[发明专利]一种基于BIM和GIS技术的数字孪生数据驱动系统

说明书

本发明公开了一种基于BIM和GIS技术的数字孪生数据驱动系统，属于数字孪生技术领域，其特征在于，至少包括：数字孪生模型制作单元，建立BIM+GIS模型数据库、制作动作模型数据；数据驱动单元，建立动作模型驱动数据库、数据监控驱动；通过采用上述技术方案，本发明为数字孪生以虚映实过程的实现提供完整解决方案。此方案可应用于铁路工程项目运维阶段，利用数字孪生模型实时检对物理实体的运动状态，为设备设施三维可视化运维管理或数字孪生平台研究提供关键技术支撑。

技术领域

本发明属于数字孪生(Digital Twin)技术领域，具体涉及一种基于BIM和GIS技术的数字孪生数据驱动系统。

背景技术

数字孪生是通过创建与物理实体对应的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据分析，为物理实体增加或扩展新的能力。作为一种充分利用模型、数据、智能分析并集成多学科的技术，数字孪生面向产品全生命周期过程，发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带作用，提供更加实时、高效、智能的服务。数字孪生包括以虚映实和以虚控实两个过程，其中以虚映实是指物理世界向数字世界的映射，实现以虚映实的关键技术是数字孪生模型制作及数据驱动技术。当前涉及数字孪生以虚映实过程的研究，仅能在虚拟模型上展示物理实体的几何信息和静态属性信息，尚不能将物理实体的实时运动状态映射到虚拟模型上，无法实现数字孪生以虚映实过程。为解决此问题，本发明提出了一种基于BIM和GIS技术的数字孪生数据驱动系统。

发明内容

为解决虚拟模型无法展示物理实体实时运动状态的问题，本发明提出一种基于BIM和GIS技术的数字孪生数据驱动系统，为数字孪生以虚映实过程的实现提供完整解决方案。此方案可应用于铁路工程项目运维阶段，利用数字孪生模型实时检对物理实体的运动状态，为设备设施三维可视化运维管理或数字孪生平台研究提供关键技术支撑。

本发明的目的是提供一种基于BIM和GIS技术的数字孪生数据驱动系统，包括数字孪生模型制作单元和数据驱动单元两部分，其中数字孪生模型制作单元包括BIM+GIS模型数据库的建立和动作模型数据制作，数据驱动单元包括动作模型驱动数据库的建立和数据监控驱动。

数字孪生模型制作流程如下：

(1)BIM+GIS模型数据库建立：

1)根据实际物理实体场景，利用达索3D EXPERIENCE平台，建立实体场景的三维BIM模型，同时在建立模型的同时，定义模型的属性信息，其属性信息包括模型的通用属性信息和专用属性信息；

2)将BIM模型数据以3dxml数据格式导出，然后通过3dxml转UDB插件转换成UDB数据格式，最终以UDB数据导入SuperMap GIS数据源并加载到三维场景中；

3)利用SuperMap GIS软件对UDB数据进行实例化、多细节层次和轻量化处理，实例化处理是针对几何形状相同的模型，抽象其示例，储存在在内存中，减少内存空间的占用。轻量化处理，模型轻量化是根据BIM模型的语义信息，对模型的某些骨架进行删除或者简化，达到通过减少数据量提高渲染效率的目的。最后将经过实例化处理、多细节层次处理和轻量化处理的UDB数据进行切片缓存操作，以文件库的形式保存，完成BIM+GIS模型数据库的建立。

(2)动作模型数据制作：

1)动作模型动画制作及描述信息添加，位移类、刚体类和纹理替换类动作模型在SuperMap GIS软件中对应的模型以DAE格式文件导出，然后导入3D max软件中制作对应的位移动作，刚体动作和纹理贴图，动画制作完成后在描述信息中添加模型ID编号和数据集名称信息；骨骼类模型在3D max软件内创建人员骨骼模型，并制作人员的行走动作和肢体动作等运动。