基于MapGIS CIM平台的城市轨道交通应用研究

周丹

（武汉中地数码科技有限公司，湖北 武汉 430073）

0 引言

MapGIS CIM 平台是基于全空间GIS 信息技术构建的，能够实现多维融合、信息集成、数据互通，从而为智慧城市建设提供支撑。城市轨道交通系统是智慧城市建设的重要环节，因此有必要结合MapGIS CIM 平台构建城市轨道交通智能信息化集成系统，并对其核心技术、架构形态、实际应用进行分析。

1 MapGIS CIM 平台介绍

MapGIS 城市信息模型（CIM）基础平台（简称“MapGIS CIM 平台”），是由武汉中地数码科技有限公司于2021年研发的一款GIS 平台产品。MapGIS CIM 平台突破了“BIM+GIS+IOT”技术瓶颈，实现了融合城市地上下、室内外、历史现状未来多尺度、多粒度信息模型，可汇聚城市建设、运行、发展与更新的多源实时全景大数据，并提供BIM 构件、二三维空间数据和物联感知实时数据的大规模场景化承载渲染能力，从而为构建全域全时全空间、动态立体、信息丰富的智慧城市数字底座提供了平台技术支撑。

MapGIS CIM 平台由数据汇聚与管理平台、服务及运维管理平台、可视化与分析平台和GIS 云服务门户四个子系统组成，分别对应服务于城市交通多源数据汇聚与管理、城市交通数据共享与服务分发、城市交通数据可视化与分析、CIM+应用扩展开发等智慧交通的建设需求，为城市治理、社会治理、智慧城市提供服务。

1.1 数据汇聚与管理平台

数据汇聚与管理平台负责城市信息模型数据的生产、融合与存储管理，由城市信息模型生产工具、三维地学建模工具、数据抽取转换工具和时空大数据管理系统四个软件配置项组成。城市信息模型生产工具提供对城市二三维空间数据进行汇聚，地上和地下管网白模、精模等模型数据的生成、模型与地形空间融合、实体间语义融合以及模型轻量化处理等能力。三维地学建模工具提供融合钻孔、剖面、物化探等多源地学数据，自动和半自动化地快速生成地质模型的能力。数据抽取转换工具提供对公共专题等非空间数据的数据抽取、清洗与转换的能力。时空大数据管理系统提供对CIM 原始多源资料数据、CIM 标准模型数据库和CIM 轻量化模型库的统一存储和高效管理的能力。

1.2 服务及运维管理平台

服务及运维管理平台负责城市信息模型数据的资源共享、服务支撑与运维管理，由地理信息服务器、时空大数据服务器和云运维管理系统三个软件配置项组成。地理信息服务器提供地图服务、二三维数据服务和基础空间分析服务的发布能力，时空大数据服务器提供地名地址服务、IOT 服务和时空大数据分析服务的发布能力，云运维管理系统提供对各类资源服务的聚合、目录管理、状态监控等服务管理能力以及集群、权限、日志等平台运维管理能力。

1.3 可视化与分析平台

可视化与分析平台负责城市信息模型数据的在线多维度集成展示和分析模拟，由CIM 可视化与分析系统、CIM 数字驾驶舱两个软件配置项组成。CIM 可视化与分析系统提供对城市BIM、倾斜摄影、影像、点云、3DMax 模型、单体模型等大场景、大体量数据的高性能可视化渲染能力和丰富多样的地理分析与模拟仿真能力。CIM 数字驾驶舱构建城市管理典型应用场景，通过城市全要素表达精准描绘城市前世今生未来，并在数字世界模拟仿真城市运行态势。

1.4 GIS 云服务门户

GIS 云服务门户由在线地图、资源中心、开发中心和应用中心组成，面向外部应用开发，提供地图、数据、开发、应用等资源信息的统一共享平台。CIM 平台作为新型智慧城市和新型基础设施建设的基础支撑平台，具备基础性、专业性、可扩展性和集成性的平台特性，定位于表达和管理建筑单体到社区和城市的多尺度多维度城市空间，构建对应于城市物理空间和现实空间的数字孪生，能够提供对城市全要素信息的汇聚、融合、可视化、分析和服务的综合能力，以支撑城市规划、建设和管理运行的数字化、立体化、精细化和智慧化。

2 城市轨道交通数据与应用集成设计

2.1 数据集成

各类应用系统共享同一数据通道，将不同架构和不同功能的应用系统有机地连接起来，通过应用系统各级、各个不同应用功能之间的数据传递、数据清理、数据集成、数据变换、数据规整等手段，结合大数据挖掘技术，实现业务数据的分类与整合。

2.2 应用集成

采用智能分类、统计分析、大数据挖掘等方法，将各类应用系统其按主题、领域、用途、内容等进行分类，建立应用系统之间关联。通过虚拟化技术，实现应用系统的集中管理。

2.3 身份认证集成

建立一套完整的用户身份信息，记录城市轨道交通应用集成可视化系统及应用软件系统的用户身份信息，建立统一的认证平台，完成认证的系统的集成工作，同时留有接口供后续建设的系统无缝地与身份认证平台进行集成。

2.4 应用集成可视化

建立统一的城市轨道交通应用集成可视化系统，将与应用系统相关的各种信息通过多视图整合、交互联动及多维度分析等方式进行展现，同时也可对相关联的不同应用系统进行统一展示。

2.5 应用集成人机交互

结合于人工智能与大数据技术，应用集成人机交互通过动态投影、交互式滤波、交互式缩放、交互式变形、焦点+上下等人机交互可视化技术，让用户直接与数据呈现结果进行交互，在看到数据局部信息的同时了解到整体信息。同时，通过不同可视化分析方法进行原始数据分析。

3 在城市轨道交通工程中的应用探索

交通工程建设，尤其是城市轨道工程建设，基本上包括了规划设计、施工、运维管理等诸多方面。从上文阐述可以得知，MapGIS CIM 系统技术是城市交通基础设施数字化施工的重要支撑。首先，MapGIS CIM 系统技术可以实现创建三维交通设施全要素环境的功用。其次，可以为全要素三维环境下基于BIM数据的规划与设计工作带来更加方便快捷的大数据分析与呈现。最后，可以与BIM、IOT 技术相结合，对施工现场与施工流程实现精细化管理，给施工运维人员带来了更加智能快捷的管理控制能力。

3.1 构建全要素基底

智慧交通工具发展的基石是交通工具的全面数字化，而交通工具数字化的结果应该是可以展示、测量和控制的三维交通工具全部要素的基础。交通运输服务空间全要素数据库可针对交通运输基础设施的服务要求，建立精细化的系统建模对象信息，涵盖交通运输基础设施二维矢量和图形信息、交通运输基础设施三维空间建模信息、交通运输基础设施周边环境二维和三维信息等。既可承担常规城市轨道交通施工、经营、维修等服务，也可承担交通设施监测、大数据挖掘服务等新兴服务领域的技术基础。

采用了最新的测绘技术，利用BIM 模型、倾斜式摄影检测、激光点云采集等新数据，能够形成一种更加精细化的交通设施三大维基，并通过叠加视频信号、道路动态状况消息、物联网设施状况消息、天气、天然灾害等环境条件消息，从而形成了一个对配套交通设施管理、运营、保障的全要素库。MapGIS CIM系统实现了基于多源异构三维空间信息整合的新功能，可将交通工程BIM 模块的地质信息、倾斜图像信息、激光点云信息等三维空间内容整合，可与遥感图像、自然资源数据、气象地质调查和环境监测信息等二维空间数据叠加。形成了一个数据充足、数据内容丰富、运输设施处理能力全面的立体全空间全要素基地。在全要素的三维场景中，MapGIS CIM 系统利用二三维一体化技术集成支持了各种运输基础设施数据的展示、集成检索、叠加计算等功能，为运输基础设施数据管理提供了大量的应用功能。

3.2 BIM+GIS 辅助交通设施规划设计

BIM 技术是目前我国交通建设领域中的一项重要技术。通过对BIM 设计资料的分析，可以将GIS 多源数据的显示和解析功能结合起来，从而为用户提供对设计阶段的设计成果进行分析、计算和直观的表达。

MapGIS CIM 系统，在整个设计流程上为设计者提供了完善的三维设计功能，并提供了BIM 设计的快速导入服务。利用BIM 信息与地质资料的嵌入，能够完成城市轨道交通建模与高精度地形的准确融合，达到城市轨道交通建模在土地上的真实表现。它能够获取有关设计边界区域的BIM 建模信息，并将所获取的结果和地形信息叠加，从而能够及时快速获取有关区域边界的设计方案和建筑用地、人的建筑等相关统计数据，给设计者带来了便捷的大数据分析功能，并辅助设计人员进行合理的选线。在确定了具体的设计方案之后，可以将BIM 模块直接输入系统，并将地形、图像、倾斜和环境参数叠加，使总体设计的项目完整、全面地展示给施工单位和业主。同时MapGIS CIM 系统还实现了多源异构资源的全面应用优化与管理功能开发。设计方案可由各方在线访问和查看，也可使用手机查看三维场景。

3.3 协助交通设施实现智慧建造

智能化建设是交通建设的主要趋势。以BIM 数据为基础，通过将复杂施工环境信息和施工现场情况的动态数据叠加后，在MapGIS CIM 基础上形成动态和静态相结合的施工虚拟环境系统。在三维条件下，将复杂的施工环境数据和BIM 模式中的交通数据精细化关联，进行对施工流程的精细化控制，并通过IOT 信息数据、施工流程的进展信息等三维数据信息，完成对施工流程的动态控制。城市轨道工程的BIM 建模数据，一般都能够实现构件级的高精度。而MapGIS CIM 系统则具有对大量、精细化建模数据的加载、显示、分类和统计等能力，可以把巨量、繁杂的工程信息和建筑数据，实现相互联系和处理。所有的施工图纸、设计实施方案、工程监理流程数据、物资供应数据等都可和BIM 数据中指定的设施构件绑定，在三维全空间GIS 场景下完成对所有建筑信息的搜索、统计分析和可视化展示。

4 结论

MapGIS CIM 系统以新型的三维GIS 技术为依托，并借助GIS-BIM、云计算、物联网传感、移动网络、大数据分析等现代技术手段，形成了一个辅助城市轨道交通施工设计、方案优选、实施管理、智能运维的全时空大数据分析云系统。为企业管理者创造了质量、时间、安全管理、降低成本全方位的精确管理与决策方法。通过平台倾斜摄影技术改变了地表建模的现实环境，实现对地面建筑物、园林绿化、交通景观，进行更逼真的三维空间表现，并可实现自由漫游浏览、城市轨道交通线路巡航、地面建筑物属性信息检索等，对地下管道的地质模型进行BIM 建设，从而实现了GIS 和BIM 技术的有机融合，为在城市轨道交通施工过程中开展管道碰撞检测分析，检查地质条件，指导城市轨道交通车站的施工。随着大数据分析、人工智能等新兴信息技术在交通运输业中的广泛应用，将三维GIS 信息技术与之相结合，促进三维GIS 信息技术进一步向高智能方面的拓展，从而将其作为交通运输信息部门的关键手段，进行对交通运输业过程的高智能有效控制。拥有强大的时空信息和人工智能、数据挖掘与统计分析等功能，交通三维GIS 系统将可以进行高精度设施与交通流数据的智能化收集，同时通过对大量道路交通数据的研究，在三维GIS 中实现道路交通行为控制将更为智能与准确及时，而三维环境数据的展示方式也将更为多样。在现代分布式软件技术的帮助下，将大幅度提高三维分析与制图的性能。通过与新三维GIS 技术和新一代IT 信息技术的融合，MapGIS CIM 平台将紧跟中国信息与交通产业的发展脚步，为产业应用提供有力保障，并带来更多的新模式、新应用。