中国信通院陈才等:加速构建CIM平台 助力数字孪生都会建设
2021-10-10 
本文摘要:1 引言CIM平台是实现精准映射都会运行状态、挖掘洞悉都会运行纪律、模拟仿真都会未来趋势的综合信息载体与焦点平台[1-2],也是毗连物理都会与数字都会的关键“桥梁”。CIM的观点由BIM(修建信息模型)衍生而来,将BIM的作用工具从修建物扩大到了都会领域。简朴来看,CIM平台即是CIM模型加上各种异构多源数据[3]。

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1 引言CIM平台是实现精准映射都会运行状态、挖掘洞悉都会运行纪律、模拟仿真都会未来趋势的综合信息载体与焦点平台[1-2],也是毗连物理都会与数字都会的关键“桥梁”。CIM的观点由BIM(修建信息模型)衍生而来,将BIM的作用工具从修建物扩大到了都会领域。简朴来看,CIM平台即是CIM模型加上各种异构多源数据[3]。

前者是指具有都会级语义信息的三维模型和语义建模的数据集成体,是数字孪生都会的焦点信息载体;后者涵盖都会修建构件的结构化信息BIM数据、都会二三维一体化的地理信息系统(Geographic Information System,GIS)数据,以及动态变化的感知信息IoT(物联网)数据。通过在CIM平台上加载各种都会业务数据资源,集成对接智慧都会软件系统,针对典型场景,开展系统化模拟仿真、迭代试错操作,最终形成数字孪生都会雏形。2 CIM平台的现实意义具有全域全时、精准映射、虚实交互、仿真模拟的CIM平台,其焦点价值和现实意义主要体现在三大方面。

一是CIM平台构筑都会“全周期治理”能力,提高都会韧性。习近平总书记提出,超大型都会要实现“全周期治理”,都会的风险治理、问题处置要做到事前防范、事中控制、事后反思的全周期闭环治理。

在事前防范环节,CIM平台可实现在数字空间中的模拟评估、试错调试、有效早期发现问题、提前干预、智能控制、预测预警现实问题、制止在物理空间中犯错、降低都会运行成本;在事中控制环节,CIM平台有助于提早发现问题苗头、自动报警、实时处置惩罚;在事后反思环节,CIM平台可有效沉淀隐形履历,使其固化在CIM模型中,以进一步革新、完善都会未来方案。二是CIM平台构筑空间盘算能力,提高都会精准化精致化治理水平。都会的所有牢固部件和流动物体之间都存在位置关系,CIM平台具有准确的位置信息以及空间细节,可以快速盘算相对位置。

如都会计划可以凭据空间约束条件,在CIM平台上快速实现积木式计划,实现“一张图”计划;当都会地下管网泛起故障报警时,CIM平台可快速定位快速处置,降低灾害伸张。三是CIM平台构筑未来预知能力,提高都会应对与决议能力。CIM平台可以基于历史数据,通过深度学习等算法,推演都会未来生长态势并可视化出现,增强对未来生长的判断力。

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如都会交通生长态势在空间的推演、人群集聚情况在空间的推演、情况污染情况在空间的推演、疫情接触情况在空间的推演等。3 CIM平台的架构组成当前,业界对快速生长的CIM有两方面误解。一方面是过分关注多源数据收罗和实景映射,认为数字空间一草一木都要有其对应的数字孪生体,但CIM更应该关注重点场景和重点事件的孪生;另一方面是过分关注渲染技术,认为虚实融合交互、渲染效果传神是生长重点,但CIM的可视化展现与实景渲染是须要项,而非焦点。

其焦点其实还在于模型,以及基于CIM的仿真推演。从架构上看,CIM平台主要由数据收罗、模型构建、数据出现与渲染三大部门组成[4](见图1)。图1 CIM平台架构组成3.1 多源数据收罗是模型构建的基础从二维到三维,从地理空间信息到时空高精度多源信息,是局势所趋,也是CIM的关键要求。

地上地下、室内室外、虚实一体、开放鲜活的时空数据资源是数字孪生都会建设最为关键的基础。模型数据收罗工具主要包罗地理空间信息、修建物、门路、地下空间管线、都会地质、地表高程等。

数据类型主要为都会街景数据、GIS数据、BIM数据、CAD(盘算机辅助设计)数据、激光点云数据、倾斜摄影数据等。要建设时空融合的数据治理系统,实现时空信息的有效组织、清洗处置惩罚、结构化存储、特征化提取。3.2 模型平台是数字孪生都会的“骨架”一是基于都会GIS底图,使用影像多视匹配技术、点云构TIN技术、纹理映射技术等三维建模技术,根据地形层、门路层、修建层、绿化层、水域层等顺序逐层加载数据,形成结构化的都会分层模型;二是针对修建物、桥梁、停车场、绿地等都会部件举行单体化处置惩罚;三是使用语义化技术,形成一个量化并可索引的都会单体信息模型,并同步接入人口、衡宇、公安警务、水电燃气、交通运行、公共医疗等诸多关联语义数据,最终形玉成域、全时、全程三维可视、附带富厚属性信息的CIM模型[1]。

3.3 实时数据出现与渲染是赋能业务的焦点一是物联网感知数据实时在模型平台上快速加载、融合和出现,实现实时运行监测数据、经济社会事件的可视化,如实时视频图像、空气污染指数、交通流量、行人轨迹等;二是凭据差别精度尺度出现应用场景,如凭据都会地理信息数据源、模型精度、业务场景需求,可以按百米级或十米级出现都会治理应用场景;根据米级或厘米级出现交通、应急等特殊场景的模拟仿真;三是对数据模拟和真实场景举行效果渲染,好比凭据天气动态数据(云层高度、风向、边缘噪波尺寸等)对阴、晴、雨、雪等多种真实天气举行模拟;运用动态光追踪距离场阴影技术,实时盘算阴影状态,最终模拟还原物理世界的运行情况[2]。从建设路径上看,CIM平台可以基于智慧都会已建的时空大数据平台扩展,后者为CIM在三维空间和时间交织组成的四维情况中提供了时空基础服务,通过应用虚拟现实、大数据、CIM等技术,拓展时空大数据平台精致化可视化管控功效。

CIM平台也可独立建设,但应涵盖时空大数据平台的主要能力,如多源数据的融合、数据时空化、数据服务化,以实现基于统一时空基础的计划、分析和决议。4 CIM平台的工业生态当前,CIM平台尚处于生长初期。以CIM为焦点的数字孪生都会建设正形成都会。


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