面向数字孪生的二三维一体化系统建设研究

面向数字孪生的二三维一体化系统建设研究

胡恩轩，郭静谊，陈志龙

广州市城市规划勘测设计院，广东广州510060

摘要：基于某市中心城区的核心区1km2试验区范围内的空间资源，完成多维多角度数据摸底，为搭建核心区空间二三维一体化展示平台提供数据基础，并研究如何应用二三维地理信息系统技术，整合核心区全息三维模型数据和各类专题数据，搭建地上地下、室内室外、二三维一体化的二三维展示应用系统，为核心区精细化管理提供有力支撑，也为该市未来数字孪生城市的建设积累初步经验。

关键词：二三维一体化;数据整合;数字孪生;核心区

0引言

随着新基建的大力推进，数字孪生技术也越发凸显其重要性。“数字孪生”是针对物理世界中的实体，集成了人工智能、机器学习等技术，在数字空间用高精度的数字模型来映射真实世界中的事物，并将真实世界中采集的数据信息反映到数字模型，使之能够随现实的情况变化而不断更迭，并能够基于数字模型联动多源数据信息进行预测性的仿真分析和全生命周期过程的可视化。随着近年来城镇化进程的加快，城市走向信息化、智能化、智慧化的脚步也在加快，特别是智慧城市的发展让城市发生了翻天覆地的变化。此时，需要有更新、更科学的方法指导数字城市建设，推动智慧城市高质量构建。数字孪生技术的出现，为智慧城市的发展提供了新思路和新理念，或者说是颠覆性的创新。随之提出的数字孪生城市也必然成为智慧城市发展的一种必然趋势。数字孪生城市是数字城市发展的目标，是新型智慧城市建设的新高度。而数字孪生技术所依靠的海量数据资源是基础，也是新型智慧城市建设的数字底座。本文将基于某市中心城区的核心区1km2试验区范围内的空间资源，进行多维多角度摸底，构建二三维数据信息资源库，为搭建核心区空间二三维一体化展示平台提供数据基础，并研究如何利用二三维GIS技术，整合核心区全息三维模型数据和各类专题数据，搭建地上地下、室内室外、二三维一体化的二三维展示应用系统，实现二三维空间展示、全要素信息查询、统计分析等功能，为核心区精细化管理提供有力支撑，也为某市未来数字孪生城市的建设积累初步经验。

1设计思路

主要围绕数据资源建设和二三维GIS展示系统建设两方面开展。数字资源建设方面，主要是:①在核心区1km2试验区范围内，基于现状一张图、基础地形图完成房屋建筑的空间图形处理，并根据三维模型数据进行建筑高度的采集;②基于不动产数据、房屋普查数据、房屋管理数据、国土三调数据、历史建筑数据、城市体检数据等，完成区域内所有房屋建筑权属的内业初步摸排工作。

2数据资源建设

2．1基础数据组织

收集各类基础数据，涉及行政区划、地籍区、地籍子区、环线、街道等基础图层数据，以及土地数据、物业小区数据、核心区自然幢与逻辑幢数据、房屋户数据、历史建筑数据、道路及公共设施专题数据、地下空间专题数据等空间和属性数据。

2．2三维数据组织

三维数据组织是从用地、房屋单体、分层分户、城市部件等四方面收集信息。其中用地信息整理是以宗地信息为主，结合国土三调、国情普查等数据完善属性信息，提取主要属性信息与地块挂接;房屋单体属性信息整理是以房屋登记信息为基础，结合国情普查数据、房屋普查数据进行房屋单体属性数据整理，提取主要属性信息与房屋单体挂接，并将相关人口数据挂接在房屋上;分层分户信息整理是对房屋进行分层、分户建模，并按照实际使用情况，利用房屋登记、街道提供的材料等数据。

2．3空间信息编码

空间信息编码是按照空间单元、地物单体、室内分层分户三方面进行分类编码。空间单元编码是将作业区按照主要道路边线进行划分，即大区用4位数字表示，每个大区内部按照道路围合情况，细分为地块级别的小区，以小区作为空间管理单元。

2．4其他资料收集

其他资料的收集范围包括规划审批数据、竣工验收数据、现状数据、人防数据、航片或卫片数据、兴趣点数据，以及地铁、地下管线数据。

2．5内业提取信息整理

根据收集的基础数据、三维数据、其他数据资料进行属性信息整理，对于部分不确定或者没有值的属性字段，通过内业登记档案查阅和外业调查的方式进行核查，并将调查的信息补录至数据库。数据库字段主要包括地上建筑面积、地下建筑面积、地上建筑层数、地下建筑层数、房屋建成时间、单位名称、单位性质、门牌地址、总用地面积、用地权属单位、房屋权属单位等。

2．6建筑空间图形处理

以不动产自然幢为基准，以自然幢不动产单元号为唯一标识。整合不动产自然幢数据，西城普查平房数据，西城普查房屋现状数据和单体一张图数据。整合原则是优先认定不动产登记落宗数据为准确数据，其他数据视建筑对象分情况排列使用优先级。对初步整合完成的建筑空间图形，依据最新的影像进行比对，通过内业方法将新增、拆除、改扩建的建筑进行标记，进一步核实后形成最终的建筑空间图层。

2．7外业信息采集

外业信息采集分为二维数据外业采集、三维空间数据外业采集。二维数据外业采集是通过外业查看的形式进行单位名称、门牌地址、建筑层数(地上、地下)、建成时间等属性的调查核实，通过对街道进行走访、调查等形式进行单位性质、用地权属单位、房屋权属单位、地上总建筑面积、地下总建筑面积等属性信息的核实。

2．8三维模型生成

三维数据从结构上分为地面、地上、地下三部分组成。其中地面部分由数字高程模型和真正射影像图空间叠合生成三维地形;地上部分分为树木、道路和桥梁、建筑物、附属设施等单体模型，建筑可进一步精细化实现分层分户模型，并且进行室内三维 建模; 地下部分主要指地下空间的三维重建，包 含地铁、人防工程、地下管线和普通地下空间。 三维数据按照表现细节和表达内容的差异，分为 不同层级和不同类别。

2．9内业与外业数据整合

对于内业已有数据成果与外业采集的信息，可采取ArcGIS10和CityMakerBuilder6等二三维地理信息化技术，依托内业制作的三维模型，通过唯一关联字段和地理空间位置完成外业采集的属性信息的关联与整合，质检合格后统一整理入库，建立内外业一体的数据整合成果数据库。

3二三维GIS展示应用系统

3．1系统技术路线

系统平台采用分层架构，各层次之间功能独立且耦合度低，每层再划分独立模块，组件化封装，实现不同模块之间的分离，提高开发效率，增强系统的扩展性，提高系统的稳定性和可维护性，同时安全保障体系和运维保障体系不可或缺。

3．2系统功能实现

系统实现二三维地图浏览、地上地下、室内室外、分层分户等各种二三维展示功能。同时可查看楼栋及分层分户属性信息、楼盘表、使用情况、产权情况、物业管理等具体信息。基于核心区1km2试验区范围内的三维空间立体模型，可将相应关键属性信息赋予三维模型上，主要以土地用途、规划用途、主要权利人性质、楼幢地下空间进行分类，按照土地数量、土地面积、楼幢数量、楼幢建筑面积、楼幢地下层数等主要属性指标统计分析，便于直观便捷查询或浏览目标，用于领导决策或热点区域分析。

4结束语

首次尝试对某市中心城区的核心区1km2试验区范围内的空间资源，进行多维多角度摸底，整合试验区范围内全息三维模型数据和各类专题数据，构建二三维数据信息资源库，搭建核心区空间二三维一体化展示平台。建设成果为后期大规模开展核心区房屋建筑空间边界和权属底数的摸底提供了解决方法和工作思路，为核心区空间资源摸底专项工作打下坚实数据基础与信息化基础。但系统建设层面更多侧重展示核心区空间二三维一体化信息，对于融合多部门、多维度的数据进行统计分析、动态感知以及智能管控关注较少。

参考文献

［1］王建翔，胡蔚．BIM技术在智慧城市“数字孪生”建设工程的应用初步分析［J］．智能建筑与智慧城市，2021(1):94-98．