CN106846466A - 一种智慧城市三维可视化展示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧城市三维可视化展示系统，包括数据载入模块、三维浏览模块、场景控制模块、三维对象模块、数据编辑模块、测量工具模块、三维分析模块和数据统计模块，其中：所述数据载入模块，用于接入云系统或第三方系统提供的数据服务，根据数据标准进行数据解析，形成系统内部的数据结构；所述三维浏览模块，用于对三维物理模型场景的浏览；所述三维对象模块，用于导入对象，并对对象进行绘制、标绘以及添加后导出。本发明能逼真、快捷、方便的展示智慧城市的三维全景信息、三维交互和分析结果，实现通过三维展示系统进行可视化交互查询，并将可视化服务查询结果在三维展示系统中展示，以及动态信息通过三维展示系统进行交互展示。

Description

一种智慧城市三维可视化展示系统

技术领域

本发明属于三维可视化技术领域，具体涉及一种智慧城市三维可视化展示系统。

背景技术

智慧城市是当前城市发展的新理念和新模式，是数字城市发展到一定阶段、科技进步不断发展的必然结果，对于城市实现以人为本、全面协调可持续的科学发展具有重要意义。智慧城市建设需要建设时空信息云平台，实现基础时空信息数据、资源业务数据、实时动态数据的互联互通、关联融合、按需加载和弹性定制，形成“人、地、事、物、房、组织机构”等城市资源全要素集，以这些数据为基础，形成“全息地图”服务和成果交换体系，实现一站式平台服务。

智慧城市时空信息在可视化需求上的不断增强以及各类应用在使用时空信息中可视化需求的增长，都使得研究和开发智慧城市时空信息全景可视化系统势在必行。现有的智慧城市三维可视化展示功能不够全面，不能满足需求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种智慧城市三维可视化展示系统，能逼真、快捷、方便的展示智慧城市的三维全景信息、三维交互和分析结果，实现通过三维展示系统进行可视化交互查询，并将可视化服务查询结果在三维展示系统中展示，以及动态信息通过三维展示系统进行交互展示。

本发明的技术方案：一种智慧城市三维可视化展示系统，包括数据载入模块、三维浏览模块、场景控制模块、三维对象模块、数据编辑模块、测量工具模块、三维分析模块和数据统计模块，其中：

所述数据载入模块，用于接入云系统或第三方系统提供的数据服务，根据数据标准进行数据解析，形成系统内部的数据结构；

所述三维浏览模块，用于对三维物理模型场景的浏览；

所述场景控制模块，用于对场景的控制；

所述三维对象模块，用于导入对象，并对对象进行绘制、标绘以及添加后导出；

所述数据编辑模块，用于对选择的对象进行编辑操作；

所述测量工具模块，用于对距离、面积、角度以及楼间距的测量；

所述三维分析模块，用于对拆迁、挖填方、阴影、地形、淹没、通视、视域、剖面、雨情、爆管、流向、流域、网络、天际线以及缓冲区的分析；

所述数据统计模块，用于对云系统或第三方系统提供的数据进行统计。

前述的智慧城市三维可视化展示系统中，所述三维浏览模块包括基础浏览单元、地下浏览单元、室内浏览单元、隧道模式单元、碰撞检测单元、二三维联动单元和时空变化单元，其中：

所述基础浏览单元，用于系统构建以地球球体为基础的三维物理模型场景，并在三维场景中叠加各类数据对象并显示；

所述地下浏览单元，用于系统运行时以三维视角进入地表以下进行浏览；

所述室内浏览单元，用于系统运行时以三维视角进入建筑物内部进行浏览；

所述隧道模式单元，用于系统运行时以三维视角进入隧道模式进行浏览；

所述碰撞检测单元，用于对在浏览过程中出现的碰撞情况进行检测，主要针对室内浏览场景；

所述二三维联动单元，用于二三维相互驱动浏览显示；

所述时空变化单元，用于以时间轴的概念对不同时期的空间信息进行组织并动态地加载显示。

前述的智慧城市三维可视化展示系统中，所述三维对象模块，包括对象绘制单元、标绘对象单元、动态对象单元、模型库单元和导入/导出单元，其中：

所述对象绘制单元，用于在三维场景中绘制二三维对象；

所述标绘对象单元，用于在三维场景中标绘简单对象；

所述动态对象单元，用于在三维场景中添加动态对象；

所述模型库单元，用于在三维场景中添加模型库中的对象；

所述导入/导出单元，用于导入模型、楼块、usx文件，导出obj文件。

前述的智慧城市三维可视化展示系统中，所述数据编辑模块包括基础编辑单元和高级编辑单元，其中：

所述基础编辑单元，用于选择对象进行基础编辑操作，包括选择、移动、旋转、缩放以及贴地；

所述高级编辑单元，用于选择对象进行高级编辑操作，包括移动顶点、删除顶点、增加顶点、边拉伸、体拉伸、克隆对象以及地形平整。

前述的智慧城市三维可视化展示系统中，所述场景控制模块包括漫游、环绕、视点、路径、GPS/北斗跟踪、地表透明、图层控制、动态数据展示以及事态数据展示，

所述漫游，用户通过鼠标、键盘对视点、视角进行控制，在三维场景中进行漫游；所述环绕，用户通过操作鼠标，在三维场景中完成环绕操作；所述视点，用户将三维场景的视点保存下来并能还原显示；

所述路径，用户在三维场景中创建漫游路径并显示；所述GPS/北斗跟踪，通过GPS/北斗跟踪在三维场景中显示运动轨迹；所述地表透明，用户通过拖动数据标尺滑块调整地表透明度；

所述图层控制，通过图层数据列表显示隐藏；所述动态数据展示，介入动态数据服务并展示在三维场景中；所述事态数据展示，接入事态数据服务并展示在三维场景中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的智慧城市三维可视化展示系统能逼真、快捷、方便的展示智慧城市的三维全景信息、三维交互和分析结果，包括对大规模城市场景的浏览、交互绘制、编辑、三维分析，实现通过三维展示系统进行可视化交互查询，并将可视化服务查询结果在三维展示系统中展示，以及动态信息通过三维展示系统进行交互展示。

附图说明

图1为本发明的一种智慧城市三维可视化展示系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

一种智慧城市三维可视化展示系统，如图1所示，包括数据载入模块、三维浏览模块、场景控制模块、三维对象模块、数据编辑模块、测量工具模块、三维分析模块和数据统计模块，其中：

所述数据载入模块，用于接入云系统或第三方系统提供的数据服务，根据数据标准进行数据解析，形成系统内部的数据结构；通过输入数据服务，输出内部数据结构；

所述三维浏览模块，用于对三维物理模型场景的浏览；

所述场景控制模块，用于对场景的控制；

所述三维对象模块，用于导入对象，并对对象进行绘制、标绘以及添加后导出；

所述数据编辑模块，用于对选择的对象进行编辑操作；

所述测量工具模块，用于对距离、面积、角度以及楼间距的测量；

所述三维分析模块，用于对拆迁、挖填方、阴影、地形、淹没、通视、视域、剖面、雨情、爆管、流向、流域、网络、天际线以及缓冲区的分析；

所述数据统计模块，用于对云系统或第三方系统提供的数据进行统计。

每个功能模块根据不同的应用又分为各个不同的单元，单元中包含了时空信息全景可视化系统提供的三维服务接口和基于三维服务接口的功能说明。其中，功能通过全景可视化资源展示系统对外展现，可视化系统为可视化资源展示系统提供服务接口，可视化资源展示系统通过调用可视化系统提供的服务对外展示相应的功能，是可视化系统提供的服务在客户端的具体展现。

进一步地，所述三维浏览模块包括基础浏览单元、地下浏览单元、室内浏览单元、隧道模式单元、碰撞检测单元、二三维联动单元和时空变化单元，其中：

所述基础浏览单元，用于系统构建以地球球体为基础的三维物理模型场景，并在三维场景中叠加各类数据对象并显示；通过输入启动三维场景，构建三维物理模型场景，加载各种数据对象，进行三维渲染显示，输出基础的三维场景；

所述地下浏览单元，用于系统运行时以三维视角进入地表以下进行浏览，用户点击地下浏览功能按钮开启地下浏览模式、滚动鼠标滚轮执行球体缩放事件或者切换视点高度、地图视角等操作使三维视点进入地下进行地下要素的浏览显示；

所述室内浏览单元，用于系统运行时以三维视角进入建筑物内部进行浏览，用户点击室内浏览功能按钮开启室内浏览模式，滚动鼠标滚轮执行球体缩放事件或者切换视点高度、地图视角等操作使三维视点进入建筑物内部进行浏览，输出显示建筑物内部结构和建筑物内部要素；

所述隧道模式单元，用于系统运行时以三维视角进入隧道模式进行浏览，用户点击隧道模式功能按钮，三维视角即进入隧道模式，滚动鼠标滚轮执行球体缩放事件或者切换视点高度、地图视角等操作模拟在隧道中运行的状态，输出三维场景进入隧道模式；

所述碰撞检测单元，用于对在浏览过程中出现的碰撞情况进行检测，用户点击碰撞检测功能按钮，在场景浏览过程中，若视点与三维对象出现碰撞情况，不允许穿透通过，主要针对室内浏览场景，输出三维场景按照碰撞检测后正确的处理方式继续浏览；

所述二三维联动单元，用于二三维相互驱动浏览显示，点击二三维联动功能按钮开启二三维浏览模式，拖动三维球体二维地图范围跟随三维地图产生改变，拖动二维地图三维球体地图范围和视角随着二维地图的改变而改变；

所述时空变化单元，用于以时间轴的概念对不同时期的空间信息进行组织并动态地加载显示，用户在三维场景中拖动时间滑块到不同的时间节点，场景显示出相应时间的空间变化，包括影像和模型数据。

进一步地，所述三维对象模块，包括对象绘制单元、标绘对象单元、动态对象单元、模型库单元和导入/导出单元，其中：

所述对象绘制单元，用于在三维场景中绘制二三维对象，用户点击绘制对象的功能按钮，选择绘制对象，包括球体、立方体、多边体、圆柱、圆锥、棱锥、简单建筑、矢量白膜构建等，点击鼠标左键在三维场景中设定绘制对象的位置并开始绘制，点击鼠标右键完成绘制，可修改绘制对象的属性；

所述标绘对象单元，用于在三维场景中标绘简单对象，用户点击标绘对象的功能按钮，选择需标绘的对象，包括简单箭头、自定义箭头、燕尾箭头、自定义燕尾箭头、直箭头、双箭头、多箭头、曲线标旗、直角标旗、三角标旗、集结地等，点击鼠标左键在三维场景中设定标绘的位置，点击鼠标右键完成标绘，可修改标绘对象的属性；

所述动态对象单元，用于在三维场景中添加动态对象，用户点击动态对象的功能按钮，选择需要添加的动态对象，包括火、烟、多头喷泉、动态水面、喷雾喷泉、单头喷泉等，点击鼠标左键在三维场景中设定添加的位置，点击鼠标右键完成动态对象添加，可修改动态对象的属性；

所述模型库单元，用于在三维场景中添加模型库中的对象，用户点击添加模型的功能按钮，选择模型，包括模型、树、小品、图片等，弹出相应的模型库，通过鼠标选择其中相应的模型，点击鼠标左键在三维场景中设定放置的位置，点击鼠标右键完成添加，可修改对象的属性；

所述导入/导出单元，用于导入模型、楼块、usx文件，导出obj文件，若用户需要导入对象，先点击导入功能按钮，然后通过浏览路径选择导入对象，再通过鼠标左键点击设定放置导入对象的位置，最后点击鼠标右键完成导入；若用户需要导出对象，先通过鼠标左键选择需要导出的对象，然后点击导出功能按钮，在弹出的对话框中设置导出路径，最后点击确定完成导出操作。

进一步地，所述数据编辑模块包括基础编辑单元和高级编辑单元，其中：

所述基础编辑单元，用于选择对象进行基础编辑操作，包括选择、移动、旋转、缩放以及贴地，用户先通过鼠标左键选择需要编辑的对象，然后点击需要进行操作的功能按钮，通过鼠标左键进行相应的编辑操作，直至达到满意的效果，点击鼠标右键完成编辑操作；

所述高级编辑单元，用于选择对象进行高级编辑操作，包括移动顶点、删除顶点、增加顶点、边拉伸、体拉伸、克隆对象以及地形平整，用户先通过鼠标左键选择需要编辑的对象，然后点击需要进行操作的功能按钮，通过鼠标左键进行相应的编辑操作，直至达到满意的效果，点击鼠标右键完成编辑操作。

进一步地，所述场景控制模块包括漫游、环绕、视点、路径、GPS/北斗跟踪、地表透明、图层控制、动态数据展示以及事态数据展示，

所述漫游，用户通过鼠标、键盘对视点、视角进行控制，在三维场景中进行漫游；所述环绕，用户通过操作鼠标，在三维场景中完成环绕操作；所述视点，用户将三维场景的视点保存下来并能还原显示；

所述路径，用户在三维场景中创建漫游路径并显示；所述GPS/北斗跟踪，通过GPS/北斗跟踪在三维场景中显示运动轨迹；所述地表透明，用户通过拖动数据标尺滑块调整地表透明度；

所述图层控制，通过图层数据列表显示隐藏；所述动态数据展示，介入动态数据服务并展示在三维场景中；所述事态数据展示，接入事态数据服务并展示在三维场景中。

所述测量工具模块，包括距离测量、面积测量、角度测量、楼间距测量，距离测量，在三维场景中进行距离测量，包括水平距离、垂直距离，空间距离、地表距离、点-折线距离、点-直线距离、点面距离、线面距离、线线距离、面面距离等，用户选择距离测量功能按钮，通过鼠标左键点击输入测量的起点和终点，或者选择起始对象和终止对象，点击右键完成测量，系统自动在三维场景中显示测量的结果；

面积测量，在三维场景中进行面积测量，包括水平面积、地表面积，空间面积、立面面积等，用户选择面积测量功能按钮，通过鼠标左键点击绘制需要测量面积的区域，点击右键完成测量，系统自动在三维场景中显示测量的结果；

角度测量，在三维场景中进行平面角度测量，用户选择角度测量功能按钮，通过鼠标左键点击绘制需要测量的角度范围，点击右键完成测量，系统自动在三维场景中显示测量的结果；

楼间距测量，在三维场景中进行楼间距测量，用户选择楼间距测量功能按钮,通过鼠标左键点击需要测量距离的两栋楼，点击右键完成测量，系统自动在三维场景中显示测量的结果。

所述三维分析模块，用于对拆迁、挖填方、阴影、地形、淹没、通视、视域、剖面、雨情、爆管、流向、流域、网络、天际线以及缓冲区的分析。

拆迁分析，根据用地红线对红线范围进行拆迁规模评估和预算的功能，用户点击拆迁分析功能按钮，打开拆迁分析功能面板，点击导入用地红线或者自定义绘制红线范围，点击加载，三维场景加载显示用地红线信息，设置地物图层要素和计算参数因子，点击分析按钮，系统根据设定的分析参数分析区域范围内的相关要素情况并通过相关公式进行拆迁规模评估。

挖填方分析，依据开挖深度，计算选定区域内两表面间体积的变化，用户点击挖填方分析功能按钮，弹出功能面板，用户输入开挖深度或者平整高度，用户选择范围类型(绘制或者导入)，如果绘制范围则执行范围绘制事件，支持规则矩形、不规则多边形、圆形等；如果选择导入则打开文件选择器选择导入文件，点击分析按钮完成分析操作，输出分析结果并在三维场景模型中显示。

阴影分析，阴影分析选取范围内各建筑物之间遮阳形式和遮阳情况，可进行动态模拟太阳照射范围内的建筑对象形成的阴影情况，3D视窗中，选取分析范围，可视化显示分析结果，黑色阴影表示建筑物的日照阴影；点击鼠标左键选取视点，拖拽鼠标至适当距离松开鼠标，定义圆形分析范围；拖拽过程中填充圆跟随鼠标，并在视点和鼠标当前位置连线中间标示圆半径。

地形分析，用户计算选择区域范围内的地形，生成地形路径、地形等高线、剖面图等信息，用户点击地形分析功能按钮，在球体上选择分析范围，点击分析功能按钮，系统自动计算按照设定的坡度值，黄色高亮显示两点间地形的最短路径。

淹没分析，当水位到达设置的水底高程时，分析选取的圆形缓冲区内的淹没情况，3D视窗中，选取圆形区域，按照设定的水底高程和水位埋深分析水位淹没情况，可视化显示分析结果，其中红色区域表示被淹没的范围。

通视分析，对于选定的观察点，分析选取范围内能够观察到的建筑物或地形，3D视窗中，选取观察点，按照设定的视角和高度确定分析范围，可视化显示分析结果，其中红色区域表示非可视范围，点击鼠标左键选取视点，拖拽鼠标至适当距离松开鼠标，定义扇形分析范围。拖拽过程中填充扇形跟随鼠标，并标示选择的扇形的半径和弧长。

视域分析，在三维场景中分析观察点的视域情况，用户点击视域分析功能按钮，在三维场景中点击鼠标左键确定视点；再两次点击左键确定视域的夹角和俯仰角，并由系统自动生成通视视域，可见部分用绿色标记，不可见部分用红色标记。

剖面分析，对选定剖面线的地形，管线模型进行剖面切割显示剖面图，用户点击剖面分析功能按钮，打开剖面分析功能面板。绘制剖面线，点击分析完成剖面分析操作。

雨情分析，雨情分析是指在设定区域范围内把降雨量数据和排水管的排水性能综合考虑分析排水管的排水能力和地面积水情况，用户点击雨情分析功能按钮，打开雨情分析功能面板，选择或者导入分析范围，设定降雨量，点击分析按钮执行分析操作。

爆管分析，模拟某根管线发生爆管后，根据爆管位置通过系统已经建立的管道连通情况追查需要关闭的阀门情况，用户点击爆管分析功能按钮，设置体表透明，然后在三维场景中选择管线爆管位置，点击分析按钮，执行分析操作，根据爆管位置信息获取爆管对象，根据爆管对象追踪影响区域范围和最近的上游、下游阀门位置。

流向分析，显示重力管线(雨水、污水)内部水流流向，用户点击流向分析功能按钮，设置地表透明，点选雨水、污水类别管线完成管线流向分析操作。

流域分析，设定水流路径和流量，分析沿线缓冲区内的淹没流域情况，用户点击流域分析功能按钮，通过鼠标左键在三维场景中绘制需要分析的区域范围，系统根据DEM提取河流网络，计算流水累积量和流向，然后自动划分流域范围并高亮显示。

网络分析，在三维场景中对地下管线网络进行相关的分析，用户点击网络分析功能按钮，弹出相应的功能窗口，进行相关设置后点击确定，三维场景中显示出对地下管线网络的分析情况，并在输出栏中显示相应的结果。

天际线分析，用户点击天际线分析功能按钮后，在三维场景中绘制需要进行缓冲区分析的范围，然后在弹出的缓冲区分析属性窗口中设置相关参数，确定后系统自动生成相应的天际线并展示出来。

缓冲区分析，用户通过绘制或者选择地物对象设定缓冲范围进行缓冲计算，并和图层数据进行叠置分析得到条件范围内的数据，用户点击缓冲区域分析功能按钮，打开缓冲区域分析面板，选择缓冲目标方式。点选：用户在地图上点击选择缓冲对象；绘制：用户绘制自定义缓冲对象；导入：用户导入缓冲对象文件，设置缓冲半径，点击分析完成缓冲分析计算操作。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的专业技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种智慧城市三维可视化展示系统，其特征在于：包括数据载入模块、三维浏览模块、场景控制模块、三维对象模块、数据编辑模块、测量工具模块、三维分析模块和数据统计模块，其中：

所述数据载入模块，用于接入云系统或第三方系统提供的数据服务，根据数据标准进行数据解析，形成系统内部的数据结构；

所述三维浏览模块，用于对三维物理模型场景的浏览；

所述场景控制模块，用于对场景的控制；

所述三维对象模块，用于导入对象，并对对象进行绘制、标绘以及添加后导出；

所述数据编辑模块，用于对选择的对象进行编辑操作；

所述测量工具模块，用于对距离、面积、角度以及楼间距的测量；

所述三维分析模块，用于对拆迁、挖填方、阴影、地形、淹没、通视、视域、剖面、雨情、爆管、流向、流域、网络、天际线以及缓冲区的分析；

所述数据统计模块，用于对云系统或第三方系统提供的数据进行统计。

2.根据权利要求1所述的智慧城市三维可视化展示系统，其特征在于：所述三维浏览模块包括基础浏览单元、地下浏览单元、室内浏览单元、隧道模式单元、碰撞检测单元、二三维联动单元和时空变化单元，其中：

所述基础浏览单元，用于系统构建以地球球体为基础的三维物理模型场景，并在三维场景中叠加各类数据对象并显示；

所述地下浏览单元，用于系统运行时以三维视角进入地表以下进行浏览；

所述室内浏览单元，用于系统运行时以三维视角进入建筑物内部进行浏览；

所述隧道模式单元，用于系统运行时以三维视角进入隧道模式进行浏览；

所述碰撞检测单元，用于对在浏览过程中出现的碰撞情况进行检测；

所述二三维联动单元，用于二三维相互驱动浏览显示；

所述时空变化单元，用于以时间轴的概念对不同时期的空间信息进行组织并动态地加载显示。

3.根据权利要求1所述的智慧城市三维可视化展示系统，其特征在于：所述三维对象模块，包括对象绘制单元、标绘对象单元、动态对象单元、模型库单元和导入/导出单元，其中：

所述对象绘制单元，用于在三维场景中绘制二三维对象；

所述标绘对象单元，用于在三维场景中标绘简单对象；

所述动态对象单元，用于在三维场景中添加动态对象；

所述模型库单元，用于在三维场景中添加模型库中的对象；

所述导入/导出单元，用于导入模型、楼块、usx文件，导出obj文件。

4.根据权利要求1所述的智慧城市三维可视化展示系统，其特征在于：所述数据编辑模块包括基础编辑单元和高级编辑单元，其中：

所述基础编辑单元，用于选择对象进行基础编辑操作，包括选择、移动、旋转、缩放以及贴地；

所述高级编辑单元，用于选择对象进行高级编辑操作，包括移动顶点、删除顶点、增加顶点、边拉伸、体拉伸、克隆对象以及地形平整。

5.根据权利要求1所述的智慧城市三维可视化展示系统，其特征在于：所述场景控制模块包括漫游、环绕、视点、路径、GPS/北斗跟踪、地表透明、图层控制、动态数据展示以及事态数据展示，

所述漫游，用户通过鼠标、键盘对视点、视角进行控制，在三维场景中进行漫游；所述环绕，用户通过操作鼠标，在三维场景中完成环绕操作；所述视点，用户将三维场景的视点保存下来并能还原显示；

所述路径，用户在三维场景中创建漫游路径并显示；所述GPS/北斗跟踪，通过GPS/北斗跟踪在三维场景中显示运动轨迹；所述地表透明，用户通过拖动数据标尺滑块调整地表透明度；

所述图层控制，通过图层数据列表显示隐藏；所述动态数据展示，介入动态数据服务并展示在三维场景中；所述事态数据展示，接入事态数据服务并展示在三维场景中。