水利工程视角下的BIM与GIS数据融合研究

为进一步推进 BIM 与 GIS 技术在水利工程实践中的应用，提高水利工程建设信息化水平，研究 BIM 与GIS 技术协同中的数据融合问题。从建模语言、几何表达、语义信息等方面，介绍基于数据格式转换、标准扩展和本体技术集成的 3 种 BIM 与 GIS 数据融合方法，探讨并比较 3 种数据融合方法在水利工程项目中的应用场景，分析BIM 与 GIS 数据融合在水利工程全生命周期各阶段的应用内容，并以泰州引江河案例为例，对相关技术方法进行实证应用。研究表明：BIM 与 GIS 数据融合是水利工程领域新数据标准建立的重要基础与途径，对提高水利工程项目全生命周期管理及信息化水平具有重要意义。     

面向 Web 的建筑三维模型可视化方法研究

针对当前工业基础类(IFC)标准文件与 WebGL 框架集成方案存在模型语义完整性差及数据互操 性弱等问题,提出一套建筑信息模型(BIM)数据网络可视化实施方案。该方案以 IFC 标准文件作为输入数据源, 首先对 BIM 模型进行重构,并提出基于 IFC 结构树的构件实例层次拆分策略将原始 IFC 文件实施数模分离; 然后,将重构后的 IFC 模型文件向 glTF 格式文件进行转换,并在转换过程中完成几何空间和语义属性的双重 关系映射;最后,提出基于层次包围体(BVH)结构的 BS-AB 场景构件可视性检测算法对建筑构件进行可见性剔 除。实验结果表明：该方法能够显著减少 BIM 模型数据冗余,且高效完成了对复杂 BIM 场景不可见构件的剔 除工作,降低了渲染管线的开销,为基于 IFC 标准与 WebGL 框架集成方案的 BIM 模型数据网络可视化提供了 一种可行的参考方案。     

基于WebGL的三维GIS空间算法的研究与实现

WebGL被广泛运用到Web的三维场景可视化和三维WebGIS场景实现中。目前将WebGL应用在三维GIS中的应用研究主要集中在处理图形引擎、三维建筑加载和三维场景可视化等方面,而在采用WebGL技术实现三维GIS以及空间算法上的研究较少。采用WebGL技术实现三维GIS,在进行数据测试的过程中,出现二、三维空间数据不同步、错位情况严重、路径分析三维展示平滑性差、场景漫游旋转时三维对象发生位置偏移和坐标错位等问题。针对以上问题,重点研究二、三维空间数据同步算法、三维运动轨迹处理算法和三维漫游处理算法。以实际的城市三维数据为例进行算法实验分析,结果表明:利用该方法保证了三维GIS中二、三维空间数据的同步,减少了三维漫游过程三维对象位置偏移和坐标错误情况,在路径分析的三维效果中体现了良好的视觉感知。     

城市信息模型(CIM)分级分类研究

城市信息模型(CIM)可为城市规划、建设与管理运营过程提供多尺度三维数据底座和科学决策 支持,成为国家“十四五”规划建设内容。但 CIM 具有多尺度、多专业和多行业应用交叉融合的复杂特性, 不利于指导模型集成应用和信息高效共享,建立统一的 CIM 分级分类将有效改善这一问题。通过梳理综合对 比分析城市三维模型、CityGML 分级及建筑信息模型(BIM)等标准的分级层次,综合研究 CIM 概念及范围,提 出了 CIM 从地表模型到零件级模型逐渐精细的分级方法,并得到了初步验证。采用面状分类法在 BIM 分类的 基础上,对 CIM 分类进行定义与扩展,从成果、进程、资源、特性和应用 5 大维度探究了分类及规则。CIM 分级与分类研究,有助于明确和规范 CIM 特征,促进模型建立、加工、表达与共享应用。     

面向GIS多重表达的本体语义模型

多重表达是地理信息弹性存取和集成分析的一个内在要求,它实质上提供了一个多尺度、多应用主题的信息集成机制。多重表达的概念建模需要在高度抽象的地理概念层次上实现地理信息一体化的弹性表达,而不是局限于数据库中几何多样性的一致性描述。基于本体的地理信息建模更贴近于认知模型,还有助于模型语义的表达以及基于语义的信息集成和共享。论文探讨了基于本体的地理概念表达与GIS语义的形式化,并通过多重表达上下文的抽象以及本体逻辑基础的上下文扩展,给出一个支持GIS多重表达的本体语义模型,该模型能够为多重表达数据库的实现提供一个易于理解和共享的形式化基础。     

基于空间关联规则挖掘的数据格式转换研究

通过对两种传统的CAD数据到GIS数据转换方法的系统研究,分析了转换过程中存在的信息丢失等问题。基于空间数据关联规则挖掘思想,从问题着手,设计了一种全新的CAD的文本数据到GIS的点层数据的转换方案与挖掘算法。最后,以一个实际的例子,实现了对CAD的文本数据的空间关联规则挖掘,提取文本的坐标信息和属性信息,建立GIS空间数据库,并对转换的几何精度和属性精度进行了评价。     

基于GIS+BIM的滇中引水工程数字场景构建研究

本文以云南省滇中引水工程为例,采用GIS+BIM数字化技术,对滇中引水工程数字化场景构建技术进行探索,旨在为长距离引调水工程的数字孪生底座构建提供可行的技术路径。通过GIS三维模型构建、BIM模型构建及模型集成的研究,对比了主流的GIS三维建模高精度数据的采集和处理技术,阐明了三维GIS大场景搭建、工程实景三维模型建立、多类型引水建筑物建模的方法,同时提出了工程数字化模型集成的成套技术路线,采用新一代三维驱动引擎,通过投影变换算法实现长距离不同工程坐标系下BIM模型在标准GIS球面场景中的无缝拼接,达到全线模型的集成,构建了工程三维应用的数字化基础,可为水利工程数字孪生建设抛砖引玉,提供建设指引。     

基于3D WebGIS的土木水利工程BIM集成和管理研究

针对目前BIM与GIS主流集成方案中的不足,提出基于3D Web GIS的BIM数据集成和管理方案。该方法主要采用WebGL作为集成容器,基于网络服务接口传输数据,结合集成中的关键技术实现了GIS中IFC模型数据的分级集成。根据上述方法,提出了面向土木水利工程的BIM与GIS原型系统的框架,并结合网络编程知识,以开源工具为基础,实现了BIM数据在GIS环境下的快速、高效集成,为工程全生命周期的应用提供了支持环境。测试示例数据验证表明,该方法具有可行性和适用性,在土木水利工程领域具有较大的应用价值。     

城市地下管网地理信息系统空间数据模型研究

城市地下管网的综合规划和管理,正随着地理信息系统产业的发展,越来越受到人们的重视。而空间数据模型是任何地理信息系统设计的核心。在综合评述GIS空间数据模型研究的基础上,针对城市地下管线空间对象,研究了地下管网的特点,提出了实体几何法与三维拓扑的集成模型,并设计了系统概念模型、数据组织模型以及相应的数据存储结构。     

BIM 空间关系数据的云存储与检索方法研究

随着工程项目体量的增大,模型中存在的空间关系更加复杂多样化,现有的建筑 信息模型(BIM)数据存储和检索方式无法满足使用要求。为了提高 BIM 中大量空间关系数据的 存储和检索效率,通过集成 BIM 与云计算技术,提出了一种 BIM 分布式负载均衡集群方案, 在此基础上利用弹性搜索框架(Elastic Search)和图数据库Neo4j实现了IFC空间关系数据的云存 储和检索,为海量 BIM 空间关系数据提供一种高效快速的云存储和检索方法。     

Automatic geo-referencing of BIM in GIS environments using building footprints

The integration of Building Information Models (BIM) in environments such as Geographic Information System (GIS) is currently one of the main investigated research problem in the urban spatial information community. Among the several issues that are involved in the adequate realisation of such type of integration, one particularly relevant to the GIS world is the geo-referencing of data coming from the BIM domain. The latter, which is inherited from the Computer Aided Design (CAD) world, often relies on local coordinate systems and thereby provides models with no or wrong information with respect to their actual geographic position. Based on well-known processes in the field of computer vision, this paper proposes an automatic framework that allows to transform the local coordinates of a BIM model into its real world geographic coordinates. Starting from a geo-referenced 2D polygon of the building (footprint or vertical projection), our method directly applies a rigid motion transformation to a corresponding 2D projection generated from the BIM model in order to obtain the transformation matrix that will align the geometry of the BIM to the map's one. In comparison with the most common approaches of shape alignment and rigid body transformation, our approach requires neither the input polygons to have the same number of points nor their sequence of points to be corresponding, allowing thereby to maximize the automation of the process while still providing accurate results. Several cases of BIM geo-referencing are presented and discussed. Furthermore, our experiments show that centimetre accurary can be reached in the alignment process.     

建筑物多尺度三维语义建模研究

针对现有的一些三维建模方法强调单一尺度几何模型构建,缺乏多细节层次(LoD)和语义信息表达,互操作性不强等问题,以国际开放标准CityGML为基础,利用矢量拉伸、基于几何特征和规则的语义信息提取、几何映射和语义映射等技术研究了建筑物多尺度几何语义一体化模型构建方法.采用开源Cesium库开发了一套基于WebGL的建筑物...     

城区建筑物3D景观模型建立

为了在2D GIS基础上实现城市建筑物的3D显示,提出了一种建立建筑物3D模型的方法,该方法首先采用最大包围盒法将建筑物3D模型与2．5D DEM集成在一起,然后采用了Meier关系数据结构的表示城区建筑物几何模型中的拓扑信息和属性信息,并通过VRML浏览器业实现城市景观的交互显示,从而实现了利用常规2D GIS数据建立建筑物3D景观虚拟模型,实验结果表明,该方法能在VRML浏览器中以各种视角,在各个位置和按各种缩放比例,对建筑物模型进行动态观察,并在计算机屏幕上实现立体显示,根据实验结果和分析可见,随着2D GIS的发展成熟,利用常规2D GIS数据来建立建筑物3D景观模型的条件已经具备。     

Merging BIM and GIS using ontologies application to urban facility management in ACTIVe3D

This article presents the research work done in order to reduce the gap of heterogeneity between Geographic Information System and Building Information Models. The goal is to extend a platform dedicated to facility management called ACTIVe3D. We want to enlarge its scope to take into account the management of urban elements contained in the building environment, as well as other buildings. The particularity of the platform is that data can be accessed either by a semantic view or through a 3D interface. The SIGA3D project describes a set of processes that aims, for all the stakeholders of urban projects, to manage pieces of information through all the lifecycle of construction projects. To solve the heterogeneity problem between BIM and GIS, we developed a semantic extension to the BIM called UIM (Urban Information Modeling). This extension defines spatial, temporal and multi-representation concepts to build an extensible ontology. The knowledge database can be populated with information coming from standards like IFC and CityGML. This information system has been adapted and implemented into the existing platform and is today fully operational and used by thousands of users.     

BIM reconstruction from 3D point clouds: A semantic registration approach based on multimodal optimization and architectural design knowledge

Reconstructing semantically rich building information model (BIM) from 2D images or 3D point clouds represents a research realm that is gaining increasing popularity in architecture, engineering, and construction. Researchers have found that architectural design knowledge, such as symmetry, planarity, parallelism, and orthogonality, can be utilized to improve the effectiveness of such BIM reconstruction. Following this line of enquiry, this paper aims to develop a novel semantic registration approach for complicated scenes with repetitive, irregular-shaped objects. The approach first formulates the architectural repetition as the multimodality in mathematics. Thus, the reconstruction of repetitive objects becomes a multimodal optimization (MMO) problem of registering BIM components which have accurate geometries and rich semantics. Then, the topological information about repetition and symmetry in the reconstructed BIM is recognized and regularized for BIM semantic enrichment. A university lecture hall case, consisting of 1.9 million noisy points of 293 chairs, was selected for an experiment to validate the proposed approach. Experimental results showed that a BIM was satisfactorily created (achieving about 90% precision and recall) automatically in 926.6 s; and an even more satisfactory BIM achieved 99.3% precision and 98.0% recall with detected semantic and topological information under the minimal effort of human intervention in 228.4 s. The multimodality model of repetitive objects, the repetition detection and regularization for BIM, and satisfactory reconstruction results in the presented approach can contribute to methodologies and practices in multiple disciplines related to BIM and smart city.     

An integrated VR–GIS navigation platform for city/region simulation

This paper introduces a virtual city oriented VR–GIS platform which synthesizes several latest information technologies including virtual reality, 3D geographical information system, remote sensing, and multi‐dimensional visualization. The platform is a seamless integration of VR functions and GIS analysis methods, which can be used to organize and present massive spatial data. It also supplies 3D spatial analysis functions, 3D visualization for spatial process and natural simulation, and serves as an engine platform for digital city. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

面向虚拟地理环境的语义数据模型*

针对当前虚拟地理环境中语义信息表达不足问题,提出了一种面向虚拟地理环境的语义数据模型,能够有效表达几何信息、拓扑信息、语义信息和属性信息,并对这些信息进行关联来表达实体。设计了面向虚拟地理环境的集成空间数据结构,综合表达地上、地表和地下空间实体,通过实体的分类和分解来表达实体的语义信息;依据此语义数据模型,实现了地上建筑物和地形的无缝集成。该语义数据模型能够对虚拟地理环境中的实体进行无歧义表达。     

基于分解组合法的三维景观网络共享

各地的数字城市建设积累了大量城镇区域的三维景观数据,但因为采用的标准规范、技术路线不同,之间不能互相共享和应用而成为"信息孤岛"。针对社会、公众三维景观网络在线共享的需求,分析三维景观数据内容、数据组织等标准规范和共享要求,比较二维、三维地理信息数据共享模式和集成机制,研究三维景观在线发布技术,提出基于分解组合法的跨地区三维景观在线共享的基本思路和技术路线,通过将三维信息在服务端分解为地形、影像、模型等组成单元,利用标准的地理信息服务发布,在客户端利用HTML5实现三维信息的组合和表达。通过省、市、县三级的共享实验表明,该方法对现有三维景观成果进行少量的改造就能够有效地实现共享。     

基于 AISI 网络的 BIM 三维重建方法研究

自动从点云数据生成建筑信息模型(BIM)一直是建筑自动化领域的研究热点。基于 传统算法的建筑自动三维重建的缺点包括人工设计特征,识别过程复杂,应用场景有限等。随 着三维机器学习领域的不断成熟,处理点云便有了新的手段。通过引入实例分割中的 ASIS 网 络框架对点云进行处理,即从扫描点云场景中自动分割和分类建筑构建元素并得到实例分割矩 阵。接着,基于包围盒假设从得到的实例分割矩阵中提取建筑构件外轮廓参数,并将外轮廓参 数和分割的语义分类结果作为 BIM 建模的构件参数。最后,将这些提取的构件参数输入到自制 的 IFC 生成器中,自动生成基于工业基础类(IFC)标准的 BIM 模型。实验表明,利用无噪点点 云方法,可实现基于曼哈顿世界假设下的室内单房间的三维重建。