一種三維數字園區的數據組織和管理方法及系統與流程
2023-07-10 23:01:11
本發明涉及數字園區管理領域，更具體地，提供一種三維數字園區的數據組織和管理方法及系統。
背景技術：
建築信息模型(buildinginformationmodeling，bim)是對建築實現全細節建模的技術手段，該手段獲取的模型叫做bim模型。每一個bim模型都是對一個建築的詳細描述，其精度非常高，但是bim模型是從建築的設計階段建立的，是一種模擬真實的三維設計模型。因而沒有實際的地理位置，無法與具有真實地理位置的數字園區進行結合。
地理信息系統(gis，geographicinformationsystem)是一種適用於廣域範圍的綜合性應用體系。該體系基於真實地理環境採集真實數據，以具有地理位置的數據為基礎構建信息管理系統。通常情況下，一個廣域範圍內的數據量是非常大的，gis通過抽象、拓撲、lod等方法將廣域範圍內的數據(如三維模型)進行精簡，導致了數據在細節上的失真，如gis的三維模型都是粗模。
三維數字園區在地理範圍上具有較大的空間範圍，在智慧城市和數字城市建設的背景下，三維數字園區作為建設基石，必須具備gis的大範圍數據管理能力，又必須具備部分重要地理要素(如建築)的細節描述。當前的數字園區採用單純的gis系統，系統中的三維模型(如建築、管道、樹木)採用的都是粗模，具有地理位置卻缺乏細節，並且無法解決非gis模型(如bim模型)的接入問題。可見當前數字園區管理系統中必須引入高精度的三維模型數據，並將gis數據和bim模型無縫組織起來實現共同管理，形成數據管理的場景模型，來為三維數字園區的建設提供數據基礎。
技術實現要素：
本發明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的三維數字園區的數據組織和管理方法及系統。該方案通過場景圖的構建來實現園區內bim數據和gis數據的關聯和集成，完成不同細節程度的園區數據管理。
根據本發明的一方面，提供了一種三維數字園區的數據組織和管理方法，該方法包括以下步驟：
s1.對整個三維數字園區中的bim模型數據進行位置化處理得到位置化bim數據，即所述整個三維數字園區的bim模型所對應的gis空間位置數據；
s2.建立所述整個三維數字園區的bim模型與其對應的gis空間位置數據的索引關聯；
s3.對所述三維數字園區進行內容採集；
s4.構建所述三維數字園區的場景模型，通過將s3採集的內容填入所構場景模型中，形成多數據組織一體化管理結構，利用該結構對三維數字園區的數據進行一體化管理。
作為優選的，所述bim模型數據為所述三維數字園區內數據，包括建築模型、建築構件、建築數位化相關要素中的一個或多個。
作為優選的，所述步驟s1具體包括：
s11、基於所述三維數字園區的一個bim模型文件，提取建築模型的最外圍的建築牆體構件，獲得bim模型的外圍輪廓牆；
s12、基於s11步驟所獲取的外圍輪廓牆，以底面作投影，獲取bim建築的投影平面圖；
s13、結合在線地圖，完成s12步驟所獲取的投影平面圖的地圖配準，並採用在線地圖api導出配準後所獲得的實際地理位置，該地理位置為一種反映bim建築所在位置的gis空間數據；
s14、重複s11-s13步驟，對所述三維數字園區內所有bim模型完成位置化處理，得到所述整個三維數字園區的bim模型所對應的gis空間位置數據。
作為優選的，所述步驟s13包括：
s131、將s12步驟所獲取的投影平面圖進行序列化，生成json格式數據，通過該格式數據表達該建築模型外圍；
s132、構建建築平面圖配準系統，在該系統頁面上放置在線地圖，將所述json格式數據輸入該系統，以使該系統解析所述json格式數據生成二維矢量面，並通過將所述二維矢量面疊加於所述在線地圖，通過對所述二維矢量面進行平移、旋轉、縮放操作完成所述二維矢量面與該建築模型的配準過程。
作為優選的，所述步驟s2具體包括：
s21、對所述整個三維數字園區內所有bim模型構建全局唯一id值；
s22、對s1過程產生的每一個bim模型的gis空間位置數據增加一個bim索引屬性；
s23、編輯s22過程產生的gis空間位置數據，在其bim索引屬性欄填入對應所述整個三維數字園區內bim模型的全局唯一id值，完成所述整個三維數字園區內所有bim模型與對應gis空間位置數據的索引關聯。
作為優選的，所述步驟s3具體包括：
s31、採用地圖標繪系統標繪出所述三維數字園區的二維輪廓，並導出面狀矢量數據，該數據作為園區場景圖定義的園區邊界；
s32、構建場景圖的元數據參數並利用所述面狀矢量數據採集場景圖的元數據參數，所述元數據參數包括：園區場景唯一值id、園區面積和園區數據採集時間；
s33、獲取園區內要素內容，所述園區內要素內容包括所述整個三維數字園區的bim模型數據與其對應的gis空間位置數據，以及所述三維數字園區內部矢量數據要素。
作為優選的，所述步驟s31前還包括步驟s311：
s311、構建地圖標繪系統，該系統通過疊加在線地圖，使用編輯工具，點選園區輪廓點，生成園區的二維輪廓圖，並導出為面狀矢量數據。
作為優選的，所述步驟s4具體包括：
s41、定義園區場景圖格式，該格式由四部分內容組成：園區邊界、園區元數據、園區內部要素、擴充要素；
s42、根據s41過程所定義的場景圖格式，進行內容填充，填充方法如下：園區邊界採用s31過程標繪得到的面狀矢量數據填充；園區元數據採用s32過程所採集的元數據參數填充；園區內部要素採用s33過程所獲取的園區內要素內容填充；擴充要素作為園區後續發展待擴充的要素，在場景圖格式中以獨立欄位存在。
根據本發明的一方面，提供了一種三維數字園區的數據組織和管理系統，該系統包括以下模塊：
bim數據位置化模塊，用於對三維數字園區內的建築物bim模型進行定位，提取bim模型的外輪廓圖，通過將所述bim模型的外輪廓圖與在線地圖的配準獲取與該模型匹配的空間位置數據；
數據關聯模塊，用於建立所述三維數字園區的bim模型與其對應的gis空間位置數據的索引關聯；
內容採集模塊，用於構建園區地圖標繪系統，通過多邊形標繪方式來採集數字園區的園區邊界，構建場景圖元數據參數並採集，獲取園區內要素內容；
數據一體化管理模塊，用於構建所述三維數字園區的場景模型，通過將所述三維數字園區內容採集模塊所獲取的內容填入所構場景模型中，形成多數據組織一體化管理結構，利用該結構對三維數字園區的數據進行一體化管理。
本申請提出一種以bim+gis數據為核心數據，構造三維數字園區的多數據組織和管理方法，通過對園區內bim模型數據進行位置化處理得到位置化bim數據；構建了bim模型與空間位置數據的關聯方法，這為後面無空間位置的bim模型與gis空間數據進行集成管理提供基礎；構建三維數字園區場景模型，該模型是對應實體的物理模型，而非抽象類的邏輯模型，保證了該模型可以直接實施，並直接對應到現實資料庫中。同時，本發明中的三維數字園區場景模型以bim數據和gis數據為基礎，解決了數字園區高精度和低精度數據共存的難題。
附圖說明
圖1為本發明實施例1的方法流程圖；
圖2為本發明實施例1的具體流程示意圖；
圖3為本發明實施例1的數據表結構圖；
圖4為本發明實施例2的系統結構框圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
實施例1
圖1示出了一種以bim+gis數據為核心數據，構造三維數字園區的多數據組織和管理方法，通過對無空間位置的bim模型數據進行位置化處理得到位置化bim數據，關聯gis空間數據，實現三維數字園區的異源多粒度數據一體化管理，具體包括以下步驟：
s1.對整個三維數字園區中的bim模型數據進行位置化處理得到位置化bim數據，即所述整個三維數字園區的bim模型所對應的gis空間位置數據；
s2.建立所述整個三維數字園區的bim模型與其對應的gis空間位置數據的索引關聯；
s3.對所述三維數字園區進行內容採集；
s4.構建所述三維數字園區的場景模型，通過將s3採集的內容填入所構場景模型中，形成多數據組織一體化管理結構，利用該結構對三維數字園區的數據進行一體化管理。
圖2為本發明一種三維數字園區的數據組織和管理一實施例的具體流程圖，下面結合圖2展示的內容對本發明進行詳細說明。
具體的在本實施例中，所述bim模型數據可以為所述三維數字園區內數據，包括建築模型、建築構件、建築數位化相關要素中的一個或多個。所述步驟s1具體可以包括：
s11、通過bim軟體打開bim模型文件，對bim模型進行構件剔除：先根據分類篩選的方式剔除牆體以外的所有其他構件，再逐步刪除除bim模型最外層牆體以外的其他bim牆體構件，最後得到bim模型的最外層牆體構件所形成的簡化模型，並導出通用三維數據格式數據；
作為優選的通用三維數據格式，如obj。
s12、將由s11過程得到的外圍牆體模型導入到通用三維模型處理軟體中，調整模型位置使牆體底面與xoy軸面相貼，使用處理軟體中的推拉工具，將外圍牆體模型沿z軸方向壓縮至xoy軸面，以二維圖形數據格式導出。由於牆體具有厚度，必須再將上述二維圖形數據導入通用gis數據處理軟體，剔除內層面，得到一個二維矢量面來代表bim模型的投影平面圖形。
作為優選的通用三維模型處理軟體，如sketchup。
作為優選的通用gis數據處理軟體，如arcgisdesktop、3dsmax等。
s13、結合在線地圖，完成s12步驟所獲取的建築投影平面圖的地圖配準，並採用在線地圖api導出配準後所獲得的實際地理位置，該地理位置為一種反映bim建築所在位置的gis空間數據。對json中的xy(xi,yi)坐標群進行處理，平移處理公式以x方向平移量px，y方向平移量py，如：xi＝px+xi、yi＝py+yi；旋轉處理公式以順時針delta角度為例：縮放處理公式以縮放比例值scale為例：xi＝xi*scale、yi＝yi*scale。公式實現順序為：縮放->平移->旋轉。
具體地，所述步驟s13可以包括：
s131、將s12步驟所獲取的建築投影二維矢量面進行序列化處理，序列化後的二維矢量面是一組以xy坐標來表達的坐標群(x1,y1,x2,y2……)，使組成二維矢量面的坐標群轉成交換型格式的數據，同時在該交換格式的數據中增加一個標識值id以標識該二維矢量面所對應的建築模型以便後續索引建立。
作為優選的交換型數據格式，如json。
s132、構建在線建築平面圖配準系統。構建該系統採用在線地圖api，首先在頁面上放置在線地圖，之後輸入s131所產生的json串，解析該json串形成二維矢量面疊加於在線地圖，利用在線地圖api編輯工具對疊加的二維矢量面進行平移至地圖上該建築所在實際位置，平移定位的基礎點坐標設為二維矢量面上點p(x1,y1)，以p點為旋轉基點旋轉圖形使得該圖形與在線地圖上的圖形匹配，縮放使該二維矢量面匹配到當前地圖比例尺下的建築大小。完成該系列操作後，記錄二維矢量面的平移xy坐標值px，py，旋轉角度值delta，縮放比例值scale。
作為優選的在線地圖api，如百度地圖api、騰訊地圖api。
s14、重複s11-s13步驟，對園區內所有bim模型完成位置化處理，得到整個園區的bim模型所對應的gis空間位置數據，即配準得到的二維矢量面。並將所得gis空間位置數據導出成常用矢量格式。
優選的常用矢量格式如shp格式。
在步驟s14執行完後，執行如下步驟：
s21、遍歷園區內所有bim模型，獲取bim模型數量n,依大小排序後設立id，修改模型的id屬性值為模型對應的id。
s22、對s14過程產生的每一個bim模型的gis空間位置數據增加一個bim索引屬性。在gis空間位置數據的屬性表中添加一個索引欄位，欄位名為「bim索引」，同時添加欄位「模型文件位置」。
s23、對s22過程增加了索引屬性的gis空間數據，在其bim索引屬性欄填入園區內對應bim模型的id值，在其模型文件位置欄填入對應模型所在的文件位置，完成所有園區內所有bim模型與對應gis空間數據的索引關聯。
在步驟s23執行完後，執行如下步驟：
s311、構建地圖標繪系統，構建該系統採用在線地圖api，首先在頁面上放置在線地圖，加入在線地圖api的圖形編輯工具，該工具用於點選園區輪廓點，系統內置方法逐一連接輪廓點生成輪廓面，在地圖上展示，採用開源矢量數據導出工具構建矢量數據導出接口。
s31、採用地圖標繪系統標繪出園區的二維輪廓，使用系統導出接口導出為面狀矢量數據格式，該數據作為園區場景圖定義的園區邊界。
s32、構建場景圖的元數據參數並採集。園區場景唯一值id構建：對s31過程面狀數據計算中心位置地理坐標值，(公式中c為中心坐標，vi為輪廓點坐標，n為輪廓點數量)，以c作為園區唯一值id。園區面積計算採用拆分三角形方法進行計算，園區數據採集時間以當前系統時間為記錄。
s33、獲取園區內要素內容，打開gis空間數據處理軟體，加載在線地圖，對該地圖上的道路、管道、橋梁、樹木、路燈、水體、綠化地等園區內部要素進行矢量化處理。該過程中，道路、橋梁、水體、綠化地矢量化為面狀要素，管道適量化為線狀要素，樹木、路燈矢量化為點狀要素。打開3dmax建模軟體，分別建立路、管道、橋梁、樹木、路燈、水體、綠化地等標準三維模型。
在步驟s33執行完後，執行如下步驟：
s41、在關係型資料庫中建立園區的數據表和視圖。參看圖3，數據表由五部分組成，一個主表和四個副表。主數據表欄位為，副數據表對應主數據表四個欄位的內容：園區邊界；園區元數據；園區內部要素；擴展要素(type表示擴展要素類型，link表示擴展要素連結)。園區內部要素除id欄位的其他欄位都有其副表和視圖，bim附表結構bim表(bshape表示bim模型的二維矢量面，filepath表示bim模型的文件存儲位置)，其餘欄位對應結構由資料庫插件定義。
作為優選的關係型數據如postgres；
作為優選的資料庫插件如postgis；
s42、根據s41過程所定義的場景數據表，進行內容填充。主數據表中園區id為s32過程的園區場景唯一值id，園區邊界，園區元數據，園區內部要素，擴充要素對應副數據表id值；園區邊界shape值為s31過程的二維矢量面，type為園區類型，如科技園等；園區元數據area為園區面積，time為園區數據採集時間；園區內部要素road(道路)，pipeline(管道)，bridge(橋梁)，tree(樹木)，streetlight(路燈)，ford(水體)，afforestation(綠化地)分別為矢量化對應的副表點狀、線狀、面狀數據，bim附表填入數據為s1-s2過程所處理的bim數據及其gis空間數據；擴展要素作為備選的擴充值，該示例中設為空表。
實施例2
參看圖4，本實施例中提供了一種以bim+gis數據為核心數據，構造三維數字園區的組織管理系統，包括：
bim數據位置化模塊1，用於對三維數字園區內的建築物bim模型進行定位，提取bim模型的外輪廓圖，通過將所述bim模型的外輪廓圖與在線地圖的配準獲取與該模型匹配的空間位置數據；
數據關聯模塊2，用於建立所述三維數字園區的bim模型與其對應的gis空間位置數據的索引關聯；
內容採集模塊3，用於構建園區地圖標繪系統，通過多邊形標繪方式來採集數字園區的園區邊界，構建場景圖元數據參數並採集，獲取園區內要素內容；
數據一體化管理模塊4，用於構建所述三維數字園區的場景模型，通過將所述三維數字園區內容採集模塊所獲取的內容填入所構場景模型中，形成多數據組織一體化管理結構，利用該結構對三維數字園區的數據進行一體化管理。
綜上所述，本發明通過構造三維數字園區的多數據組織和管理方法，構建多個子模塊，對園區內bim模型數據進行位置化處理得到位置化bim數據；構建了bim模型與空間位置數據的關聯方法，這為後面無空間位置的bim模型與空間數據進行集成管理提供基礎；構建三維數字園區場景模型，該模型是對應實體的物理模型，而非抽象類的邏輯模型，保證了該模型可以直接實施，並直接對應到現實資料庫中。同時，本發明中的三維數字園區場景模型以bim數據和gis數據為基礎，解決了數字園區高精度和低精度數據共存的難題。
最後，本申請的方法僅為較佳的實施方案，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。