从实景三维建模到数字孪生建模

从实景三维建模到数字孪生建模是国家数字经济和智慧社会建设与发展的基本需求。本文探讨了实景三维建模和数字孪生建模的关键技术内涵,介绍了数字乡村、未来社区和智能铁路等典型应用场景。广域范围实景三维建模在低成本高效数据采集和智能化自动化三维精细建模与动态更新方面面临挑战,城市级或重大工程级的数字孪生建模在全要素整体性的表征数据与机理模型集成表达方面还存在关键技术瓶颈。测绘技术亟须多学科交叉融合创新,突破天空地有机协同实时动态获取多细节层级实景三维数据、智能化处理多专业多尺度多模态时空数据、不完备数据条件下复杂场景的三维实体化精细建模、表征数据与机理模型结合的全生命周期数字孪生模型动态构建等核心关键技术,形成通用地理空间智能,实现测绘技术的高质量发展和对经济社会发展不可替代的更有力的基础支撑。     

基于WebGL的航道数据组织与三维可视化方法

针对Web端进行航道构建与三维可视化时遇到的海量数据组织困难、即时显示效率低的问题,提出了一种多维度数据索引构建方法,利用多层次网格索引将空间分布特征和时空关联关系索引到数据中,实现了海量水深数据的快速增量入库和高效检索;提出了一种基于边界约束的航道地形模型构建方法,利用alpha-shape算法提取自适应边界,并对D...     

地理空间数据增量更新版本化管理方法研究

在分析现有更新模式和机制的基础上,提出一种面向增量更新的地理空间数据版本化管理方法,设计了5年区间-年度区间-状态版本的多级时态地理空间数据组织管理模式,以基态修正后的初始版本地理空间数据库为基础进行动态增量更新数据组织管理,以多时态索引叠加空间几何索引、属性语义索引构成复合时空索引进行多时态空间数据快速查询检索.实践表明,该方法实现了多时态地理空间数据的高效组织管理和快速查询检索效率.     

铁路隧道钻爆法施工智能管理的安全质量进度知识图谱构建方法

复杂艰险的山区环境和不确定的地理地质条件是影响铁路隧道施工建设安全、质量和进度的关键因素,面向智能化、精准化的施工管理,提出一种铁路隧道钻爆法施工安全质量进度知识图谱构建方法。首先,根据铁路隧道施工建设过程中与安全质量进度关联的人机料法环5类关键要素的概念与语义关系,设计了模式层自上而下和数据层自下而上双向协同的构建方式;然后,抽取实体及关系并进行融合、存储,完成模式-数据关联的知识图谱构建;最后,以某新建铁路隧道出口工区施工事件为例构建实例图谱。结果表明,该方法构建的知识图谱精细刻画了影响安全、质量和进度的关键要素属性、要素间语义关联关系以及互馈作用关系等,为铁路隧道钻爆法施工全过程的安全质量进度整体性、系统性的智能化管理提供了关键支撑,也为铁路隧道工程数字孪生奠定了基础。     

基于数字孪生技术的智慧校园时空底座建设

物联网、大数据、人工智能技术的发展孕育了数字孪生技术。三维实景校园时空底座是应用数字孪生技术建设智慧校园的基础。通过倾斜摄影技术、三维激光扫描技术与人工建模技术相结合的三维校园时空底座制作方法,能够补充倾斜摄影在建筑底部及内部等遮挡密集区域的信息,在提高三维校园模型精度的同时,实现多源数据的融合三维实景建模。通过不同来源、不同格式数据的优势互补,更好地建设校园时空三维底座,为数字孪生校园的建设提供支撑。     

一种面向矢量瓦片高效构建的空间索引方法

针对矢量瓦片在构建过程中对原始矢量数据源检索性能的不足,提出了一种基于改进网格与递归网格排序(sort-tile-recursive,STR)R-树的混合索引结构,用于提升对数据源的空间查询效率。该混合索引通过瓦片金字塔上下文信息改进了一级网格索引的查询方式,减少了查询过程中的空间比较。同时,使用STR R-树作为二级索引,有效减轻了因矢量数据空间分布不均衡所带来的影响,实现了二级查询优化。实验表明,对比数据库常用空间索引(如网格索引、四叉树索引、R-树/R*树索引),该混合索引对不同空间分布的矢量数据适应良好,能显著提高对矢量数据源的查询性能,加速瓦片的构建。     

基于快照-增量的时空索引机制研究

已有的时空索引是基于时间或空间索引的扩展,将相应的空间或时间成分作为属性,难以同时顾及时间查询和空间查询的效率.分析基于版本-增量的时空数据模型,提出基于快照-增量的时空数据索引机制.该索引将时间和空间作为同等重要的维,满足时空联合查询的效率.     

时空信息云平台下数据管理及可视化方法

针对智慧城市时空信息云平台中海量时空数据的管理和可视化问题,该文提出了一种时空索引建立及时空数据可视化方法。时空索引机制将时间、空间与专题属性作为同等重要的维度,兼顾了三者的查询效率,实现对时空数据的快速有效提取。时空数据可视化表达方法提出了时间轴动画、多时态对比、对象状态回溯等可视化方式,实现时空数据的动态交互式表达。该方法在"智慧常州时空信息云平台"项目中进行了实现,证明这种时空数据组织管理方法可较高效地实现数据的检索调度,且具有较强的可操作性;基于此的时空数据可视化方法亦具备较佳的时空对象动态表达效果。     

数字孪生技术在小型水库管理中的应用初探

针对我国小型水坝存在的安全隐患问题,本文基于数字孪生技术提出并构建了小型水坝数字孪生动态监管云平台,论述了小型水坝数字孪生平台建设思路。首先基于物联传感设备实现雨水情、坝体安全感知,然后通过构建室内外一体化精细三维模型搭建统一时空数据底座,实现视频监控与三维模型的融合,最后基于AI技术实现入侵检测,构建小型水库动态监管云平台。数字孪生技术能够为水库大坝提供全面的实时监测信息,实现实时连接与动态交互。本文初步探讨了数字孪生技术在水库大坝管理中的应用,可为小型水坝状态感知与安全管理提供参考。     

基于SuperMap平台构建统一CIM数字底盘的应用分析

基于SuperMap GIS平台实现BIM和GIS融合,构建全时空的统一CIM数字底盘,通过CIM数字底盘的应用实现全流程、全自动规划审批,提升智慧审批效率.随着三维立体时空数据不断丰富,全空间二三维数字化底盘技术会愈加成熟,CIM数字底盘的应用将成为助力数字孪生城市、新型智慧城市创新发展的催化剂.     

面向动态关联数据的高效稀疏图索引方法

为了高效组织管理日益增加的智能感知和关联关系数据,满足多层次任务对多模态场景数据多维特征计算和关联挖掘的需求,针对现有树结构外存索引方法存在的磁盘I/O密集、处理效率低、对关联关系支持弱的瓶颈问题,提出了一种时空关系稀疏图索引方法。设计了一种基于内存图模型的时空索引结构,将多模态场景数据抽象为图的节点和边,支持时间、空间以及关联关系的高效组织,并基于稀疏矩阵进行时空关系图索引的内存表达和存储;以多维树索引为例进行了索引构建以及多模式查询试验。试验结果表明,本文方法在索引生成、时空查询和复杂时空关系查询效率等方面均优于对比方法,支持动态关联的多模态场景数据实时高性能处理和低延迟访问。     

三维地形可视化中不同图元渲染效率比较分析

大规模地形场景一般由几百万甚至更多的顶点构成,地形瓦片的图元组织与绘制效率直接决定了地形渲染的速度和质量。为明确Triangles,Triangle Strip,Triangle Fan和优化的Triangle Strip图元渲染效率,选取常用的11种大小瓦片样本进行对比试验。从初始化时间、索引缓存大小和实时绘制时间3个方面评估图元效率。结果表明：在地形瓦片小于256时,Triangles和优化的Triangle Strip具备较高的渲染效率,Triangles会占用较大的索引缓存;在地形瓦片超过256时,优化后的Triangle Strip图元具有最高绘制效率,并且占用最小的索引缓存。     

基于HR-树扩展的时空索引机制研究

在HR-树基础上分别融入了HR^＋ -树、SEST时空索引与快照-增量索引结构思想，对共享指针与非共享指针进行了区分，增加了增量与事件的索引数据结构。提出了基于HR-树扩展的时空索引模型，为实现高效、统一的时空查询提供了理论依据。     

对等网络下自适应层级的矢量数据时空索引构建方法

时空索引是时空数据存储和管理的关键技术之一,基于空间填充曲线(space filling curve,SFC)的索引方法近年来受到了广泛关注。然而对于矢量数据,现有索引方法多侧重于空间索引的实现,难以同时顾及时间查询和空间查询的效率,且对于非点要素(线要素与面要素),确定最优的索引级别一直是难点所在。为此,本文面向对等网络环境,提出一种自适应层级的时空索引构建方法。首先提出了基于分区键和分区内排序键组合策略的时空信息联合编码,然后据此设计了点要素、非点要素的时空表达结构,最后设计了多层级树结构以构建时空索引MLS3(multi-level sphere 3),并基于地理实体时间粒度及空间密度等特征自适应确定其最优索引层级。利用轨迹(点要素)、公路(线要素)和建筑物(面要素)实际数据进行了试验。试验结果表明,相比GeoMesa提出的XZ3时空索引,本文索引方法可有效解决非点要素的时空表达及层级划分问题,在避免存储热点的同时实现更为高效的时空检索。     

WebGIS中瓦片地图关键技术研究

针对WebGIS系统的特点,提出利用金字塔瓦片地图技术在服务器端预先生成不同级别的瓦片地图方法,提高地图的生成、发布、显示和浏览效率,减轻服务器负载和网络传输负担。文中简要介绍了瓦片地图技术的实现模型。并对瓦片地图金字塔模型的构建、瓦片地图金字塔数据的组织、瓦片地图索引机制建立等关键技术进行了阐述。     

版本差量式时空数据模型研究

时空数据模型是时态地理信息系统的关键和核心。本文在分析国内外已有研究成果的基础上,结合国家基础测绘项目,提出了“版本-差量”式时空数据模型,采用“版本管理-动态关联”以及“动态分级索引”技术实现时态地理数据的存储管理和查询检索。该模型能有效降低数据冗余,提高数据访问效率。     

基于分离式金字塔模型的测绘立体影像数据检索系统设计与实现

针对立体影像数据查询检索的现状,找出其在测绘应用中的不足。首先搭建测绘影像数据检索系统的总体框架,其次提出对测绘立体影像数据进行基于分离式金字塔模型的瓦片处理并且对其创建混合网格索引(HGI),最后根据其不同的检索功能运用不同的检索算法,基于B/S结构,运用ArcSDE、Oracle相关组件、Tomcat相关网络技术,采用VS.NET2005(C#)、AE等开发实现多功能的测绘立体影像数据检索系统。     

基于SuperMap的三维虚拟校园设计与实现

本文基于SuperMap软件,以山西师范大学校区为例,通过虚拟地表的生成、三维建模、纹理贴图等方法,打破了时空的限制,直观地展现了交互式三维校园场景,实现了校园三维虚拟场景的缩放、旋转、漫游操作等功能,达到了模拟现实的效果,并可作为数字化校园的基础平台,拓展现实校园的时间和空间维度,提升传统数字校园的运行效率,扩展传统数字校园的业务功能,最终实现教育过程的全面信息化,从而达到提高校园管理水平和效率的目的。     

基于线性参照技术的铁路三维场景快速建模方法研究

针对铁路三维场景建模速度效率低、计算程度复杂等问题,本文利用铁路空间数据的线性分布特征设计了基于线性参照技术的铁路三维场景建模方法。首先,对铁路三维场景中的实体对象进行了抽象简化;然后,对设备设施模型属性表和事件表进行设计;最后,利用动态分段技术和几何约束法进行铁路三维场景的快速建模工作。实验表明：利用线性参照技术进行铁路三维场景快速构建在一定程度上提高了铁路三维场景构建效率,能够较好地支持空间数据和属性数据的统一表达,在铁路三维地理场景的快速构建和分析方面具有优势。     

粒度与结构统一的多层次三维城市模型数据组织方法

提出了一种高效的磁盘、内存、显存三级数据存储粒度与结构一致的数据组织方法。首先,根据城市空间对象数据内容,建立层次嵌套、多类型混合的空间索引结构,以空间索引节点统一磁盘存储、内存场景管理与绘制缓存的基本操作单元;其次,以绘制缓存对象的紧凑存储结构为基础,统一内存场景管理对象与磁盘存储对象的数据块结构,并将数据布局方法扩展到对象粒度进行磁盘存储组织。实验结果表明,所提方法大幅度减少了I/O次数,提高了数据调度效率,为大规模三维城市模型的实时绘制奠定了基础。