三维仿真与GIS集成在构建数字城市中的应用

本文介绍了数字城市、三维仿真及三维GIS的含义、基本理论、关键技术及发展现状与趋势。着重阐述了三维可视化仿真技术与地理信息系统相结合在构建数字城市中的应用，并对三雏仿真平台建设所提供服务进行分析。     

“数字城市”三维仿真平台建设的研究综述

分析了“数字城市”三维仿真平台的基本构成,讨论了建模过程中的四项关键技术,解决了“数字城市”三维建模中精细程度与数据量之间的矛盾,并探讨了该平台在多个领域的应用前景。     

城市复杂时空数据集成与空间决策模拟

面向现代城市管理、智慧城市建设与城市突发事件应急响应决策等重大社会服务需求,针对现有的城市时空数据集成和综合分析还无法为现代城市综合管理提供有效服务及支持等问题,对基于多源异构时空数据的城市动态分析模拟等方法进行了研究,重点突破基于高性能计算的海量异构数据集成、分析及展示,面向决策的城市智能分析等核心技术,研发基于高性能计算的城市时空数据分析与决策模拟平台,并在此基础上,开展典型城市应急决策支持与模拟应用示范,为我国城市的信息化与智慧化管理提供科学技术支撑。课题主要包括以下研究内容:(1)海量多源异构时空数据集成分析。在集成863项目"GIS异构时空数据集成技术"(武汉大学吴华意等负责)和第一课题"复杂时空数据集成及多源异构一体化建模"研究成果的基础上实现城市多源异构数据的建模、组织和检索,研究时空演变信息的实时快速提取、查询和分析,以及海量实时监测数据的融合集成和可视化,实现城市系统从静态向动态的全息转换。(2)城市动态分析模型关键技术研究。主要是针对三组模型库的开发与实现展开研究,即影响分析模型库、过程预测模型库、应急优化模型库。其中,过程预测模型库及应急优化模型库为本课题的决策模拟研究提供算法方面的支持。(3)城市智能决策支持与模拟关键技术研究。在城市智能决策过程理论研究的基础上,进行城市智能决策模拟模型方法研究,同时构建经典模型库与新型方法库两大模拟模型库;组建与时空数据相匹配的城市智能决策综合分析模型;综合上述理论研究,构建城市智能决策支持和模拟平台。(4)面向城市大型活动实时交通流模拟与疏导的应用示范。选择广州市作为应用示范区域,对多源传感器获取的城市时空数据进行实时接入和标准化集成处理,构建城市交通多源时空数据库;进行常态交通量的时空分布规律及主要驱动因子研究,构建实时交通流分析及模拟知识库;并在广州市核心区进行实时交通流模拟和实时交通疏导应用示范。(5)面向城市大型活动应急决策支持与模拟的应用示范。选择乌鲁木齐市为应用示范区域,在多源时空数据集成与决策模拟技术的基础上,以乌鲁木齐市承办大型城市活动(包括中国-亚欧博览会等)为服务对象,进行示范应用。     

基于J2EE平台和B/S结构的地矿工程三维可视化仿真技术

为了发展三维可视化技术,推进其在地矿工程系统中的应用,建立基于Web的"数字矿山"系统,设计了一种基于J2EE平台和B/S结构的矿山三维可视化仿真系统框架.采用JOGL技术,建立了基于B/S结构模式的矿山三维可视化仿真系统原型,形成了构建矿山复合场的一体化数字模型及"数字矿山"系统的关键技术.以某地下铁矿为实例,运用该矿的钻孔、矿体和井巷工程数据验证了所采用的三维可视化仿真方法和技术的可行性,展示了基于J2EE平台和B/S结构的矿山三维可视化仿真系统的发展与应用前景.     

基于数字制造环境的可重构装配线仿真分析平台

以某汽车变速箱装配生产线制造系统为背景,应用多Agent制造及Holon制造模式改造传统装配生产线以提升其柔性与重构能力·针对基于agent与holon混合思想的可重构装配生产线的基础框架与实现等理论提供分析验证环境,提出应用数字制造技术构建面向可重构装配线的数字仿真验证平台·在分析面向重构装配线的仿真平台功能特征的基础上,构建了数字仿真验证平台的框架·研究了仿真平台开发中的系统集成、可视化仿真、可重构装配线性能分析等关键技术,最后给出了仿真平台的实例系统·     

浅析基于Virtools和3DMax的城市三维仿真模型制作

近些年来,三维仿真技术在国内外迅速发展,为城市的管理提供了一个虚拟的管理平台,以三维可视化形式,提供信息的查询、表示、分析和决策。本文论述了三维仿真技术的基本概念和研究意义,针对性的提出了城市三维仿真模型制作的一般方法,该方法广泛适用于以采用Virtools4.0及以上版本为三维仿真平台,以3DMax8.0及以上版本为三维建模软件来进行三维城市仿真建模。     

大型商船分离型轮机仿真实验平台的设计

针对现有轮机仿真系统数据封闭、UI与模型耦合性强、模型利用率低的缺点,基于软件工程中的软件架构设计思想,采用UML建模、数学建模、计算机仿真、计算机通信、智能控制等理论与技术设计分离型轮机仿真实验平台.平台在机舱监测报警系统和三维虚拟机舱中得到应用.应用结果表明,仿真平台具有数据透明、数据点丰富、仿真模型可多次利用的优点.仿真平台可以在实验室环境下代替实船机舱所产生的数据,为船舶智能化、无人化研究提供了基础实验平台.     

基于GIS的三维数字城市构建研究

数字城市是城市信息化的重要途径,开展三维数字城市构建研究非常必要。三维数据城市系统主要由数据资源层、数据处理层、数据应用层三层组成,分析了各层的功能及要求。针对数字城市三维建模的要求,提出了建模方法。GIS技术、三维建模技术的综合运用,为数据城市建设提供了保障。     

三维地学实体多粒度栅格剖分与布尔运算的并行算法

 三维栅格是空间单元属性插值与实体内部特征精细表达的理想模型,但海量栅格单元的快速剖分与数据压缩成为其应用瓶颈。本文分析了三维地学实体模型三维栅格剖分的研究现状,针对矢栅转换与数据存储的时间效率及空间节约问题,面向多核CPU与计算集群新型硬件架构,采用MPI并行技术,设计了一种基于八叉树的地矿实体多粒度并行三重轴向扫描剖分算法(P-TAS)。并面向矿山及地下工程开挖模拟与动态仿真需求,设计并实现了基于多粒度栅格的三维模型布尔运算算法。测试表明,该剖分算法的并行效率达50%—60%,数据压缩率达80%以上,具有推广和应用价值。     

多功能辐射输运模拟仿真平台开发与初步应用

随着计算机技术、高性能计算技术和反应堆数值模拟技术的快速发展,数字化反应堆成为核能领域发展的一个重要新兴方向.其中,多功能、多物理、多尺度、多过程耦合技术成为数字化反应堆发展的关键技术之一.围绕数字化反应堆耦合关键技术,基于开源的SALOME系统初步研发了耦合建模、计算、可视化功能于一体的多功能辐射输运模拟仿真平台(MOSRT).目前,平台具有简单模型的自动建模、蒙卡辐射输运计算以及结果数据三维可视化功能.利用基准题对平台进行了初步应用测试,数值结果初步验证了平台辐射输运模拟仿真功能的正确性与可靠性,为未来进一步扩展平台的复杂模拟仿真能力奠定了基础.     

基于三维大地形模型的降落伞空投仿真系统

降落伞应用日益广泛.为了有效地降低降落伞空投的物资消耗和危险性,开展飞机空投降落伞一体化仿真系统设计具有重要意义.研究了系统的关键技术,运用数字地球技术、三维LOD技术和可视化技术等,实现了大范围三维地表数据的海量存贮与快速表达,实现了投放环境、飞机(队列)飞行、空投降落伞时起航、抛投、降落等多环节一体化模拟仿真.并以VS2010为开发平台,利用ChinaStar GIS组件,设计与开发了基于三维大地形模型的飞机空投降落伞一体化仿真系统.通过对系统的试用和检验表明,系统对降落伞投放环境、飞机(队列)飞行及空投降落伞降落过程的一体化模拟仿真取得了较好的效果,模拟结果具有较高的可靠性,能为实际空投提供可靠的参考信息.     

基于ArcGIS的三维地图制作

随着地理信息技术及虚拟现实技术的发展,本文根据已有的数据资料,通过对数据的处理及特性的研究,解决并研究出如何快速完成三维地图的制作的技术,本文通过ArcGIS平台的支持讨论了将已有二维数据向三维建模转变的基础技术,通过数据导入到ArcScene中建立场景,最终获取三维地图,本技术对三维地图可视化及数字城市建设提供了必要技术支持。     

基于B/S模式的矿井及典型灾害仿真系统框架与原型

针对数字矿山的发展与建设需要,以面向对象的思想,设计了一个基于Web的矿井及典型灾害三维仿真系统的框架结构.该系统框架包括核心功能模块、数据管理模块和辅助模块等三个功能模块.基于Web技术和可视化技术,形成了一套面向浏览器/服务器(B/S)模式的矿井及典型灾害三维仿真系统实现技术.运用这些技术,通过对某金矿实际数据的采集和处理,实现了基于B/S模式的地表地形、矿体及井巷工程仿真.     

铜冶炼行业电解车间智能信息化综合管理平台设计

本文针对铜冶炼行业电解车间信息化、智能化建设的重大应用需求,充分研究车间生产管理的流程和机制,面向实时数据库、关系数据库构建多源异构数据平台,解决不同数据源的互联互通问题;基于VR技术,实现车间全景3D数字可视化及虚拟仿真,设计具有较强柔性化的综合展示及交互系统实现车间各业务模块,研究具有组态化的生产管理驾驶舱,构建全局的数据可视化大屏;最终将系统有机整合为电解车间智能信息化综合管理平台,在智能电解车间的建设中发挥实用效果.     

面向测控的数字化靶场环境生成系统设计

数字化航天靶场环境生成系统是面向航天测控系统应用的可视化平台，其建模仿真是一项复杂的系统工程。立足于适应未来信息化航天靶场建设的要求，介绍了建立面向测控的数字化靶场环境生成系统的必要性，对其功能和主要特性进行分析说明，描述了系统的组成以及体系结构。对系统实现的关键技术进行分析讨论，主要包括三维地形的快速生成、基于复杂度的三维实体建模方法、分布式仿真环境的设计、人机交互方式的实现等技术难点。     

区域水资源监控三维可视化仿真平台研究

针对当前区域水资源监控中存在的基础数据共享性差、表现力不佳以及应用单一等问题,基于三维地理信息系统Worldwind组件设计了三维可视化仿真平台,为水资源监控提供决策支持服务。提出了3D-VSP四层体系结构,采用组件式开发、三维可视化场景建模、空间地理信息集成以及三维可视化仿真等技术对3D-VSP进行开发。以陕西省为研究区域开展实例应用,基于3DVSP开发了支撑区域水资源监控的信息服务、水资源监视模拟以及严格水资源管理考核等业务应用。本文设计的3D-VSP实现了海量数据的集成,为区域水资源监控提供三维可视化仿真环境和辅助决策业务应用,具有可扩展性、较好三维表现力和人机交互等优点。     

建筑信息模型技术在城市密集区桥梁施工中的应用

以扬州市润扬路快速改造工程为例,通过建筑信息模型(building information modeling,BIM)技术与无人机倾斜摄影技术构建三维实景模型,结合Navisworks平台对施工过程可视化仿真,探讨了 BIM技术在城市密集区桥梁施工中的应用.结果表明:施工可视化仿真可以协助施工人员更加直观、全面地了解施...     

基于多源数据融合的遗址古地层重建与应用研究

面向考古遗址三维重建,以安徽凌家滩遗址为例,提出了多源数据融合方法和基于融合结果的古地层三维建模方法.根据无人机航拍数据、大范围钻探数据、基础地理数据、田野考古图及文本资料,着重研究解决这些多源异构时空数据在空间基准、时空尺度和数据结构等方面的差异问题,进而构建了该遗址古地表三维模型.并在此模型基础上,初步探讨了面向考古遗址时空分析的地理空间统计、空间关系和最优路径分析等应用研究方法.实践证明,本文提出的方法为考古研究提供了直观科学的可视化平台,有助于进一步分析大范围遗址中各类遗迹的时空关系,为推演古人类的生存环境和历史发展规律提供依据.本研究深化了地理学与考古学的交叉应用,为数字考古提供新的思路,也拓展了历史地理研究新方向.     

“统一时空体系下的多源信息实时接入与异构信息自主加载技术”课题2013年度总结报告

针对城市多源异构传感器信息难以互联、互通、互用、无法实现综合运行管理等限制智慧城市建设的瓶颈问题,本课题的目标是着力突破描述各种类型传感器及其相互联系的通用规范编码框架、统一时空下的多源传感器信息实时接入与关联、多源异构信息的自主加载与内容融合、面向变化的高效信息更新等核心技术,构建多源信息实时接入、异构信息自主加载、面向智慧城市的分布式、多源、异构信息管理平台。在2013年度的研究工作中,课题组主要从需求调研、标准规范、关键技术、系统研发和示范应用五个层次开展了深入研究。本年度取得的主要进展如下:(1)通过组织多次调研,明确了智慧城市交通领域和城市矿区应急安全领域已开展的传感器数据采集、处理、融合、仿真决策等方面的应用研究现状、典型业务模式和潜在的技术需求,为计划实施的示范应用奠定了业务基础;(2)通过组织课题的方案设计及研讨会,形成总体设计方案,明确了课题的总体研究思路、技术难点和技术路线;(3)结合现有多项相关标准内容和调研实验分析,形成了智慧城市《传感器观测资源共享元数据》标准(草案初稿),为城市多源异构传感器数据的一体化实时接入奠定了规范基础;(4)在前期研究基础上,突破了典型传感器数据实时接入、传感器时空标签提取、天地一体影像融合处理、基于多层次约束的空间异常探测等关键技术;(5)开展了多源传感器实时接入与加载软件平台的设计工作,并以面向服务的体系结构为基础、以插件技术为开发集成方式,采用"服务+插件技术+高速管道"的方式构建了城市多源传感器实时接入与加载软件平台原型框架;(6)开展了面向矿区应急安全的示范系统总体设计,并基于多源传感器实时接入与加载软件平台研发了示范系统雏型。该年度课题组认真执行了2013年年度计划,课题整体进展顺利,已完成年度目标和计划,完成了年度考核指标。相关成果已发表科技论文5篇、申请发明专利6项。     

矿床的三维可视化仿真技术与系统

研究了矿床三维可视化的相关技术,提出了一种实现矿床三维可视化仿真系统的框架.在Windows系统下,以VC 为开发平台,利用OpenGL三维图形库,成功地开发了矿床三维可视化仿真系统的原型,实现了三维钻孔图显示、任意地质剖面显示与矿体的真三维显示,并且支持3D旋转、平移、无级缩放等交互操作.应用某地下铁矿的数据,得出了符合实际的结果,初步验证了有关技术与系统原型的可行性.