基于BIM和GIS数据集成构建空间语义数据库的方法

摘要

本发明公开了一种基于BIM和GIS数据集成构建空间语义数据库的方法，包含如下步骤：解析BIM和GIS模型的空间数据；建立IOT设备的物模型相关属性描述字段与BIM、GIS模型对象属性描述字段的映射规则，构建关系型数据库；提取空间语义信息，建立空间语义映射关系表，构建图数据库；根据IOT设备传输的时序数据，构建时序数据库；将空间语义信息存入图数据库，将关系数据和静态的业务数据存入关系型数据库，将物联数据存入时序数据库，通过可视化引擎分别读取各个数据库的数据接口。本发明建立了BIM+GIS模型的数据存储标准，实现融合应用，从而构建了与本体论、语义挖掘、物联网、大数据分析等关键技术相集成的数字孪生系统应用模式与技术框架。

说明书

技术领域

本发明涉及BIM和GIS数据集成技术领域，特别涉及一种基于BIM和GIS数据集成构建空间语义数据库的方法。

背景技术

在城市化快速发展的大背景下，建筑信息模型（building informationmodeling，BIM）和地理信息系统（geographic information system，GIS）的集成被越来越多地研究和应用到建筑和城市管理相关的领域。BIM 是建筑全生命周期的物理和功能信息的集成，含有丰富和详细的构造信息。但是BIM往往不包括建筑周围环境的信息，难以被应用于环境评估、资源安排和安全分析。GIS能够在大空间尺度上基于室外环境的功能和物理空间关系实现地理空间可视化分析和决策，这恰好可以弥补BIM在建筑空间规划中的不足，但是其缺乏全面而详细的建筑信息数据库。因此，BIM与GIS的集成能够实现从室内到室外不同空间尺度信息的融合，将各自的优势发挥到建筑级和城市级信息的分析、决策和管理中。

现有技术中，BIM与GIS的集成已经被广泛应用于建筑业和城市管理相关的各个领域，如建筑成本管理、城市能源评估与管理、材料供应链管理、 室内外导航、场地布局和规划、安全与应急管理等。在集成方法上，国内外针对BIM和GIS的数据融合已开展了许多研究，主要是基于两种数据标准的转换和拓展。一些主流的商业软件也可以实现BIM和GIS的数据格式转换，但仅限于较低细节层次模型转换，对于LOD层级对应的划分关系模糊，且与语义信息的耦合程度不高。IFC和CityGML分别为BIM和GIS领域内通用的数据模型标准，两者之间的几何和语义信息共享将为BIM和GIS的集成奠定基础，但是IFC和CityGML数据格式的转换不可避免会造成几何、语义信息的错误或丢失，且由于涉及的应用领域、空间尺度不同，IFC和CityGML标准在数据描述和组织上存在着巨大差异，任何一种数据标准都不能完全涵盖另一种的所有内容，因此数据格式的转换并不能实现BIM和GIS的完全融合。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种基于BIM和GIS数据集成构建空间语义数据库的方法，包含如下步骤：

解析BIM模型和GIS模型的空间数据；

根据解析后的空间数据，提取BIM模型、GIS模型对象，建立IOT设备的物模型相关属性描述字段与BIM模型、GIS模型对象属性描述字段的映射规则，构建关系型数据库；

根据解析后的空间数据，提取BIM模型、GIS模型的空间语义信息，建立BIM模型和GIS模型的空间语义映射关系表，构建图数据库；

根据IOT设备传输的时序数据，构建时序数据库；

将BIM模型、GIS模型的空间语义信息存入图数据库，将BIM模型和GIS模型的关系数据和静态的业务数据存入关系型数据库，将IOT设备采集的物联数据存入时序数据库；

图数据库、关系型数据库以及时序数据库分别提供数据接口，通过可视化引擎分别读取各个数据库的数据接口，用于空间语义数据场景应用。

进一步，空间语义信息包含：几何转换、语义保留、坐标融合。

进一步，关系型数据库的字段包含：字段名称、类型和扩展模型对象。

进一步，BIM模型、GIS模型对象属性描述字段包含：位置几何属性。

进一步，可视化引擎包括但不限于：BIM引擎、GIS引擎、游戏图形引擎。

进一步，游戏图形引擎为Unity 3D或UE4引擎。

根据本发明实施例的基于BIM和GIS数据集成构建空间语义数据库的方法，建立了BIM+GIS模型的数据存储标准，避免数据转换过程中的信息缺失、语义映射错误等问题，通过坐标融合保证BIM/GIS数据之间的联合检索，实现了融合应用，从而构建了与本体论、语义挖掘、物联网、大数据分析等关键技术相集成的数字孪生系统应用模式与技术框架。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1为根据本发明实施例基于BIM和GIS数据集成构建空间语义数据库的方法的流程图；

图2为空间语义数据库的构成示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。

首先，将结合图1~2描述根据本发明实施例的基于BIM和GIS数据集成构建空间语义数据库的方法，用于BIM模型和GIS模型的数据集成，其应用场景很广。

如图1~2所示，本发明实施例的基于BIM和GIS数据集成构建空间语义数据库的方法，具有如下步骤：

在S1中，如图1~2所示，解析BIM模型和GIS模型的空间数据。

在S2中，如图1~2所示，根据解析后的空间数据，提取BIM模型、GIS模型对象，建立IOT设备的物模型相关属性描述字段与BIM模型、GIS模型对象属性描述字段的映射规则，构建关系型数据库，其中，对象属性描述字段包含位置几何属性。在本实施例中，关系型数据库的字段包含：字段名称、类型和扩展模型对象。

进而，利用BIM模型和GIS模型关联的字段，实现三维表面模型在本发明实施例方法构建的空间语义数据库中的存储，从而实现数据模型的读取及可视化分析和应用。

在S3中，如图1~2所示，根据解析后的空间数据，提取BIM模型、GIS模型的空间语义信息，建立BIM模型和GIS模型的空间语义映射关系表，构建图数据库。在本实施例中，空间语义信息包含：几何转换、语义保留、坐标融合。通过坐标融合，便于BIM和GIS模型数据之间的联合检索。

在S4中，如图1~2所示，根据IOT设备传输的时序数据，构建时序数据库。

在S5中，如图1~2所示，将BIM模型、GIS模型的空间语义信息存入图数据库，将BIM模型和GIS模型的关系数据和静态的业务数据存入关系型数据库，将IOT设备采集的物联数据存入时序数据库。

因而，通过在数据库中建立BIM模型和GIS模型对应的类型表和属性表，同时建立关联的字段以存储三维表面模型，实现了数据模型的读取及可视化分析和应用，从而建立了BIM+GIS模型的数据存储标准，实现了融合应用。

在S6中，如图1~2所示，图数据库、关系型数据库以及时序数据库分别提供数据接口，通过Unity 3D或UE4等游戏图形引擎以及BIM引擎、GIS引擎等可视化引擎分别读取各个数据库的数据接口，用于空间语义数据场景应用，实现了数据模型的读取及可视化分析和应用。

进一步，当BIM模型和GIS模型进入数据库后，除可视化表达领域外，本发明实施例可以对其进行统一管理、关联查询、空间分析，实现BIM数据、GIS数据、IOT数据的统一，方便进一步的语义挖掘、智能分析，从而构建了与本体论、语义挖掘、物联网、大数据分析等关键技术相集成的数字孪生系统应用模式与技术框架。

以上，参照图1~2描述了根据本发明实施例的基于BIM和GIS数据集成构建空间语义数据库的方法，建立了BIM+GIS模型的数据存储标准，避免数据转换过程中的信息缺失、语义映射错误等问题，通过坐标融合保证BIM/GIS数据之间的联合检索，实现了融合应用，从而构建了与本体论、语义挖掘、物联网、大数据分析等关键技术相集成的数字孪生系统应用模式与技术框架。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。