一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法和系统

技术领域

本发明涉及城市基础设施设计技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法和系统。

背景技术

城市基础设施是指支持城市正常运行、提供基本服务以及确保城市居民生活质量的物理结构和设备。这些基础设施是城市生活的关键组成部分，包括各类交通设施、居民生活用各类设施、以及其他类能够让城市进行正常工作的基础设备设施。城市基础设施的质量和可靠性对城市的经济、社会和环境可持续性至关重要。城市管理者和政府部门负责规划、建设、运营和维护这些基础设施，以满足不断增长的城市人口和需求。

关于城市基础设施构建设计是一个复杂的工程，需要多部门相互合作、对各个部门的数据进行跨部门整合，但由于城市基础设施设计构建数据量庞大，无法很好的数据可视化展现城市基础设施未来走向，导致决策层对于城市基础设计决策困难。

发明内容

本发明的目的是为了实现解决现有技术中无法很好的数据可视化展现城市基础设施未来走向的缺点，而提出的一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法和系统。

为了实现上述目的，本发明实现如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种基于数字孪生的城市基础设施构建

模拟方法，包括：

获取目标规划城市的基础设计信息，并确定目标规划城市的影响信息；

根据目标规划城市的基础设计信息，获得目标规划城市的数字模型体；

将目标规划城市的基础设计信息进行区域类别划分，获得至少一个城市基础区域类别信息；

根据至少一个城市基础区域类别信息，对目标规划城市的数字模型体进行划分，获得目标规划城市的多个数字模型区域体；

根据目标规划城市的影响信息，结合城市基础区域类别信息，对目标规划城市的多个数字模型区域体进行影响因素附加，分别获得多个数字模型区域体影响参数数据信息；

根据多个数字模型区域体影响参数数据信息，确定目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息；

根据目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息，确定目标规划城市的未来走向情况信息。

在一种可行的实施例中，所述确定目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息的方法包括：

根据获取目标规划城市的基础设计信息，分别确定目标规划城市中多个数字模型区域体的区域类别信息；

根据目标规划城市中多个数字模型区域体的区域类别信息，对每个数字模型区域体的影响信息进行整合，分别获得目标规划城市中多个数字模型区域体的影响信息集合；

根据目标规划城市中多个数字模型区域体的影响信息集合，并结合城市既往影响信息数据量，分别获得每个数字模型区域体影响信息数据量信息；

将每个数字模型区域体影响信息数据量信息进行整合，确定目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息；

根据目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息，制作目标规划城市的数字模型体变化渲染图。

在一种可行的实施例中，所述制作目标规划城市的数字模型体变化渲染图的方法包括：

根据获取目标规划城市的基础设计信息，确定目标规划城市中多个数字模型区域体的数量，并获得目标规划城市中每个数字模型区域体影响信息数据量信息；

将目标规划城市中每个数字模型区域体影响信息数据量信息进行整合，获得目标规划城市的数字模型体中影响参数数据量；

获取至少两个不同时段目标规划城市的数字模型体中影响参数数据量，并根据至少两个不同时段目标规划城市的数字模型体中影响参数数据量大小，进行层级划分，获得至少两个不同程度的目标规划城市的数字模型体走向变化数据信息；

根据不同程度的目标规划城市的数字模型体走向变化数据信息，并结合目标规划城市的数字模型体，制作至少两个不同程度的模型渲染数据信息；

将不同程度的模型渲染数据信息，写入至目标规划城市的数字模型体中，对目标规划城市的数字模型体进行渲染，获得目标规划城市的数字模型体的未来走向情况信息。

在一种可行的实施例中，所述目标规划城市的影响信息包括：

环境影响因素、投入时间影响因素、每个数字模型区域体人口密集程度影响因素中一项或多项组合。

在一种可行的实施例中，所述分别获得每个数字模型区域体影响信息数据量信息的方法包括：

根据目标规划城市的基础设计信息，获得目标规划城市所处环境类型，并结合既往影响信息数据量，获得目标规划城市的环境影响因素数据量；

根据目标规划城市的基础设计信息，获得目标规划城市的人口数量走向，并结合既往影响信息数据量，确定目标规划城市的人口密集程度影响因素数据量；

根据目标规划城市的环境影响因素数据量和目标规划城市的人口密集程度影响因素数据量，并结合既往投入时间影响因素数据量，分别确定目标规划城市中每个数字模型区域体影响信息数据量信息。

在一种可行的实施例中，所述确定目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息的方法包括：

设目标规划城市中存在n个数字模型区域体，则目标规划城市的数字模型体的影响参数数据量

式1

在式1中，

式2

在式2中，

在式1和式2中，

在一种可行的实施例中，所述模型渲染数据信息包括：

对目标规划城市的数字模型体和/或每个目标规划城市的数字模型区域体根据影响参数数据信息不同，制作不同色彩渲染因子。

本发明第二方面提供了一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟系统，实现如第一方面中任一项所述的一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法。

在一种可行的实施例中，所述模拟系统包括：

模型构建模块，所述模型构建模块用于构建目标规划城市的数字模型体；

数据处理模块，所述数据处理模块用于将目标规划城市的影响信息进行数据处理；

影响因素附加模块，所述影响因素附加模块用于对目标规划城市的数字模型体和/或目标规划城市的数字模型区域体进行影响因素附加；

数据溯源模块，所述数据溯源模块用于对目标规划城市的数字模型区域体和/或目标规划城市的数字模型区域体的影响因素进行记录。

在一种可行的实施例中，所述影响因素附加模块包括：

影响数据附加单元，所述影响数据附加单元用于对目标规划城市的影响参数数据信息进行附加显示；

模型渲染单元，所述模型渲染单元用于对目标规划城市的数字模型体和/或目标规划城市的数字模型区域体进行模型渲染。

本发明的有益效果为：

本发明在实施例中通过根据城市规划设计信息，获得城市的各项基础设施的布设位置及走向，而后通过对城市规划所处的各项影响因素数据进行处理，在城市规划的数字孪生模型中将各项影响因素数据进行附加渲染，获得城市规划设计可视化的未来走向，实现让城市规划设计和管理部门更好地理解城市基础设施的未来运行，以便于对城市规划设计翻新提供前提参考依据，做出更明智的决策，以实现让城市基础设施设计规划能够更加贴合城市规划实际，满足现实要求，提高城市的可持续性和生活质量。即有效的解决现有技术中无法很好的数据可视化展现城市基础设施未来走向的缺点。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法的整体流程示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法的第一部分示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法的第二部分示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例

参照图1至图3，本发明在本实施例中，为了实现解决现有技术中无法很好的数据可视化展现城市基础设施未来走向的缺点，本发明第一方面提供了一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法，所述模拟方法通过根据城市规划设计信息，获得城市的各项基础设施的布设位置及走向，而后通过对城市规划所处的各项影响因素数据进行处理，在城市规划的数字孪生模型中将各项影响因素数据进行附加渲染，获得城市规划设计可视化的未来走向，实现让城市规划设计和管理部门更好地理解城市基础设施的未来运行，以便于对城市规划设计翻新提供前提参考依据，做出更明智的决策，以实现让城市基础设施设计规划能够更加贴合城市规划实际，满足现实要求，提高城市的可持续性和生活质量。即有效的解决现有技术中无法很好的数据可视化展现城市基础设施未来走向的缺点。

具体的，所述模拟方法包括：

可通过有线或无线的方式，对目标规划城市的基本设计情况进行确定，以实现获取目标规划城市的基础设计信息，便于后期根据目标规划城市情况进行相应的数据处理和分析。其中，所述目标规划城市的基础设计信息包括：目标城市整体规划面积、目标城市所处地理坐标、目标城市的人口走向分布情况、目标城市所处经济带等等一系列关于目标城市的基础设计信息。以便于根据上述的目标城市的基础设计信息，对目标规划城市的影响信息进行确定。根据目标规划城市中的整体规划面和设计走向，可采用相应的设计软件（如：3Dmax、SolidWorks软件或三维仿真软件等等）对目标规划城市的BIM(建筑信息模型）进行构建，获得目标规划城市的数字模型体。而后对目标规划城市中的各个区域按照区域类型（如：生活居住区、工业生产区等等）进行区域类别划分，获得至少一个城市基础区域类别信息，以实现对目标规划城市的各个区域进行划分。即根据至少一个城市基础区域类别信息，对目标规划城市的数字模型体进行各个区域明确划分，以获得在目标规划城市的数字模型体中多个数字模型区域体。而后根据目标规划城市的影响信息，分别对目标规划城市的多个数字模型区域体进行影响因素附加，分别获得多个数字模型区域体影响参数数据信息，也即能够对目标规划城市中不同类型区域的未来走向进行分别明确划分，也让对目标规划城市数字模型体的影响参数数据信息分析更符合实际，保证后续分析结果能够更加贴合实际。在本实施例中，为了让目标规划城市的未来走向情况能够数据可视化，在此可根据目标规划城市中多个数字模型区域体影响参数数据信息进行数据整合，而后进行确定目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息。即根据目标规划城市中的各个区域中单项影响因素进行数据整合计算，得到目标规划城市中数字模型体整体影响因素变化情况，而后根据目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息，确定目标规划城市的未来走向情况信息。即在此通过对城市规划所处的各项影响因素数据进行处理，在城市规划的数字孪生模型中将各项影响因素数据进行附加渲染，获得城市规划设计可视化的未来走向，实现让城市规划设计和管理部门更好地理解城市基础设施的未来运行，以便于对城市规划设计翻新提供前提参考依据，做出更明智的决策，以实现让城市基础设施设计规划能够更加贴合城市规划实际，满足现实要求，提高城市的可持续性和生活质量。即有效的解决现有技术中无法很好的数据可视化展现城市基础设施未来走向的缺点。

在本实施例中，为了便于理解如何对目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息进行确定，在此进行如下说明。具体的，所述确定目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息的方法包括：

根据获取目标规划城市的基础设计信息，分别确定目标规划城市中多个数字模型区域体的区域类别信息；即根据目标规划城市的基础设计信息对目标规划城市中的各个区域类型进行明确，而后根据各个区域类型，对目标规划城市中每个数字模型区域体的受影响信息进行确定整合，分别获得目标规划城市中多个数字模型区域体的影响信息集合，而后根据目标规划城市中多个数字模型区域体的影响信息集合，利用有线或无线的方式对与目标规划城市同类型同规模的现有城市受影响信息情况，来对目标规划城市的整个数字模型体和/或数字模型区域体进行整体匹配，以实现让目标规划城市中数字模型区域体的每个数字模型区域体影响信息数据量信息进行明确。需要说明的是，如无既往历史参考，可根据最接近的现有城市规划受影响信息情况进行人为调整。而后将目标规划城市中的每个数字模型区域体影响信息数据量信息进行数据整合，确定当前目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息。继而根据目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息，对目标规划城市中的数字模型体进行整体未来走向渲染，以实现制作目标规划城市的数字模型体变化渲染图，获得城市规划设计可视化的未来走向，实现让城市规划设计和管理部门更好地理解城市基础设施的未来运行，以便于对城市规划设计翻新提供前提参考依据，做出更明智的决策，以实现让城市基础设施设计规划能够更加贴合城市规划实际，满足现实要求。

在本实施例中，为了便于理解如何根据目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息进行不同程度的未来走向渲染，在此进行如下说明。具体的，所述制作目标规划城市的数字模型体变化渲染图的方法包括：

根据获取目标规划城市的基础设计信息，确定目标规划城市中多个数字模型区域体的数量，并获得目标规划城市中每个数字模型区域体影响信息数据量信息；即预先确定目标规划城市中的各个区域类型及数量，结合目标规划城市中每个区域的影响信息数据量各项指标，将目标规划城市中每个数字模型区域体影响信息数据量信息进行整合，让目标规划城市的数字模型体中影响参数数据量。

而后根据上述方式确定获取目标规划城市中在至少两个不同时段目标规划城市的数字模型体中影响参数数据量，并根据至少两个不同时段目标规划城市的数字模型体中影响参数数据量大小，进行层级划分，获得至少两个不同程度的目标规划城市的数字模型体走向变化数据信息。

根据不同程度的目标规划城市的数字模型体走向变化数据信息，并结合目标规划城市的数字模型体，制作至少两个不同程度的模型渲染数据信息；

将不同程度的模型渲染数据信息，写入至目标规划城市的数字模型体中，对目标规划城市的数字模型体进行渲染，获得目标规划城市的数字模型体的未来走向情况信息。在本实施例中，在此为了更进一步的说明此类方式如何实现的，优选的，可将目标规划城市的不同时间段的状态可进行明确为：初期投入使用目标规划城市（为便于后续进行描述，在此可定义为新城市）的老化率为a、一段时间投入使用后目标规划城市（为便于后续进行描述，在此可定义为旧城市）的老化率为b，因为两个时间段的目标规划城市状态受影响因素（如：环境影响因素、投入时间影响因素、每个数字模型区域体人口密集程度影响因素等等因素）的影响，其中，旧城市的老化率b肯定是大于新城市的老化率a,此时可根据新城市的老化率a和旧城市的老化率b，对两个时间段的目标规划城市状态进行划分，可通过色彩不同、色彩明暗程度对两个时间段的目标规划城市状态进行渲染，获得两个时间段的目标规划城市状态的渲染图。即在一种实施例中，所述模型渲染数据信息包括：对目标规划城市的数字模型体和/或每个目标规划城市的数字模型区域体根据影响参数数据信息不同，制作不同色彩渲染因子。另外，在本实施例中，所述目标规划城市的影响信息包括：环境影响因素、投入时间影响因素、每个数字模型区域体人口密集程度影响因素中一项或多项组合。

在本实施例中，为了便于理解如何对目标规划城市中每个数字区域体受影响信息数据量进行明确的，在此进行如下说明。具体的，所述分别获得每个数字模型区域体影响信息数据量信息的方法包括：

根据目标规划城市的基础设计信息，获得目标规划城市所处环境类型，并结合既往影响信息数据量，获得目标规划城市的环境影响因素数据量；即可根据目标规划城市的基础设计信息，确定目标规划城市所处环境的类型，按照在相同环境中的现有城市受影响情况，得到目标规划城市在当前环境中所受的环境影响因素数据量。如根据目标规划城市是否处于特殊环境气候，来此对其未来走向受影响量进行明确。

根据目标规划城市的基础设计信息，获得目标规划城市的人口数量走向，并结合既往影响信息数据量，确定目标规划城市的人口密集程度影响因素数据量；即可根据目标规划城市的基础设计信息，来明确目标规划城市的所能承接的人口量，而后根据同类型的的现有城市受影响情况，得到目标规划城市在不同人口数量下对目标规划城市中各个建筑群的影响因素数据量。

根据目标规划城市的环境影响因素数据量和目标规划城市的人口密集程度影响因素数据量，并结合既往投入时间影响因素数据量，分别确定目标规划城市中每个数字模型区域体影响信息数据量信息，即在此根据目标规划城市中各个区域的承接人口量以及所处环境不同，来对不同时间段的目标规划城市状态进行明确，以实现让目标规划城市的未来走向更加科学，能够为对城市规划设计翻新提供前提参考依据，做出更明智的决策，以实现让城市基础设施设计规划能够更加贴合城市规划实际，满足现实要求，提高城市的可持续性和生活质量。即有效的解决现有技术中无法很好的数据可视化展现城市基础设施未来走向的缺点。

具体的，为了便于理解上述目标规划城市中各项影响因素数据量如何根据同类型城市的既往历史获得的，所述确定目标规划城市的数字模型体的影响参数数据信息的方法包括：

设目标规划城市中存在n个数字模型区域体，则目标规划城市的数字模型体的影响参数数据量

式1

在式1中，

具体的，所述目标规划城市中第i个数字模型区域体的影响参数数据量

式2

在式2中，

在本实施例中，通过求出上述目标规划城市中受环境影响情况

本发明第二方面提供了一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟系统，实现如第一方面中任一项所述的一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法。具体的，所述模拟系统包括：模型构建模块、数据处理模块、影响因素附加模块，所述模型构建模块用于构建目标规划城市的数字模型体；所述数据处理模块用于将目标规划城市的影响信息进行数据处理；所述影响因素附加模块用于对目标规划城市的数字模型体和/或目标规划城市的数字模型区域体进行影响因素附加；在本实施例中，为了便于对目标规划城市进行数据记录以及溯源，为以后各类城市基础设施的走向提供判断依据，所述模拟系统还包括：数据溯源模块，所述数据溯源模块用于对目标规划城市的数字模型区域体和/或目标规划城市的数字模型区域体的影响因素进行记录。本发明在本实施例中通过让模型构建模块根据城市规划设计信息，进行构建目标规划城市的数字孪生模型，而后通过数据处理模块和影响因素附加模块对城市规划所处的各项影响因素数据进行处理，在城市规划的数字孪生模型中将各项影响因素数据进行附加渲染，获得城市规划设计可视化的未来走向，实现让城市规划设计和管理部门更好地理解城市基础设施的未来运行，以便于对城市规划设计翻新提供前提参考依据，做出更明智的决策，以实现让城市基础设施设计规划能够更加贴合城市规划实际，满足现实要求，提高城市的可持续性和生活质量。即有效的解决现有技术中无法很好的数据可视化展现城市基础设施未来走向的缺点。

在本实施例中，所述影响因素附加模块包括：影响数据附加单元，所述影响数据附加单元用于对目标规划城市的影响参数数据信息进行附加显示；模型渲染单元，所述模型渲染单元用于对目标规划城市的数字模型体和/或目标规划城市的数字模型区域体进行模型渲染。

在一些实施方式中，所述模拟系统可以利用诸如HTTP（Hyper Text TransferProtocol，超文本传输协议）之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信（例如，通信网络）互连。通信网络的示例包括局域网（“LAN”），广域网（“WAN”），网际网（例如，互联网）以及端对端网络（例如，ad hoc端对端网络），以及任何当前已知或未来研发的网络。

本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）、专用标准产品（ASSP）、片上系统（SOC）、复杂可编程逻辑设备（CPLD）等等。

本发明第三方面提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如第一方面中任一项所述的一种基于数字孪生的城市基础设施构建模拟方法。本实施例中的计算机可读介质可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的一些实施例的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网（LAN）或广域网（WAN）——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

特别地，根据本公开的一些实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的一些实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。