基于MapGIS CIM平臺的城市軌道交通應(yīng)用研究

周丹

（武漢中地?cái)?shù)碼科技有限公司，湖北 武漢 430073）

0 引言

MapGIS CIM 平臺是基于全空間GIS 信息技術(shù)構(gòu)建的，能夠?qū)崿F(xiàn)多維融合、信息集成、數(shù)據(jù)互通，從而為智慧城市建設(shè)提供支撐。城市軌道交通系統(tǒng)是智慧城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，因此有必要結(jié)合MapGIS CIM 平臺構(gòu)建城市軌道交通智能信息化集成系統(tǒng)，并對其核心技術(shù)、架構(gòu)形態(tài)、實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 MapGIS CIM 平臺介紹

MapGIS 城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺（簡稱“MapGIS CIM 平臺”），是由武漢中地?cái)?shù)碼科技有限公司于2021年研發(fā)的一款GIS 平臺產(chǎn)品。MapGIS CIM 平臺突破了“BIM+GIS+IOT”技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了融合城市地上下、室內(nèi)外、歷史現(xiàn)狀未來多尺度、多粒度信息模型，可匯聚城市建設(shè)、運(yùn)行、發(fā)展與更新的多源實(shí)時全景大數(shù)據(jù)，并提供BIM 構(gòu)件、二三維空間數(shù)據(jù)和物聯(lián)感知實(shí)時數(shù)據(jù)的大規(guī)模場景化承載渲染能力，從而為構(gòu)建全域全時全空間、動態(tài)立體、信息豐富的智慧城市數(shù)字底座提供了平臺技術(shù)支撐。

MapGIS CIM 平臺由數(shù)據(jù)匯聚與管理平臺、服務(wù)及運(yùn)維管理平臺、可視化與分析平臺和GIS 云服務(wù)門戶四個子系統(tǒng)組成，分別對應(yīng)服務(wù)于城市交通多源數(shù)據(jù)匯聚與管理、城市交通數(shù)據(jù)共享與服務(wù)分發(fā)、城市交通數(shù)據(jù)可視化與分析、CIM+應(yīng)用擴(kuò)展開發(fā)等智慧交通的建設(shè)需求，為城市治理、社會治理、智慧城市提供服務(wù)。

1.1 數(shù)據(jù)匯聚與管理平臺

數(shù)據(jù)匯聚與管理平臺負(fù)責(zé)城市信息模型數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、融合與存儲管理，由城市信息模型生產(chǎn)工具、三維地學(xué)建模工具、數(shù)據(jù)抽取轉(zhuǎn)換工具和時空大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)四個軟件配置項(xiàng)組成。城市信息模型生產(chǎn)工具提供對城市二三維空間數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，地上和地下管網(wǎng)白模、精模等模型數(shù)據(jù)的生成、模型與地形空間融合、實(shí)體間語義融合以及模型輕量化處理等能力。三維地學(xué)建模工具提供融合鉆孔、剖面、物化探等多源地學(xué)數(shù)據(jù)，自動和半自動化地快速生成地質(zhì)模型的能力。數(shù)據(jù)抽取轉(zhuǎn)換工具提供對公共專題等非空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)抽取、清洗與轉(zhuǎn)換的能力。時空大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供對CIM 原始多源資料數(shù)據(jù)、CIM 標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫和CIM 輕量化模型庫的統(tǒng)一存儲和高效管理的能力。

1.2 服務(wù)及運(yùn)維管理平臺

服務(wù)及運(yùn)維管理平臺負(fù)責(zé)城市信息模型數(shù)據(jù)的資源共享、服務(wù)支撐與運(yùn)維管理，由地理信息服務(wù)器、時空大數(shù)據(jù)服務(wù)器和云運(yùn)維管理系統(tǒng)三個軟件配置項(xiàng)組成。地理信息服務(wù)器提供地圖服務(wù)、二三維數(shù)據(jù)服務(wù)和基礎(chǔ)空間分析服務(wù)的發(fā)布能力，時空大數(shù)據(jù)服務(wù)器提供地名地址服務(wù)、IOT 服務(wù)和時空大數(shù)據(jù)分析服務(wù)的發(fā)布能力，云運(yùn)維管理系統(tǒng)提供對各類資源服務(wù)的聚合、目錄管理、狀態(tài)監(jiān)控等服務(wù)管理能力以及集群、權(quán)限、日志等平臺運(yùn)維管理能力。

1.3 可視化與分析平臺

可視化與分析平臺負(fù)責(zé)城市信息模型數(shù)據(jù)的在線多維度集成展示和分析模擬，由CIM 可視化與分析系統(tǒng)、CIM 數(shù)字駕駛艙兩個軟件配置項(xiàng)組成。CIM 可視化與分析系統(tǒng)提供對城市BIM、傾斜攝影、影像、點(diǎn)云、3DMax 模型、單體模型等大場景、大體量數(shù)據(jù)的高性能可視化渲染能力和豐富多樣的地理分析與模擬仿真能力。CIM 數(shù)字駕駛艙構(gòu)建城市管理典型應(yīng)用場景，通過城市全要素表達(dá)精準(zhǔn)描繪城市前世今生未來，并在數(shù)字世界模擬仿真城市運(yùn)行態(tài)勢。

1.4 GIS 云服務(wù)門戶

GIS 云服務(wù)門戶由在線地圖、資源中心、開發(fā)中心和應(yīng)用中心組成，面向外部應(yīng)用開發(fā)，提供地圖、數(shù)據(jù)、開發(fā)、應(yīng)用等資源信息的統(tǒng)一共享平臺。CIM 平臺作為新型智慧城市和新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)支撐平臺，具備基礎(chǔ)性、專業(yè)性、可擴(kuò)展性和集成性的平臺特性，定位于表達(dá)和管理建筑單體到社區(qū)和城市的多尺度多維度城市空間，構(gòu)建對應(yīng)于城市物理空間和現(xiàn)實(shí)空間的數(shù)字孿生，能夠提供對城市全要素信息的匯聚、融合、可視化、分析和服務(wù)的綜合能力，以支撐城市規(guī)劃、建設(shè)和管理運(yùn)行的數(shù)字化、立體化、精細(xì)化和智慧化。

2 城市軌道交通數(shù)據(jù)與應(yīng)用集成設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)集成

各類應(yīng)用系統(tǒng)共享同一數(shù)據(jù)通道，將不同架構(gòu)和不同功能的應(yīng)用系統(tǒng)有機(jī)地連接起來，通過應(yīng)用系統(tǒng)各級、各個不同應(yīng)用功能之間的數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)規(guī)整等手段，結(jié)合大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的分類與整合。

2.2 應(yīng)用集成

采用智能分類、統(tǒng)計(jì)分析、大數(shù)據(jù)挖掘等方法，將各類應(yīng)用系統(tǒng)其按主題、領(lǐng)域、用途、內(nèi)容等進(jìn)行分類，建立應(yīng)用系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)。通過虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的集中管理。

2.3 身份認(rèn)證集成

建立一套完整的用戶身份信息，記錄城市軌道交通應(yīng)用集成可視化系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)的用戶身份信息，建立統(tǒng)一的認(rèn)證平臺，完成認(rèn)證的系統(tǒng)的集成工作，同時留有接口供后續(xù)建設(shè)的系統(tǒng)無縫地與身份認(rèn)證平臺進(jìn)行集成。

2.4 應(yīng)用集成可視化

建立統(tǒng)一的城市軌道交通應(yīng)用集成可視化系統(tǒng)，將與應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)的各種信息通過多視圖整合、交互聯(lián)動及多維度分析等方式進(jìn)行展現(xiàn)，同時也可對相關(guān)聯(lián)的不同應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一展示。

2.5 應(yīng)用集成人機(jī)交互

結(jié)合于人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)，應(yīng)用集成人機(jī)交互通過動態(tài)投影、交互式濾波、交互式縮放、交互式變形、焦點(diǎn)+上下等人機(jī)交互可視化技術(shù)，讓用戶直接與數(shù)據(jù)呈現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行交互，在看到數(shù)據(jù)局部信息的同時了解到整體信息。同時，通過不同可視化分析方法進(jìn)行原始數(shù)據(jù)分析。

3 在城市軌道交通工程中的應(yīng)用探索

交通工程建設(shè)，尤其是城市軌道工程建設(shè)，基本上包括了規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理等諸多方面。從上文闡述可以得知，MapGIS CIM 系統(tǒng)技術(shù)是城市交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化施工的重要支撐。首先，MapGIS CIM 系統(tǒng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建三維交通設(shè)施全要素環(huán)境的功用。其次，可以為全要素三維環(huán)境下基于BIM數(shù)據(jù)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作帶來更加方便快捷的大數(shù)據(jù)分析與呈現(xiàn)。最后，可以與BIM、IOT 技術(shù)相結(jié)合，對施工現(xiàn)場與施工流程實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，給施工運(yùn)維人員帶來了更加智能快捷的管理控制能力。

3.1 構(gòu)建全要素基底

智慧交通工具發(fā)展的基石是交通工具的全面數(shù)字化，而交通工具數(shù)字化的結(jié)果應(yīng)該是可以展示、測量和控制的三維交通工具全部要素的基礎(chǔ)。交通運(yùn)輸服務(wù)空間全要素?cái)?shù)據(jù)庫可針對交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)要求，建立精細(xì)化的系統(tǒng)建模對象信息，涵蓋交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施二維矢量和圖形信息、交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施三維空間建模信息、交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施周邊環(huán)境二維和三維信息等。既可承擔(dān)常規(guī)城市軌道交通施工、經(jīng)營、維修等服務(wù)，也可承擔(dān)交通設(shè)施監(jiān)測、大數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)等新興服務(wù)領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)。

采用了最新的測繪技術(shù)，利用BIM 模型、傾斜式攝影檢測、激光點(diǎn)云采集等新數(shù)據(jù)，能夠形成一種更加精細(xì)化的交通設(shè)施三大維基，并通過疊加視頻信號、道路動態(tài)狀況消息、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施狀況消息、天氣、天然災(zāi)害等環(huán)境條件消息，從而形成了一個對配套交通設(shè)施管理、運(yùn)營、保障的全要素庫。MapGIS CIM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于多源異構(gòu)三維空間信息整合的新功能，可將交通工程BIM 模塊的地質(zhì)信息、傾斜圖像信息、激光點(diǎn)云信息等三維空間內(nèi)容整合，可與遙感圖像、自然資源數(shù)據(jù)、氣象地質(zhì)調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測信息等二維空間數(shù)據(jù)疊加。形成了一個數(shù)據(jù)充足、數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富、運(yùn)輸設(shè)施處理能力全面的立體全空間全要素基地。在全要素的三維場景中，MapGIS CIM 系統(tǒng)利用二三維一體化技術(shù)集成支持了各種運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)的展示、集成檢索、疊加計(jì)算等功能，為運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)管理提供了大量的應(yīng)用功能。

3.2 BIM+GIS 輔助交通設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)是目前我國交通建設(shè)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)。通過對BIM 設(shè)計(jì)資料的分析，可以將GIS 多源數(shù)據(jù)的顯示和解析功能結(jié)合起來，從而為用戶提供對設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行分析、計(jì)算和直觀的表達(dá)。

MapGIS CIM 系統(tǒng)，在整個設(shè)計(jì)流程上為設(shè)計(jì)者提供了完善的三維設(shè)計(jì)功能，并提供了BIM 設(shè)計(jì)的快速導(dǎo)入服務(wù)。利用BIM 信息與地質(zhì)資料的嵌入，能夠完成城市軌道交通建模與高精度地形的準(zhǔn)確融合，達(dá)到城市軌道交通建模在土地上的真實(shí)表現(xiàn)。它能夠獲取有關(guān)設(shè)計(jì)邊界區(qū)域的BIM 建模信息，并將所獲取的結(jié)果和地形信息疊加，從而能夠及時快速獲取有關(guān)區(qū)域邊界的設(shè)計(jì)方案和建筑用地、人的建筑等相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，給設(shè)計(jì)者帶來了便捷的大數(shù)據(jù)分析功能，并輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行合理的選線。在確定了具體的設(shè)計(jì)方案之后，可以將BIM 模塊直接輸入系統(tǒng)，并將地形、圖像、傾斜和環(huán)境參數(shù)疊加，使總體設(shè)計(jì)的項(xiàng)目完整、全面地展示給施工單位和業(yè)主。同時MapGIS CIM 系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)資源的全面應(yīng)用優(yōu)化與管理功能開發(fā)。設(shè)計(jì)方案可由各方在線訪問和查看，也可使用手機(jī)查看三維場景。

3.3 協(xié)助交通設(shè)施實(shí)現(xiàn)智慧建造

智能化建設(shè)是交通建設(shè)的主要趨勢。以BIM 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過將復(fù)雜施工環(huán)境信息和施工現(xiàn)場情況的動態(tài)數(shù)據(jù)疊加后，在MapGIS CIM 基礎(chǔ)上形成動態(tài)和靜態(tài)相結(jié)合的施工虛擬環(huán)境系統(tǒng)。在三維條件下，將復(fù)雜的施工環(huán)境數(shù)據(jù)和BIM 模式中的交通數(shù)據(jù)精細(xì)化關(guān)聯(lián)，進(jìn)行對施工流程的精細(xì)化控制，并通過IOT 信息數(shù)據(jù)、施工流程的進(jìn)展信息等三維數(shù)據(jù)信息，完成對施工流程的動態(tài)控制。城市軌道工程的BIM 建模數(shù)據(jù)，一般都能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)件級的高精度。而MapGIS CIM 系統(tǒng)則具有對大量、精細(xì)化建模數(shù)據(jù)的加載、顯示、分類和統(tǒng)計(jì)等能力，可以把巨量、繁雜的工程信息和建筑數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)系和處理。所有的施工圖紙、設(shè)計(jì)實(shí)施方案、工程監(jiān)理流程數(shù)據(jù)、物資供應(yīng)數(shù)據(jù)等都可和BIM 數(shù)據(jù)中指定的設(shè)施構(gòu)件綁定，在三維全空間GIS 場景下完成對所有建筑信息的搜索、統(tǒng)計(jì)分析和可視化展示。

4 結(jié)論

MapGIS CIM 系統(tǒng)以新型的三維GIS 技術(shù)為依托，并借助GIS-BIM、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)傳感、移動網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)分析等現(xiàn)代技術(shù)手段，形成了一個輔助城市軌道交通施工設(shè)計(jì)、方案優(yōu)選、實(shí)施管理、智能運(yùn)維的全時空大數(shù)據(jù)分析云系統(tǒng)。為企業(yè)管理者創(chuàng)造了質(zhì)量、時間、安全管理、降低成本全方位的精確管理與決策方法。通過平臺傾斜攝影技術(shù)改變了地表建模的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對地面建筑物、園林綠化、交通景觀，進(jìn)行更逼真的三維空間表現(xiàn)，并可實(shí)現(xiàn)自由漫游瀏覽、城市軌道交通線路巡航、地面建筑物屬性信息檢索等，對地下管道的地質(zhì)模型進(jìn)行BIM 建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)了GIS 和BIM 技術(shù)的有機(jī)融合，為在城市軌道交通施工過程中開展管道碰撞檢測分析，檢查地質(zhì)條件，指導(dǎo)城市軌道交通車站的施工。隨著大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新興信息技術(shù)在交通運(yùn)輸業(yè)中的廣泛應(yīng)用，將三維GIS 信息技術(shù)與之相結(jié)合，促進(jìn)三維GIS 信息技術(shù)進(jìn)一步向高智能方面的拓展，從而將其作為交通運(yùn)輸信息部門的關(guān)鍵手段，進(jìn)行對交通運(yùn)輸業(yè)過程的高智能有效控制。擁有強(qiáng)大的時空信息和人工智能、數(shù)據(jù)挖掘與統(tǒng)計(jì)分析等功能，交通三維GIS 系統(tǒng)將可以進(jìn)行高精度設(shè)施與交通流數(shù)據(jù)的智能化收集，同時通過對大量道路交通數(shù)據(jù)的研究，在三維GIS 中實(shí)現(xiàn)道路交通行為控制將更為智能與準(zhǔn)確及時，而三維環(huán)境數(shù)據(jù)的展示方式也將更為多樣。在現(xiàn)代分布式軟件技術(shù)的幫助下，將大幅度提高三維分析與制圖的性能。通過與新三維GIS 技術(shù)和新一代IT 信息技術(shù)的融合，MapGIS CIM 平臺將緊跟中國信息與交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展腳步，為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供有力保障，并帶來更多的新模式、新應(yīng)用。