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時間數據+空間數據,理大的這個技術有點厲害!

日期:2021/3/17 15:41:43 閱讀:143

城市是一個由建筑物、道路和開放空間組成的復雜結構,在這里,每天都有許多活動在同時進行。記錄城市里所有基礎建設與活動的位置數據并制成地圖,是發展智慧城市的關鍵。



這個過程中,各種智慧城市裝置不斷用傳感器收集數據,同時經過物聯網互相傳遞信息。為了確保智慧城市運作順暢,物聯網數據往往會被標注上地理標記,以便記錄數據來源。

不過,在香港這個高樓林立的大都會里,僅給數據標記地理位置并不足夠,因為地圖上的同一位置可能重疊著數十個樓層,平面標記難以描繪立體結構。要為智慧城市的各種功能打好堅實基礎,就得用多維模型整合不同來源的立體地理信息;而四維模型因能加上“時間”這一動態信息,故而效果是最好的。

為此,智慧城市研究院院長史文中教授帶隊開發了“智慧城市平臺”。這是一個四維全方位時空數據基礎架構,它能整合不同來源的時間、空間數據,更有線上可視化功能界面,可以把復雜的數據以圖像形式演示出來,讓用戶對諸多數據一目了然。


理大土地測量及地理資訊學系前系主任 史文中教授


此外,為配合智慧城市建設,史教授及團隊還設計了一套能夠收集老式建筑空間數據的便攜式三維激光雷達系統,并為描繪地下設施模型制訂了國際標準。這些前沿技術,都讓我們離實現智慧城市的愿景,更近了——



智慧城市平臺

化繁為簡 兼容多源數據


過去,為了記錄城市基礎建設與活動的位置數據并繪制地圖,相關專家先后發明了多種數據收集技術,包括三維城市建模技術、建筑資訊模型(BIM)及物聯網傳感器等。然而各系統的操作平臺不一、數據格式各異,用戶需要使用不同的軟件來查看不同的空間數據,讓跨系統的的數據對照工作變得繁復、困難。

史教授的團隊研發的“智慧城市平臺”解決了這一問題。該系統不僅涵蓋室內、室外、地上和地下的三維空間信息,還融合了時空動態模型。

史教授介紹道:“我們的系統不僅能讀取各種格式的數據,如3ds、obj、skp、shp、gdb,更可直接處理物聯網傳感器數據,用戶在查看數據時便不需進行格式轉換。另外,這個系統能將所有數據整合至同一平臺上,而整合的結果也能在任何互聯網瀏覽器中以三維圖像呈現。換句話說,用戶不用安裝任何軟件,即可讀取三維地圖及當中各個層次的數據。”


智慧城市平臺



三維激光雷達系統

獲取老式建筑空間數據


除了利用“智慧城市平臺”整合不同來源的數據外,團隊還利用三維激光雷達收集原始數據。

“目前,能取得建筑物位置和外部結構數據的方法有很多,如衛星定位、三維城市建模技術等。至于建筑物的內部結構,就得靠建筑資訊模型(BIM),但老式建筑鮮有BIM數據。所以,團隊研發了便攜式三維激光雷達空間數據采集系統,用來記錄建筑物的內部空間數據。”史教授說。

這個系統包含一個附有金屬架的背包,金屬架上安裝了激光發射器和傳感器。操作員背著背包在建筑物內走動,就能用同步定位和地圖構建技術(SLAM)測量每個點、每條線的位置和數值。然后,系統的后處理軟件會把收集到的數據組合起來,自動建構建筑物內部的模擬三維空間,這樣就能建立老式建筑的BIM數據,并在智慧城市平臺中顯示出來,讓智慧城市的功能得以無縫操作。


顯示于智能城市平臺的地下設施三維空間數據



地下設施模型新標準

完善地下空間數據模型


城市的運作范圍并不局限于地面,地下龐大的地底管道和電纜網絡也日以繼夜地將水、電、天然氣等資源運送到每幢建筑物中,同時將污水排走。在進行任何挖掘工程前,承建商都必須確認公用設施的位置,此時,完善的地下設施模型便要派上用場。

史教授介紹:“(每個)公用設施的運營機構會妥善儲存自家管道和電纜的圖紙,但無法取得其他機構的記錄。而且過往并沒有記錄地下設施網絡的國際標準,各個機構只能按照自己的方式去制作模型。由于智慧城市平臺涵蓋地下空間的數據,因此我們認為有必要制訂統一的模型制作標準。目前,我們已把相關規格提交給了開放地理空間信息聯盟(OGC),如果審批通過,這些規格將成為國際標準。”


智慧城市平臺兼容多種數據源
并囊括了老式建筑數據
與地下空間數據
可以說是“上天入地、時空結合”
而在現實生活中
“智慧城市平臺”也用途廣泛
在許多領域都有強大的應用潛力——

城市規劃方面,該系統能為計劃發展的項目進行模擬試驗和可視化演示。它能描繪項目圖像,用戶可按圖像分析城市的未來演變,預測計劃發展的項目對交通和環境的影響。

商業機構而言,則可利用該系統進行社交媒體用戶參與度和供應鏈物流管理的時空分析等。此外,在新冠肺炎疫情下,該系統曾被用來分析確診病例的分布數據,從而預測各中學文憑試考場的風險水平,讓籌辦方與考生都能根據場地的疫情風險去準備防疫措施。



以智慧城市平臺預測各中學文憑考試考場的新冠肺炎風險水平

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