、点云生成等。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于：所述步骤S2对三维建模进行精修，对三维建模形成的实景三维场景进行人工干预和修整。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于：所述步骤S2中数据处理包括图像纠正和配准，点云数据处理，特征提取和模型建立，通过上述步骤，实景三维建模的数据处理将采集到的数据进行去噪、配准和分割等处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于：所述步骤S3中在数字孪生城市模型上进行规划设计，如点卯、时空克隆等。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于：所述步骤S4中通过分布式统一存储进行数据档案管理。
8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于：所述步骤S5中将规划设计结果与城市智能模型进行融合，对数字孪生城市模型进行更新和优化，不断迭代和优化规划设计方案，直至达到满意的效果。
9.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于：所述步骤S5中通过三维地图展示城市的空间分布、地形地貌、建筑物、道路等实体的三维信息，同时通过三维地图进行空间查询和分析等操作，且自动添加标绘和标注。
10.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的实景三维规划设计方法，其特征在于：所述步骤S7中通过三维数据可视化直观地展示城市实体的三维信息和属性信息，同时通过三维数据可视化进行空间查询和分析等操作。
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|---|---|---|---|---|
| CN117852975A (zh) * | 2024-03-04 | 2024-04-09 | 潍坊富源工控技术有限公司 | 基于数字化设计的城市更新行动可视化评估方法及系统 |
| CN118297775A (zh) * | 2024-04-12 | 2024-07-05 | 中南大学 | 基于数字孪生技术的城市规划管控系统 |
| CN118297775B (zh) * | 2024-04-12 | 2024-09-27 | 中南大学 | 基于数字孪生技术的城市规划管控系统 |
-
2023
- 2023-09-26 CN CN202311252858.2A patent/CN117351162A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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