三维可视化智慧园区解决方案设计.docx
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三维可视化智慧园区解决方案设计
三维可视化智慧园区解决方案
论策天下科技
2018年3月
1建设背景
“三维可视化智慧园区”是指将园区的地理、资源、人口、经济、招商、运维管理、应急等各种社会服务进行三维虚拟数字化、网络化，实现优化决策支持和可视化管理。
通过三维地理信息系统、BIM（建筑信息模型）、VR虚拟现实技术、IOT（物联网）等基础技术，整合城市信息资源，构建基础信息平台，建立智慧园区信息系统，实现国民经济信息化和社会公众服务信息化、大数据可视化、决策智慧化。
2建设思路和发展目标
2.1建设思路
全面构建三维智慧园区空间框架，促进智慧园区信息产业发展，坚持服务大局、服务社会、服务民生的宗旨,把握丰富三维可视化信息资源、促进智慧园区产业发展、推进智慧园区信息共建共享、建设信息化的战略方向，全面提升智慧园区工作水平，促进智慧园区服务转型升级，为经济社会发展提供可靠、适用、及时的保障服务。
2.2基本原则
——加强监管，统一规划
加强监督管理，明确各部门的主要职责，逐步实现三维智慧园区的统一规划、管理，避免财政的重复投入，提高财政资金的使用效率。
——合力共建，资源共享
从建设“三维智慧园区”全局出发，加强各部门、各地区之间的共建共享，分工采集三维智慧园区信息数据，统一信息数据及交换标准，形成信息共建共享机制，推动信息资源的高效利用。
——面向需求，深化应用
以需求为导向，结合经济社会发展实际，合理确定智慧园区的发展目标、主要任务、重点项目和时序安排。
3建设容
3.1三维基础云平台体系
三维基础云平台体系，主要包括：
一个三维共享数据库、一个三维云共享平台、一套标准体系。
建立一个三维空间地理共享数据库:
整合现有空间基础数据框架数据,建设多尺度、多时相、多分辨率的三维空间地理信息共享数据库体系,大幅提高空间地理数据服务能力。
建设一个三维云共享平台:
实现传统空间地理信息共享方式的根本改变,为政府部门提供强有力的云三维空间地理信息服务和应用支撑服务,满足政府部门在线应用需求,大幅提高空间地理数据的共享能力。
建立一套规标准体系、政策法规与管理制度:
建立三维空间信息共享交换服务数据规、共享交换服务接口规和共享交换管理规，实现数据生产、数据采集、数据处理、数据建库、数据发布、数据共享交换等全过程的标准化和制度化,基本建立三维空间地理基础信息共享的长效机制。
应用支撑建设：
以现有的软硬件资源、网络资源为基础，作适当的扩充调整，从数据传输网络、数据应用服务器群、数据存储备份系统、业务安全系统、中心机房改造等方面初步构建平台运行所需的软硬件网络体系环境。
3.2智慧园区三维应用
在三维基础平台体系的基础上，建设各行业的三维智慧园区示应用系统建设。
4三维基础云平台体系建设
4.1SkyScenery三维信息云平台
SkyScenery三维信息云平台，可将二三维海量数据、BIM建筑信息模型、VR虚拟现实技术、IOT（物联网）设备信息、多媒体信息等统一集成搭载，全面考虑效率、高并发、稳定、安全、开发等因素，为智慧园区统一搭建三维可视化的云服务平台，为政府各部门提供高效、安全、可靠的基础三维可视化云应用服务。
SkyScenery的数据组织的基本思想是：
通过数据分割、加工和索引机制，将三维场景空间数据，包括DEM、DOM数据、地物模型数据、纹理数据及元数据，组织成一个由不同细节层次、不同地域覆盖围的多个子场景构成的金字塔型结构，支持系统的动态调度和快速检索。
SkyScenery支持三维数据的分布存储，不同的数据可以放到不同的服务器上，提升性能的同时也在突破了单一文件系统和数据库的容量限制。
同时，SkyScenery支持服务器的集群，通过负载均衡提升服务器的服务能力。
4.2SkyScenery三维数据库建设
SkyScenery对三维模型有广泛的支持，支持的三维模型数据主要包括手工模型、倾斜摄影模型及自动生成三维管道模型，手工建模建筑表现效果强，适用围广，室外建筑、室三维模型、BIM建筑信息模型都可基于手工模型进行建设。
倾斜摄影适用于大围场景的建设，场景比较真实，但模型细节和后期应用比较复杂。
SkyScenery对各类三维模型的展现还具有高度的真实性和美观性，能支持包括动态水面、骨骼动画、真实材质等多种三维场景效果。
同时具备海量数据的支撑能力，对于城市级三维模型、精细BIM模型都有很好的支持，能快速的支持海量和精细模型的三维场景浏览，在GIS+BIM的应用中尤其能得到很好的体现。
4.2.1三维城市模型
（1）、三维建筑精度
●现状精细模型
适用围：
城市重点建筑，城市规划、乡镇、高档住宅区域和工厂厂房。
严格按照提供的1:
500基础地形图制作，平面误差≤0.3m，建筑顶高根据提供的高程数据制作，误差≤0.5m；任意维度大于1.2m需要建模表现；建筑立面根据现状照片真实反应颜色、材质。
与地面合理衔接。
屋顶根据提供影像颜色制作接近,屋顶结构及附属物大于2m要做出结构；规划方案需按照提供的效果图、平、立面CAD图纸制作，贴图纹理与效果图保持一致。
●标准模型
适用围：
城中村、棚户区，远郊、农村地区域。
本级别模型要严格按客户提供的1：
500基础地形图、DOM、DEM等，根据总体规划编制要求进行地块体块模型建立，建筑高度按照规划编制要求，城市干道路网、绿化景观使用素材贴图进行制作。
（2）、地面制作精度
●一级模型
公园、广场、旅游景点等重点区域，地面根据地形高程建模，高度误差小于0.5m。
地面沿街与照片保持一致并与道路合理衔接，相对高差大于0.5m需做出结构；模型覆盖处的地形数据会适当做处理，避免闪面和地形穿出。
●二级模型
建模围为城市规划方案和地块部重点片区、普通住宅地面。
地面根据效果图、基础地形图制作，相对高度大于1m做出结构，部参照照片颜色、风格相似，地面需根据地形起伏建模，建筑基底与地形衔接处做适当处理。
规划方案根据CAD平面制作，效果与效果图一致。
●三级模型
地面不需建模型，以路网和生成DOM+DEM数据为准；建筑基底与地形衔接合理。
（3）、道路、小品及附属设施制作精度
●一级模型
道路面模型以1：
500、1：
1000、等大比例尺地形图为基础进行制作，构建道路面的三维几何面，依据高程建模，高度误差小于0.5米，准确反映交通设施及附属设施的结构特征，模型基线应与地形图吻合，弧线路段可作圆滑处理，模型高度按测量数据制作或通过现场照片推导制作；纹理贴图要求清晰，准确反映模型材质特征。
道路交通标志和标线、绿化隔离带、行道树、路灯、交通灯、广场雕塑、人行天桥、立交桥梁、公交车站台等按照现状照片及规划方案建模。
●二级模型
道路面模型以1：
500、1：
1000、等大比例尺地形图为基准，构建道路面的三维几何面，依据高程建模，高度误差小于0.5米，能够反映交通设施及附属设施的结构特征，模型基线应与地形图吻合，误差小于≤0.1m，弧线路段要作圆滑处理；纹理贴图要求清晰，准确反映模型材质特征。
道路交通标志和标线、路灯、交通灯、绿化隔离带、人行天桥、立交桥梁等按照现状照片及规划方案建模。
●三级模型
道路面模型以1：
500、1：
1000、等大比例尺地形图为基准，构建道路面的三维几何面，城市主干道根据地形高程建模，高度误差小于0.5m，能够反映交通设施及附属设施的结构特征，模型基线应与地形图吻合，误差小于≤0.2m，弧线路段要作圆滑处理；纹理贴图要求清晰。
沿街路灯、交通灯位置参照影像程序化摆放。
4.2.2BIM模型建设
建筑信息模型（BuildingInformationModeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑三维模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。
包括建筑物的外立面、结构、管道等各组成部分，好比人体的皮肤、骨骼、血液，将建筑物通过VR技术完整的进行模拟。
建筑信息模型（BIM）就是将传统的二维设计向三维空间延展，采用此项技术将对设计、建造、后期管理的各个阶段实现全数字化。
不但大幅降低建筑从设计到建造的成本，还能更有效地提升设计方案与实施的无缝对接，不但能让建筑设计更加具有创造性，同时也让建筑施工更加有案可依，更为建筑的后期管理提供了可溯至源头的数字化信息，小至一个螺丝都可以在（BIM）系统中查询到3D信息。
同时为物联网设备实时信息预留了管理接口。
4.2.3三维倾斜摄影
倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。
这种摄影测量技术称为倾斜摄影测量技术。
所获取的影像为倾斜影像。
倾斜摄影技术的特点
1）真实性
倾斜摄影镇三维数据可写实地反映地物的外观、位置、高度等属性，增强三维数据带来的高沉浸感，弥补了传统人工建模仿真度低的缺陷。
2）高效率
倾斜摄影技术借助无人机等多种飞行载体，可快速采集影像数据，实现全自动化三维建模。
1-2年的中小城市人工建模工作，借助倾斜适应技术只需3-5个月时间即可完成。
倾斜摄影的相机配有多个镜头，一般为3个或5个，同步获取同一地物东南西北及顶部方向的影像。
因此同一地物具有多视角的影像，及详尽的侧面信息，而后将这些影像通过区域网联合平差、多视影像匹配、DSM生成、真正射纠正、三维建模等流程，形成最终大场景的虚拟三维模型产品。
4.2.4三维管道模型
SkyScenery可支持以二维管道和属性数据驱动生成三维管道。
在驱动时需要原始数据提供必要的属性字段，必要属性字段用于描述管线及管点的位置信息，高程数据，拓扑关系等。
属性字段遵循国家地下管线探测规程的要求，在地下管线探测时属于必探的属性，不会额外增加探测和数据处理的工作量。
系统可根据给定的数据，自动生成三维管道模型，并自动挂接相关属性，预留物联网设备实时数据接口信息。
4.2.5三维地理信息数据库建设
根据三维数据的部署要求：
通过数据分割、加工和索引机制，将三维场景空间数据，包括DEM、DOM数据、地物模型数据、纹理数据及元数据，组织成一个由不同细节层次、不同地域覆盖围的多个子场景构成的金字塔型结构，支持系统的动态调度和快速检索。
SkyScenery可以支持三维数据以文件和数据库两种方式存储，用户可以根据需要可以选择配置。
数据库存储的优点是提供较高的安全级别和高效率的数据访问，方便数据的备份等维护工作。
同时，三维数据库必须满足分布式存储，不同的数据可以放到不同的服务器上，提升性能的同时也突破了单一文件系统和数据库的容量限制。
必要时，应支持服务器的集群部署，通过负载均衡提升服务器的服务能力。
4.3物联网系统建设
智慧园区物联网系统建设一般包括能源的管控、计算机网络、视频安防监控、门禁、紧急报警、电子巡更、楼宇对讲、一卡通、综合管道、物流运转、专业设备设施等的运行信息监控与管理。
SkyScenery三维平台能实时连接各类物联网设备，调取实时信号，控制相关设备，以三维可视化地图方式对室、室外、车辆、人员、设备等在线数据监测进行展示和控制，并集成历史信息，形成分析汇总和整合。
以电力系统数据监测为例，在平面图上以不同的颜色来区分建筑体逐时用电负荷率的高低，并可按时间段显示单位面积用电量、空调单位面积用电量以及逐时用电负荷，主要体现在在，1、各类监测仪表的读数。
2、该建筑或区域能源消耗总量、单位面积均量、空调单位面积均量的逐时数据曲线。
3、查看监测园区各类能耗、各类分项能耗总量、单位面积均量、空调单位面积均量的历史曲线。
4、查看各类能耗异常报警信息、数据通讯故障信息。
对经过数据处理后的分类分项数据进行分析汇总和整合，通过静态表格或者动态图表方式将数据展示出来，为园区运行、改造、信息服务和制定政策提供信息服务。
4.4基础设施及环境建设
为了有效支撑三维应用平台，需要开展软硬件设备、机房、网络以及数据安全等方面的建设，同时也可以采用云服务的方式进行建设，采用符合标准的政务云作为基础设施。
5三维可视化智慧园区建设
5.1园区招商展示
招商系统依托提供的二维、三维基础数据的支撑，形成集中的二三维空间信息数据中心，共同更新维护，保持数据的现势性和节约更新维护成本。
在三维可视化环境中实现信息查询，满足规划选址、设计条件、招商决策等各阶段辅助决策需求，为各级领导和招商客户提供辅助决策支持。
同时，以二维精确定位、三维直观展示、数据更新迭代，信息高度集成，电子化、互动化、可视化、集成化的招商展示系统，提升招商展示水平，提高招商引资成功率。
根据需求，将常用的区域、建筑等需表现围、视角快速制定标签，并以缩略图的快捷方式呈现在界面下方，点击可快速调取。
可以对城市的三维场景里的建筑、地块、公共设施等城市部件进行属性的查询，如建筑可以查看高度、楼层数、面积、入驻的主要业主单位等。
基于空间三维分析技术，将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，精确的测量出实际使用测量工具，通过手在屏幕上划动，可实时在三维数据地图上任意测量手划动区域的距离或面积。
可直接打印、实时发送、与移动端连接分享。
交互式介绍土地规划情况，调出土地规划图，可查询每个地块的指标及用地属性，可根据条件查询检索合适的地块。
并可实时在三维场景中对建筑和地块进行标绘，进行意见的书写。
还可对重点场所的室空间进行查看和浏览，对打算购买或租赁的物业进行空间查看和信息的查询。
5.2园区规划管理
三维规划辅助决策系统从规划管理角度出发，综合集成二三维空间信息，以平面化到立体化的方式直观展现规划空间信息，实现规划方案评审与对比，能够进行规划方案的全景浏览显示，并基于立体空间进行规划方案的日照分析、通视分析等，为领导决策和公众展示提供直接、生动、形象的可视化场景和直观准确的分析结果。
（1）、三维浏览：
三维浏览包括场景漫游、视点定义和编辑、热点标注、路径漫游等功能。
（2）、图层管理：
可以方便实现每个图层的显示与关闭，关闭图层后系统浏览的速度会更快，用户可以根据自己电脑的性能来打开或关闭图层显示，充分利用电脑的性能。
（3）、规划方案管理：
提供各类规划方案的系统导入与三维可视化展示，包括方案导入、方案调整、方案定位以及多方案比较等功能，快速了解具体规划的总体信息。
（4）、辅助分析：
为用户对规划方案设计的合理性、全面性、规化等容进行分析评价提供决策依据，提供包含指标分析、限高分析、通视分析、日照分析、视域分析等，以直观、逼真的立体空间信息参考，增强园区规划的设计能力和分析水平。
（5）、信息导出：
提供图片输出、视频输出等功能，方便用户将规划评审、规划分析的相关结果容进行输出共享、查看。
（6）、规划方案三维建模及入库：
系统具有一定的简单模型建立能力，并能够对模型具有纹理编辑、属性连接等功能，实现交互式快速三维几何实体造型。
（7）、二维地图的叠加，可对园区土地利用，规划指标、道路、地名地址等多类型的二维地图实时进行叠加。
5.3园区建设管理
基于SkyScenery三维信息平台建设BIM协同管理平台，实现建筑行业的海量各类数据的整合。
增强了建设管理的预见性、系统性、可控性，提升了项目协同管理能力。
推进BIM协同设计，缩短了设计周期。
在设计阶段道路、建筑、结构等多专业设计人员运用BIM技术进行协同设计，在三维空间中，实时共享设计信息，BIM模型由设计方案深度逐渐细化，达到施工图的要求，缩短设计周期的同时提高了设计质量。
开展4D施工模拟，确保施工安全。
运用BIM技术对工程进行未建先试，就复杂节点进行4D施工模拟，检查工序碰撞，优化流水作业排布，深化施工方案和细化进度计划，降低了施工风险，确保了施工进度和安全。
关注民生，利用仿真模型与百姓提前沟通。
主动运用BIM模型与周边受影响小区街道及居民代表进行沟通。
较传统的二维图纸相比，使居民代表更方便更全面的理解工程，做到了工程的公开透明，使居民更好的理解工程竣工状态，有助于解决群众诉求。
5.4园区运维管理
5.4.1能耗管理
三维可视化能源管控平台是一个基于三维地理信息与BIM（建筑信息模型）的能源管理、控制、优化的系统，通过专用网络，将分布在园区的能源数据采集站、检测站、现场控制站、操作管理控制中心的操作站以及管理控制站等联系起来，共同完成能源的分散控制和集中管理的综合管理与控制系统。
主要包含以下功能：
1、能耗采集：
基于真实抄表数据，按照用户自定义的方式，计算出建筑物的能耗效率；2、能源分析：
采用综合的图形化能源数据分析，包括重点能源消耗、能源累加等；3、财务分析：
提供季节性或峰谷电价计费率，并以货币方式显示能耗费用；4、超限预报警：
采用报表、等预警、报警通告机制。
系统三维可视化地图方式对园区的电/水/气能耗情况、环境监测情况、节能减排效果评价进行统一综合展示，地图上标注建筑体的名称、位置、建筑结构信息、当日/当月/当季度/当日能耗统计。
在宏观展示能效管控工作的同时，平台通过绘制分类表格，汇总建筑体不同时期的能耗总体情况，并以色彩丰富的图形方式配合说明，使用户通过本平台对区域能耗情况做到基本全覆盖掌握。
数据监测
数据监测可在不同的能源种类之间切换。
以电力系统数据监测为例，在三维地图上以不同的颜色来区分建筑体逐时用电负荷率的高低，并可按时间段显示单位面积用电量、空调单位面积用电量以及逐时用电负荷、
数据汇总
对经过数据处理后的分类分项能耗数据进行分析汇总和整合，通过静态表格或者动态图表方式将能耗数据展示出来，为节能运行、节能改造、信息服务和制定政策提供信息服务。
能耗数据处理
平台展示的园区的能耗数据并不是单一仪表采集的数据，也不是单一设备运行的数据，而是多个数据根据平台指定的组合关系而成，对一些环境评价参数、空调效率系数等一些参数需要根据其他参数按照能耗模型进行数学计算得出。
数据处理系统对这些数据根据平台规则进行后台数据处理，供平台统计、分析展示之用。
部分处理容罗列如下：
·按照功能区、用途或楼层等方式划分为小时、日、周、月、季度、年总用电量、用气量和用水量，单位面积用电量、用气量、用水量，设备运行指标评价等；
一环境分析和环境评价；
·电力分项计量数据：
分项计量的一级目录（空调、照明、动力、特殊）和二级目录（细分）的小时、日、周、月、季度、年统计，指标为总量、单位面积均量、空调单位面积均量、人均量；
能耗数据监测
对于每个楼层，包括地下空间，都有一电子地图，地图上标明用电支路、设备安装位置、设备服务区域、能耗计量仪表安装位置的点位。
显示监测能耗数据时，按照能源关系从能耗数据中直接读取并显示在相应的图表中。
能耗数据分析系统
分项特征积累：
通过长期积累实际末端数据及分项能耗数据，发现各分项能耗客观规律不断修正分项能耗特征，补偿实测过程中的偏差及错误。
对分类能耗的纵向（按时间）和横向（按不同对象）的数据分析：
·监测对象（建筑、分项、单一单位、组合查询的单位）在任一时间段（日，月，季度、年）分项能耗组成比例；
·监测对象在任一时间段（日，月，季度、年）分项能耗组成的比较；
·监测对象各分项能耗在任一时间段（时，日，周，月，年）总量、均量的比较。
·根据当前的能耗监测数据，在外部环境（气候温湿度）大致相同的情况下，与昨日、环比的同期数据进行比较，如发现能耗数据偏差较大，则此设备可能是工作异常。
因为在环境温湿度相同、作息时间不变的情况下，当前设备的能耗数据与昨日、环比的同期数据偏差不至于太大。
系统如发现这样的情况，则告知相关人员某些设备能耗数据有异常，请相关人员检查处理，处理过后，记录相关处理过程。
5.4.2设备管理
三维可视化设备管理平台是一个基于三维地理信息与BIM（建筑信息模型）的针对设备、资产的设计、安装、厂家、维护保养、运行状态等进行综合管理的信息系统。
系统以三维BIM模型为基础，以任务管理为核心，对设备实施全过程综合管理，实现园区设备管理工作的程序化、标准化、集中化管理；完善的设备技术工作体系——建立完整的设备技术工作标准和工作流程，（如基于设备部位的故障体系、维修标准、保养标准及设备点检、完好检查、精度检验、状态检测、润滑工作标准等，以故障管理为核心，根据运行、停机、缺陷、故障、事故、点检、检验、检测记录，运用多种故障分析方法，对设备停机和故障进行统计分析，依此判定应采取的维修保养措施等。
）全面的设备管理分析功能——通过对企业的设备分类统计、技术状态、设备运行状况的全面分析统计，让管理者及时了解设备资产状况，提供分析决策支持。
平台还可通过OPC通讯与各设备运行系统，从中采集数据，OPC是为了不同供应厂商的设备和平台应用程序之间的软件接口标准化，使其间的数据交换更加简单可行。
建筑的设备运行参数、环境参数值通过采集，以直接存储或间接模型拟合的方式将结果值存储至临时数据缓冲池中，统一汇总处理后通过数据通讯系统送至平台。
设备运行监测系统
设备运行监测系统的总体目标是通过综合集成技术，构造整个园区所有重要设备的状态监视和报警监控，即通过对建筑物各种设备信息资源的采集、监视和共享以及对这些信息的整理、优化、判断，给建筑物的各级管理者及时提供决策依据和管理的自动化。
系统提供整个园区的中央监控与管理界面，通过可视化的、统一的图形界面，管理人员可以十分方便、快捷地对系统所包容的所有子系统设备（空调、新风机组、排风机、照明、电梯、变配电、冷热源、给排水）进行实时监视和集中的统一管理，生动形象地显示所有子系统设备的运行状态；系统提供三维BIM图形显示，包括建筑结构及机电设备等。
5.4.3三维城管
通过平台的接口，集成现有数字城管系统，使数字城管系统从二维平滑升级到三维，满足城市管理在垂直方向上的需求，如投诉事件定位难问题；辅助城市管理者进行决策分析如公共设施选址分析，如ATM；应急预案模拟，如监督员分布情况，通过系统开放接口实现视频监控接入功能，从而对事故现场进行实时监控，以便应对突发事件。
1）城市部件可视化，真实、客观、形象的表达城市部件，体现城市特色。
如，公用设施、道路交通、市容环境、园林绿地、房屋土地等。
2）基于工作流的网络三维管理平台,如，协同管理、工作处理、督察督办等的应用。
能够根据街道、门牌标志物、道路街巷，网格等进行快速定位；模拟监督员分布情况，和某个监督员的巡查轨迹；城市部件、事件查询。
3）辅助城市管理者进行决策分析，如，缓冲区分析，选址分析等空间分析功能
4）与视频监控系统集成
5.4.4建筑管理
提供园区建筑分类检索、关键字查询、组合查询等基于定量化和定性化的信息查询以及渲染显示等功能。
提供按建筑年代、建筑类型、建筑结构形式等多维度对建筑单体统计与分析功能。
管理建筑详细信息，包括建筑性质、建筑年代（开始时间）、建筑年代（结束时间）、建筑耐火等级、建筑人防等级、建筑绿建等级、建筑能耗等级、建筑结构形式、建筑安全等级、建筑抗震等级等建筑信息。
查询统计：
提供园区建筑层数、建筑基底面积、建筑总面积等信息的查询。
系统应包含属性查询、坐标查询、距离测量、面积测量等功能支撑，提供基于定量化和定性化信息的查询统计应用，为用户深入了解园区建筑的详细容提供可靠服务。
5.4.5综合管线
三维综合地下管线系统旨在综合运用地理信息系统（GIS）、网络通信、工业自动化控制及地下管网数字模拟等先进技术，建立一个长效管理地下管网大量空间数据和属性数据的信息系统，开发地下管网数字化管理过程中所需的各种业务模块和专业分析模块，为园区提供三
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