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时间数据+空间数据,理大的这个技术有点厉害!

日期:2021/3/17 15:41:43 阅读:163

城市是一个由建筑物、道路和开放空间组成的复杂结构,在这里,每天都有许多活动在同时进行。记录城市里所有基础建设与活动的位置数据并制成地图,是发展智慧城市的关键。



这个过程中,各种智慧城市装置不断用传感器收集数据,同时经过物联网互相传递信息。为了确保智慧城市运作顺畅,物联网数据往往会被标注上地理标记,以便记录数据来源。

不过,在香港这个高楼林立的大都会里,仅给数据标记地理位置并不足够,因为地图上的同一位置可能重叠着数十个楼层,平面标记难以描绘立体结构。要为智慧城市的各种功能打好坚实基础,就得用多维模型整合不同来源的立体地理信息;而四维模型因能加上“时间”这一动态信息,故而效果是最好的。

为此,智慧城市研究院院长史文中教授带队开发了“智慧城市平台”。这是一个四维全方位时空数据基础架构,它能整合不同来源的时间、空间数据,更有线上可视化功能界面,可以把复杂的数据以图像形式演示出来,让用户对诸多数据一目了然。


理大土地测量及地理资讯学系前系主任 史文中教授


此外,为配合智慧城市建设,史教授及团队还设计了一套能够收集老式建筑空间数据的便携式三维激光雷达系统,并为描绘地下设施模型制订了国际标准。这些前沿技术,都让我们离实现智慧城市的愿景,更近了——



智慧城市平台

化繁为简 兼容多源数据


过去,为了记录城市基础建设与活动的位置数据并绘制地图,相关专家先后发明了多种数据收集技术,包括三维城市建模技术、建筑资讯模型(BIM)及物联网传感器等。然而各系统的操作平台不一、数据格式各异,用户需要使用不同的软件来查看不同的空间数据,让跨系统的的数据对照工作变得繁复、困难。

史教授的团队研发的“智慧城市平台”解决了这一问题。该系统不仅涵盖室内、室外、地上和地下的三维空间信息,还融合了时空动态模型。

史教授介绍道:“我们的系统不仅能读取各种格式的数据,如3ds、obj、skp、shp、gdb,更可直接处理物联网传感器数据,用户在查看数据时便不需进行格式转换。另外,这个系统能将所有数据整合至同一平台上,而整合的结果也能在任何互联网浏览器中以三维图像呈现。换句话说,用户不用安装任何软件,即可读取三维地图及当中各个层次的数据。”


智慧城市平台



三维激光雷达系统

获取老式建筑空间数据


除了利用“智慧城市平台”整合不同来源的数据外,团队还利用三维激光雷达收集原始数据。

“目前,能取得建筑物位置和外部结构数据的方法有很多,如卫星定位、三维城市建模技术等。至于建筑物的内部结构,就得靠建筑资讯模型(BIM),但老式建筑鲜有BIM数据。所以,团队研发了便携式三维激光雷达空间数据采集系统,用来记录建筑物的内部空间数据。”史教授说。

这个系统包含一个附有金属架的背包,金属架上安装了激光发射器和传感器。操作员背着背包在建筑物内走动,就能用同步定位和地图构建技术(SLAM)测量每个点、每条线的位置和数值。然后,系统的后处理软件会把收集到的数据组合起来,自动建构建筑物内部的模拟三维空间,这样就能建立老式建筑的BIM数据,并在智慧城市平台中显示出来,让智慧城市的功能得以无缝操作。


显示于智能城市平台的地下设施三维空间数据



地下设施模型新标准

完善地下空间数据模型


城市的运作范围并不局限于地面,地下庞大的地底管道和电缆网络也日以继夜地将水、电、天然气等资源运送到每幢建筑物中,同时将污水排走。在进行任何挖掘工程前,承建商都必须确认公用设施的位置,此时,完善的地下设施模型便要派上用场。

史教授介绍:“(每个)公用设施的运营机构会妥善储存自家管道和电缆的图纸,但无法取得其他机构的记录。而且过往并没有记录地下设施网络的国际标准,各个机构只能按照自己的方式去制作模型。由于智慧城市平台涵盖地下空间的数据,因此我们认为有必要制订统一的模型制作标准。目前,我们已把相关规格提交给了开放地理空间信息联盟(OGC),如果审批通过,这些规格将成为国际标准。”


智慧城市平台兼容多种数据源
并囊括了老式建筑数据
与地下空间数据
可以说是“上天入地、时空结合”
而在现实生活中
“智慧城市平台”也用途广泛
在许多领域都有强大的应用潜力——

城市规划方面,该系统能为计划发展的项目进行模拟试验和可视化演示。它能描绘项目图像,用户可按图像分析城市的未来演变,预测计划发展的项目对交通和环境的影响。

商业机构而言,则可利用该系统进行社交媒体用户参与度和供应链物流管理的时空分析等。此外,在新冠肺炎疫情下,该系统曾被用来分析确诊病例的分布数据,从而预测各中学文凭试考场的风险水平,让筹办方与考生都能根据场地的疫情风险去准备防疫措施。



以智慧城市平台预测各中学文凭考试考场的新冠肺炎风险水平