一种多源三维城市模型的可视化融合系统技术方案

本发明专利技术公开了城市数字化系统技术领域的一种一种多源三维城市模型的可视化融合系统，包括HBase分布式数据库，处理单元，融合单元，检索/索引单元，Web浏览器和用户端，将标准化的CityGML三维城市模型，OSM数据以及Collada三维建筑模型整合起来，用HBase分布式数据库对其进行存储和管理，并为其设计了全新的row key便于快速地检索和索引，同时利用MapReduce并行计算框架和Hadoop平台实现了针对城市模型中建筑物的综合简化算法，最终将多源数据集成融合在浏览器中可视化，实验结果显示为HBase设计的row key在检索时较大的提升了检索效率，提出的综合简化算法也能有效降低三维城市模型的复杂度，同时不会过多的削弱其视觉效果，生成的简化模型可以用于用户端的可视化应用。

A Visual Fusion System for Multi-Source Three-Dimensional Urban Models

【技术实现步骤摘要】
一种多源三维城市模型的可视化融合系统
本专利技术涉及城市数字化系统
，具体为一种多源三维城市模型的可视化融合系统。
技术介绍
在人类社会中，城市占据着重要的地位。2015年底中央城市工作会议指出:“要加强城市管理数字化平台建设和功能整合，建设综合性城市管理数据库，发展民生服务智慧应用。”为此，需要建立并完善城市数字化基础设施，其中城市三维模型作为城市数字化基础设施中重要的组成部分有着广泛的应用，比如城市规划，环境监控，空间信息分析等。在这些不同的应用需求中，城市三维模型可以作为底图，承载上层应用，展示领域数据，比如地理信息，道路交通，人口分布，空气环境质量等都可以整合到三维城市模型中。目前，许多城市创建了官方的三维模型。比如德国柏林在2009年3月发布出了它们的三维城市模型，它包含474000个带有纹理的建筑模型，分布在857平方公里地域范围中。然而，随着三维城市模型数量和种类爆炸式的增长，如何有效地存储和管理好海量、多源、结构复杂的三维模型并对其高效地分析处理以便为上层不同领域应用提供数据支撑，是目前亟待解决的问题。大数据作为近年来高速发展的新技术，已经在互联网，人工智能等领域取得了令人瞩目的成果，并逐步渗透到了各个行业。在当前的三维城市模型研究工作中，各种复杂类型数据的采集、挖掘、处理、分析与应用都与信息社会的“大数据”不谋而合。传统上，三维模型数据往往是存储于文件(CityGML或Collada)或者对象关系型数据库(Oraclespatial，PostGIS或3DCityDB)中，但关系型数据库在海量数据的管理中面临许多问题，包括高并发读写、难扩展等。要想解决上述难题与挑战，离不开现代“大数据”处理的新技术和新理念。索引和检索技术是实现有效的数据存储与管理的关键技术。2002年，之前有提出一种管理三维模型数据的方法，使用文字语义来影射三维模型数据。用户可以通过输入一个词或者一句话来搜索三维模型数据或三维模型场景，也因此实现了Wordseye软件。在根据形状检索三维模型的研究中，具有较大影响力的有美国普林斯顿大学提供的三维形状搜索引擎(3DModelSearchEngine)和台湾大学提供的三维形状检索系统(3DModelRetrievalSystem)等。针对CityGML开源三维城市模型数据，Felix在对象关系型数据库3DCityDB中实现了CityGML三维模型的数据管理。然而，以CityGML为存储格式的三维模型是十分复杂的，它能在数据库中产生上百张表，随之带来的缺点是通用性很差，数据库中大部分的表不能被其他应用所使用。但是，上述当前的三维城市模型管理框架不易被实现，在面对海量数据时无法保证检索的时效性，也难以用云计算与NoSQL数据库技术扩展实现并行化。为了减少模型的存储空间，进而提升网络传输速度与模型渲染效率，已经有不少研究提出了针对三维模型的综合简化算法。Kada基于半空间(half-space)将建筑模型表示为另一种新的形式，以消除“小”建筑部件。基于最小二乘法，Thiemann和Sester提出了适合于特定基于footprint或简单外壳建筑的适应性3D模板。Kada也提出了一种类似的方法来将建筑模型划分为多个单元格，然后使用单元格分解技术来综合模型。然而，这些方法没有考虑与建筑物的几何对象相关联的语义信息，这很可能会削弱最终的可视化效果。此外，很多研究着眼于通过挤压三维建筑的地面覆盖物(footprint)来构造三维形状，或者着眼于简化二维方法，比如删除或者修改边。但是，这些方法对于那些具有单个垂直面(墙)的三维建筑的应用没有太大帮助，并且也不适用于许多真实的建筑形状。Mao等提出了一种基于块分割和三维建筑聚合的三维模型多重表示结构，称之为CityTree，此方法满足了高密度建筑的可视化要求。然而，该方法改变了三维坐标的边界和位置导致其不能满足保持三维空间精确体积的要求。基于此，本专利技术设计了一种多源三维城市模型的可视化融合系统，将数据存入HBase中以方便管理，并为其设计了全新的rowkey便于快速地检索和索引；然后分析模型数据的语义和几何特点，提出了一种模型综合简化算法，实现了Hadoop环境下对三维城市模型快速并发简化处理，从而在保留视觉效果的情况下减少了模型的复杂度，进而增加了网络传输速度和模型渲染效率；最后借助Cesium平台，实现了多源三维城市模型的融合可视化以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多源三维城市模型的可视化融合系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多源三维城市模型的可视化融合系统，包括HBase分布式数据库，用于存入准化的CityGML三维城市模型，OSM数据以及Collada三维建筑模型，将其进行整合、存储和管理；处理单元，用于简化、过滤和提取三维建筑对象；融合单元，用于将处理后的简化模型进行集成融合；检索/索引单元，用于对空间位置矢量数据的检索和索引，并迅速定位需要返回的结果；Web浏览器，用于将融合后的三维模型进行可视化；用户端，通过Web浏览器对可视化的三维模型进行浏览，并进行反馈。优选的，所述存入方式采用base64转码的方式。优选的，所述CityGML三维城市模型，基于XML格式的开源数据模型，包括用于描述单个城市种各种不同实体的cityObjectMember元素和包含各种不同实体外观信息的appearanceMember元素；所述OSM数据，包括道路元素配合Bing地图服务形成的二维底图；所述Collada三维建筑模型，用于模型交换，包括KML，用于可视化地理数据的文件格式。优选的，所述HBase分布式数据库还包括ZooKeeper和YARN，用于管理、调度集群各项资源与进程的互相协同工作，MapReduce，并行计算框架用于保障大量数据的并发快速处理，HadoopStreaming，指导顶层应用的运行。优选的，所述处理单元包括简化模块，采用LoD3细节层次的三维建筑作为输入数据来简化模型；过滤模块，用于过滤建筑物墙上的门或者窗户信息；提取模块，用于提取建筑物的墙面和屋顶表面信息。优选的，所述处理单元还包括修补模块，用于修补门或者窗户产生的空洞。优选的，所述检索/索引单元采用Geohash算法，Geohash算法将经纬度转化成一维的字符串，将这一维的字符串作为HBase分布式数据库的rowkey索引。优选的，所述融合单元采用Cesium融合平台，包括3DTiles，3DTiles用于以数据流的形式展示三维内容，包括建筑物，树木，点云和矢量数据。优选的，所述Cesium融合平台与CityGML三维城市模型和Collada三维建筑模型数据只支持glTF格式，与OSM数据只支持Geojson格式。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术从数据存储与管理，数据分析处理与三维模型综合简化，到多源数据融合可视化的多源三维城市模型数据处理框架，将标准化的CityGML三维城市模型，OSM数据以及Collada三维建筑模型整合起来，用HBase分布式数据库对其进行存储和管理，并为其设计了全新的rowkey便于快速地检索和索引，同时利用MapReduce并行计算框架和Hadoo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多源三维城市模型的可视化融合系统，其特征在于：包括HBase分布式数据库，用于存入准化的CityGML三维城市模型，OSM数据以及Collada三维建筑模型，将其进行整合、存储和管理；处理单元，用于简化、过滤和提取三维建筑对象；融合单元，用于将处理后的简化模型进行集成融合；检索/索引单元，用于对空间位置矢量数据的检索和索引，并迅速定位需要返回的结果；Web浏览器，用于将融合后的三维模型进行可视化；用户端，通过Web浏览器对可视化的三维模型进行浏览，并进行反馈。

【技术特征摘要】
1.一种多源三维城市模型的可视化融合系统，其特征在于：包括HBase分布式数据库，用于存入准化的CityGML三维城市模型，OSM数据以及Collada三维建筑模型，将其进行整合、存储和管理；处理单元，用于简化、过滤和提取三维建筑对象；融合单元，用于将处理后的简化模型进行集成融合；检索/索引单元，用于对空间位置矢量数据的检索和索引，并迅速定位需要返回的结果；Web浏览器，用于将融合后的三维模型进行可视化；用户端，通过Web浏览器对可视化的三维模型进行浏览，并进行反馈。2.根据权利要求1所述的一种多源三维城市模型的可视化融合系统，其特征在于：所述存入方式采用base64转码的方式。3.根据权利要求1所述的一种多源三维城市模型的可视化融合系统，其特征在于：所述CityGML三维城市模型，基于XML格式的开源数据模型，包括用于描述单个城市种各种不同实体的cityObjectMember元素和包含各种不同实体外观信息的appearanceMember元素；所述OSM数据，包括道路元素配合Bing地图服务形成的二维底图；所述Collada三维建筑模型，用于模型交换，包括KML，用于可视化地理数据的文件格式。4.根据权利要求1所述的一种多源三维城市模型的可视化融合系统，其特征在于：所述HBase分布式数据库还包括ZooKeeper和YARN，用于管理、调度集群各项...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰蟾，毛波，
申请(专利权)人：江苏海事职业技术学院，江苏意渊工业大数据平台有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32