基于CIM技术的数字孪生时空大数据平台

摘要

本发明涉及基于CIM技术的数字孪生时空大数据平台，包括智慧住建、智慧交通、智慧城管、智慧环保以及智慧旅游子平台；同时还通过采集城市各类多源异构数据，获取城市三维信息模型，实现基于CIM技术的时空大数据库；城市时空大数据平台将信息化技术和公共安全领域新技术、新理念的发展成果充分融合，形成了覆盖各基础数据的云平台，子平台功能包括居住、出行，将城市数据的应用融入服务大众日常，提供有价值的城市信息，为大众的生活与出行提供支持。

说明书

技术领域

本发明属于城市数据采集处理技术领域，尤其涉及基于CIM技术的数字孪生时空大数据平台。

背景技术

城市时空大数据平台是数字中国时空信息数据库的重要组成部分，是智慧城市的基础支撑，通过加大知识分析挖掘的技术要求，加强对示范应用的建设要求，以全面支撑智慧城市建设。城市时空大数据平台的建设要求其能加大城市信息数据挖掘能力，通过提供不同层次能力的大数据平台，为大众提供有价值的信息，帮助大众日常决策提供支持。因此，研发能提高数据挖掘能力，为大众提供服务支持的基于CIM技术的数字孪生时空大数据平台成为了急需解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了基于CIM技术的数字孪生时空大数据平台。

本发明的技术方案，基于CIM技术的数字孪生时空大数据平台，包括智慧住建、智慧交通、智慧城管、智慧环保以及智慧旅游子平台，还包括基于CIM技术的时空大数据库，通过采集城市各类多源异构数据，获取城市三维信息模型，生成时空大数据库；所述智慧住建平台利用CIM技术进行项目信息以及负责单位查询，监管全部审批过程档案并自动归档，形成业务数据库；所述智慧交通平台包括交通态势监控系统、出租车监管系统以及综合交通运输监测展示系统，针对交通管理需求的矛盾，进行相应的交通管理；所述智慧城管平台基于各类信息资源，通过完善工作流程规范，构建城市管理高效体制，指挥城市管理；包括城市数据管理系统、停车诱导系统、特种车辆管理系统、智能视频分析系统以及智能视频分析系统；所述智慧环保平台通过集成实时监测与全面监控，将各项环境检测数据接入平台，进行全市环境管理要素的统一采集、存储以及管理；所述智慧旅游平台利用CIM技术建立云数据管理中心，包括数据仓库、数据交换系统、数据处理系统，并进行数据的存储、采集、交换以及共享。

采用上述方法后，通过智慧住建平台实现基于CIM实现住建核心要素关联，根据项目可以查看项目地块信息，同时可以清楚的了解该项目的五方主体责任单位；通过智慧交通平台实现以时空大数据库为基础，针对交通管理需求的矛盾进行智能交通管理系统建设，有效提升城市交通系统运行效率、服务水平；通过智慧城管平台进行统一的城市管理指挥，梳理完善工作流程规范，实现城市管理的常态长效机制；通过智慧环保平台避免环境管理业务数据的冗余和混乱，提升环境监管效率，为将来环境预警及决策提供基础数据支持；通过智慧旅游平台能够提供节点管理、综合监控、流式计算等关键性功能，保障旅游数据适应旅游业务的发展以及需求；子平台功能覆盖居住、出行，将城市数据的应用融入服务大众日常，提供有价值的城市信息，为大众的生活与出行提供支持。

作为本发明的进一步改进，所述综合交通运输监测展示系统的子模块包括交通一张图、路网运行监测、公交行业监管、出行特征分析以及节假日专题分析；所述交通一张图通过前端检测器进行地图定位，获取并展示重点关注点位的交通通行情况与事件信息；所述路网运行监测通过对公路交通运行态势进行可视化的综合监控，动态研判路网交通拥堵状况并依靠电子地图展示；所述公交行业监管基于GPS在线信号对公交车辆进行地图定位，并从宏观行业层面监管公交运营情况，通过统计图表和信息列表进行数据可视化展示；所述出行特征分析基于公交营运数据，挖掘公共交通车辆的营运特征，结合收集出行者需求特性数据进行评估；所述节假日专题分析通过时间序列图对节假日的检测区域通行流量以及公共交通的运营载客情况进行波动分析，并自主设置统计时间范围和分析时间间隔，通过电子地图可视化展示分析数据。

采用上述方法后，通过综合交通运输监测展示系统的子模块实现促进城市交通运输系统内动静态资源的有效衔接，优化资源配置充分发挥整合优势和组合效率，为用户提供交通行业综合情况监控，为重大活动等交通运输保障提供支持，在满足综合监管需求的同时实现专项数据深度应用。

作为本发明的进一步改进，所述时空大数据库利用基于精细化CIM的多视频动态融合技术获取城市三维信息模型，通过精细化的CIM模型三维空间位置属性，结合视频监控现场实时画面位置，开展视频监控三维空间位置(X,Y,Z)和空中姿态角(φ，ω，κ)拟合解算，将现实视频三维位置与虚拟CIM模型三维位置的精准套盒，再利用多视频的同步精准套盒进行多视频流在同一CIM虚拟空间的动态融合，生成三维城市空间模型和城市动态信息有机综合体。

采用上述方法后，通过基于精细化CIM的多视频动态融合技术把视野从单体建筑拉高到建筑群和城市一级，通过三维模型数据集成GSD(地球空间数据)，形成可视化大数据管理的数字底板，大大提高视频监控系统的性能。

作为本发明的进一步改进，所述停车诱导系统设有位于停车场车位上的停车引导装置，通过停车引导装置与手机等移动端配合，实现引导车辆到达有空位的停车场；进行停车引导时，由移动端向系统传达停车请求并开启实时定位，系统通过信号连接停车引导装置锁定最近的有空位的停车场，接着利用CIM技术结合时空大数据库获取相应的停车路线规划引导车辆移动到达该停车场；所述停车路线规划的生成包括以下步骤，(1)基于CIM技术，优先选择到达最近有空位的停车场的最短路线；(2)结合交通态势监控系统获取道路拥堵状况数据，降低拥堵路段或节点的优先级，并以此生成最优路线；(3)若停车区域周边道路均为拥堵路段或节点，选择其他有空位的最近停车场为目标，返回步骤(1)；(4)系统确定停车最优路线；(5)系统发送最优路线电子地图至移动端显示；当车辆到达停车场后，通过停车引导装置引导车辆到达空闲车位。

采用上述方法后，当用户到达目的地附近需要停车时，通过系统连接停车引导装置能快速获得空闲车位的信息，为生成停车路线规划提供动态数据，引导驾驶者到达最近的空闲车位；通过在最短路线的基础上结合道路拥堵状况数据获得最优路线，能避免用户进入拥挤道路，减少用户停车用时；同时车辆更快地到达车位，能减少车位被锁定的时间，提高空闲车位的使用效率；当停车区域周边道路全部处于拥堵状态时，通过自动更换为最近停车区域的空闲车位，避免用户出现不得不进入拥挤道路的情况，进一步减少用户停车用时。

作为本发明的进一步改进，所述停车引导装置车位引导模块、车牌识别机、用户验证卡以及终端服务器，该车位引导模块与车牌识别机信号连接终端服务器，所述车位引导模块包括信息处理器、地磁传感器以及第一ZigBee模块，停车场车位均固定设有该车位引导模块；所述用户验证卡设有固定设有GPS定位器、扬声器以及第二ZigBee模块；所述信息处理器信号连接地磁传感器、第一ZigBee模块，所述第二ZigBee模块信号连接GPS定位器以及扬声器；所述车位引导模块设有若干超声波传感器，所述超声波传感器间隔固定设置在车位线上，该超声波传感器信号连接信息处理器。

采用上述方法后，当车辆进入停车场停车时，在入口处由车牌识别机采集车牌号信息并发送给终端服务器，用于记录车辆进出停车场，同时驾驶者获取用户验证卡；随后终端服务器发送信号至第一ZigBee模块控制车位引导模块按车位顺序依次启动地磁传感器，找到最近的空闲车位后关闭其他车位的地磁传感器；通过GPS定位器发送车辆实时定位信息至终端服务器，当车辆到达预定位置时，终端服务器将下一步的语音引导信息发送至用户验证卡，由扬声器发出语音引导车辆；当车辆到达车位时，地磁传感器检测到车辆驶入车位，同时实时定位信息显示车辆已到达指定位置，车辆停车完成，扬声器发出提示音并关闭车位引导模块；通过终端服务器配合车位引导模块与车牌识别机实现时空大数据管理，进行车辆识别、车位确定、停车引导以及停车确认这些步骤，构成完整的停车引导流程。

通过车位引导模块，将车辆与空闲车位进行一对一引导，避免出现车辆行驶过程中车位已经被他人使用的情况出现，提高了停车效率；由于空闲车位按照车位顺序获取，因此会出现相邻车位同时有车辆需要停入，车辆停入时就有可能停到错误的车位，通过地磁传感器结合GPS定位器配合来解决这一问题；如果地磁传感器检测到车辆已驶入车位而GPS定位器现实车辆还未到达车位，用户验证卡发出异常警报，反之也发出异常警报；保证车辆停到正确的车位上，避免出现车位错被占用。

作为本发明的进一步改进，所述车位引导模块设有朝向车位上方的投影灯，所述投影灯的投影内容包括车牌号，该投影灯信号连接信息处理器。

采用上述方法后，车辆在到达车位附近后，能通过投影灯在天花板投射的影像信息找到车位的具体位置，防止驾驶者视野被其他车辆阻挡，无法确认车位所在；通过投影灯的投影内容包括车牌号，进一步帮助驾驶者分清当前空闲车位的归属，避免出现错停。

作为本发明的进一步改进，所述车位引导模块设有朝向车位上方的照明灯，该照明灯的外侧套设有灯罩；所述灯罩设有若干遮光带、遮光口以及与遮光带数量对应的驱动电机，所述遮光口与照明灯的灯头相适应，该遮光口固定设有两根平行的定位杆，所述若干遮光带穿过两根定位杆与遮光口的间隙形成闭环且相互平行，该遮光带上间隔设有文字、数字以及字母形状的通光孔，所述驱动电机与遮光带之间配合联动，该驱动电机信号连接信息处理器。

采用上述方法后，作为投影车牌号的另一实施例，通过驱动电机与遮光带之间配合联动，使处于遮光口的通光孔组合成为对应的车牌号，通过照明灯照射，将车牌号投影至天花板，引导车辆到达车位。

附图说明

1-车位引导模块，2-车牌识别机，3-投影灯，4-照明灯，5-灯罩，6-遮光带，7-遮光口，8-驱动电机，9-定位杆，10-超声波传感器。

基于CIM技术的数字孪生时空大数据平台，包括智慧住建、智慧交通、智慧城管、智慧环保以及智慧旅游子平台，还包括基于CIM技术的时空大数据库，通过采集城市各类多源异构数据，获取城市三维信息模型，生成时空大数据库；所述智慧住建平台利用CIM技术进行项目信息以及负责单位查询，监管全部审批过程档案并自动归档，形成业务数据库；所述智慧交通平台包括交通态势监控系统、出租车监管系统以及综合交通运输监测展示系统，针对交通管理需求的矛盾，进行相应的交通管理；所述智慧城管平台基于各类信息资源，通过完善工作流程规范，构建城市管理高效体制，指挥城市管理；包括城市数据管理系统、停车诱导系统、特种车辆管理系统、智能视频分析系统以及智能视频分析系统；所述智慧环保平台通过集成实时监测与全面监控，将各项环境检测数据接入平台，进行全市环境管理要素的统一采集、存储以及管理；所述智慧旅游平台利用CIM技术建立云数据管理中心，包括数据仓库、数据交换系统、数据处理系统，并进行数据的存储、采集、交换以及共享。

通过智慧住建平台实现基于CIM实现住建核心要素关联，根据项目可以查看项目地块信息，同时可以清楚的了解该项目的五方主体责任单位；通过智慧交通平台实现以时空大数据库为基础，针对交通管理需求的矛盾进行智能交通管理系统建设，有效提升城市交通系统运行效率、服务水平；通过智慧城管平台进行统一的城市管理指挥，梳理完善工作流程规范，实现城市管理的常态长效机制；通过智慧环保平台避免环境管理业务数据的冗余和混乱，提升环境监管效率，为将来环境预警及决策提供基础数据支持；通过智慧旅游平台能够提供节点管理、综合监控、流式计算等关键性功能，保障旅游数据适应旅游业务的发展以及需求；子平台功能覆盖居住、出行，将城市数据的应用融入服务大众日常，提供有价值的城市信息，为大众的生活与出行提供支持。

所述综合交通运输监测展示系统的子模块包括交通一张图、路网运行监测、公交行业监管、出行特征分析以及节假日专题分析；所述交通一张图通过前端检测器进行地图定位，获取并展示重点关注点位的交通通行情况与事件信息；所述路网运行监测通过对公路交通运行态势进行可视化的综合监控，动态研判路网交通拥堵状况并依靠电子地图展示；所述公交行业监管基于GPS在线信号对公交车辆进行地图定位，并从宏观行业层面监管公交运营情况，通过统计图表和信息列表进行数据可视化展示；所述出行特征分析基于公交营运数据，挖掘公共交通车辆的营运特征，结合收集出行者需求特性数据进行评估；所述节假日专题分析通过时间序列图对节假日的检测区域通行流量以及公共交通的运营载客情况进行波动分析，并自主设置统计时间范围和分析时间间隔，通过电子地图可视化展示分析数据。

通过综合交通运输监测展示系统的子模块实现促进城市交通运输系统内动静态资源的有效衔接，优化资源配置充分发挥整合优势和组合效率，为用户提供交通行业综合情况监控，为重大活动等交通运输保障提供支持，在满足综合监管需求的同时实现专项数据深度应用。

所述时空大数据库利用基于精细化CIM的多视频动态融合技术获取城市三维信息模型，通过精细化的CIM模型三维空间位置属性，结合视频监控现场实时画面位置，开展视频监控三维空间位置(X,Y,Z)和空中姿态角(φ，ω，κ)拟合解算，将现实视频三维位置与虚拟CIM模型三维位置的精准套盒，再利用多视频的同步精准套盒进行多视频流在同一CIM虚拟空间的动态融合，生成三维城市空间模型和城市动态信息有机综合体。

通过基于精细化CIM的多视频动态融合技术把视野从单体建筑拉高到建筑群和城市一级，通过三维模型数据集成GSD(地球空间数据)，形成可视化大数据管理的数字底板，大大提高视频监控系统的性能。

如图1所示，所述停车诱导系统设有位于停车场车位上的停车引导装置，通过停车引导装置与手机等移动端配合，实现引导车辆到达有空位的停车场；进行停车引导时，由移动端向系统传达停车请求并开启实时定位，系统通过信号连接停车引导装置锁定最近的有空位的停车场，接着利用CIM技术结合时空大数据库获取相应的停车路线规划引导车辆移动到达该停车场；所述停车路线规划的生成包括以下步骤，(1)基于CIM技术，优先选择到达最近有空位的停车场的最短路线；(2)结合交通态势监控系统获取道路拥堵状况数据，降低拥堵路段或节点的优先级，并以此生成最优路线；(3)若停车区域周边道路均为拥堵路段或节点，选择其他有空位的最近停车场为目标，返回步骤(1)；(4)系统确定停车最优路线；(5)系统发送最优路线电子地图至移动端显示；当车辆到达停车场后，通过停车引导装置引导车辆到达空闲车位。

采用上述方法后，当用户到达目的地附近需要停车时，通过系统连接停车引导装置能快速获得空闲车位的信息，为生成停车路线规划提供动态数据，引导驾驶者到达最近的空闲车位；通过在最短路线的基础上结合道路拥堵状况数据获得最优路线，能避免用户进入拥挤道路，减少用户停车用时；同时车辆更快地到达车位，能减少车位被锁定的时间，提高空闲车位的使用效率；当停车区域周边道路全部处于拥堵状态时，通过自动更换为最近停车区域的空闲车位，避免用户出现不得不进入拥挤道路的情况，进一步减少用户停车用时。

作为本发明的进一步改进，所述停车引导装置车位引导模块1、车牌识别机2、用户验证卡以及终端服务器，该车位引导模块1与车牌识别机信号2连接终端服务器，所述车位引导模块1包括信息处理器、地磁传感器以及第一ZigBee模块，停车场车位均固定设有该车位引导模块1；所述用户验证卡设有固定设有GPS定位器、扬声器以及第二ZigBee模块；所述信息处理器信号连接地磁传感器、第一ZigBee模块，所述第二ZigBee模块信号连接GPS定位器以及扬声器；所述车位引导模块1设有若干超声波传感器10，所述超声波传感器10间隔固定设置在车位线上，该超声波传感器10信号连接信息处理器。

当车辆进入停车场停车时，在入口处由车牌识别机2采集车牌号信息并发送给终端服务器，用于记录车辆进出停车场，同时驾驶者获取用户验证卡；随后终端服务器发送信号至第一ZigBee模块控制车位引导模块1按车位顺序依次启动地磁传感器，找到最近的空闲车位后关闭其他车位的地磁传感器；通过GPS定位器发送车辆实时定位信息至终端服务器，当车辆到达预定位置时，终端服务器将下一步的语音引导信息发送至用户验证卡，由扬声器发出语音引导车辆；当车辆到达车位时，地磁传感器检测到车辆驶入车位，同时实时定位信息显示车辆已到达指定位置，车辆停车完成，扬声器发出提示音并关闭车位引导模块1；通过终端服务器配合车位引导模块1与车牌识别机2实现时空大数据管理，进行车辆识别、车位确定、停车引导以及停车确认这些步骤，构成完整的停车引导流程。

通过车位引导模块1，将车辆与空闲车位进行一对一引导，避免出现车辆行驶过程中车位已经被他人使用的情况出现，提高了停车效率；由于空闲车位按照车位顺序获取，因此会出现相邻车位同时有车辆需要停入，车辆停入时就有可能停到错误的车位，通过地磁传感器结合GPS定位器配合来解决这一问题；如果地磁传感器检测到车辆已驶入车位而GPS定位器现实车辆还未到达车位，用户验证卡发出异常警报，反之也发出异常警报；保证车辆停到正确的车位上，避免出现车位错被占用。

所述车位引导模块设有朝向车位上方的投影灯，所述投影灯的投影内容包括车牌号，该投影灯信号连接信息处理器。

车辆在到达车位附近后，能通过投影灯3在天花板投射的影像信息找到车位的具体位置，防止驾驶者视野被其他车辆阻挡，无法确认车位所在；通过投影灯3的投影内容包括车牌号，进一步帮助驾驶者分清当前空闲车位的归属，避免出现错停。

所述车位引导模块1设有朝向车位上方的照明灯4，该照明灯4的外侧套设有灯罩5；所述灯罩5设有若干遮光带6、遮光口7以及与遮光带6数量对应的驱动电机8，所述遮光口7与照明灯4的灯头相适应，该遮光口7固定设有两根平行的定位杆9，所述若干遮光带6穿过两根定位杆9与遮光口7的间隙形成闭环且相互平行，该遮光带6上间隔设有文字、数字以及字母形状的通光孔(图中未示出)，所述驱动电机8与遮光带6之间配合联动，该驱动电机8信号连接信息处理器。

作为投影车牌号的另一实施例，通过驱动电机8与遮光带6之间配合联动，使处于遮光口7的通光孔组合成为对应的车牌号，通过照明灯4照射，将车牌号投影至天花板，引导车辆到达车位。