韩国的智慧城市将3D数字模型与GIS和BIM相结合
徕卡CityMaper和HxMap减少了构建数字孪生兄弟的时间和成本。
作者：琳达·达菲
在世界各地，地方政府正在推出智能城市/数字孪生项目，以支持经济刺激和旅游项目，并提高整体生活质量。将最新的三维建筑模型和综合地理信息系统（GIS）数据以及建筑信息建模（BIM）数据结合起来，创建建筑内外和周围地形的数字孪生模型。事实上，现实世界被转化为精确的数字副本，以便于分析、规划和管理所有智能城市资产。
3D虚拟城市的主要目标是通过对数字双胞胎进行模拟和分析，并利用结果改善条件，减少和管理城市地区常见的问题。此外，物联网(IoT)传感器、闭路电视(CCTV)、安全摄像头等捕捉到的大数据，可以提供对特定地点的洞察。为了解决交通、犯罪、环境污染、高效能源管理、城市规划、灾害管理、再开发等各种问题，韩国政府从2017年开始启动了“智慧城市/数字双胞胎”项目。通过分析虚拟城市和相关的大数据，政府实体能够更好地解决人们关注的领域。
构建数字孪生兄弟
All4Land，韩国领先的地理空间服务提供商，自2014年以来一直在构建包含BIM和GIS数据的3D数字模型。为了节省时间和降低成本，All4Land在使用its的同时收集倾斜和激光雷达数据莱卡城市地图机载地图传感器，并使用徕卡HxMap，一个多传感器处理平台。生成的三维模型使用GIS数据（如公用设施、电信或交通基础设施的矢量图）进行增强，以支持深入分析。建筑物的外部形状由城市地图数据制成，内部形状由三维扫描数据、设计数据和BIM数据制成。
All4Land负责创建GIS数据和3D建筑模型，并集成建筑业主或政府机构提供的BIM数据。BIM数据是韩国新政府建设的强制性数据，通常由第三方设计办公室制作。对于新建筑，BIM通常在施工过程中和施工后捕获，对于现有建筑，BIM通过三维扫描和原始设计数据的逆向工程建立。
CityMaper和HxMap的组合解决方案基于CityXML（一种开放数据模型和基于XML的格式，用于存储和交换虚拟3D城市模型）提供了细节级别1（LOD1）和LOD2的自动处理。LOD3需要一些手动处理来表示门和窗等开放元素，而LOD4则需要手动处理，这取决于室内细节的级别。
All4Land董事总经理sang - kam Nam表示:“HxMap具有强大的功能，尤其是在多台相机的同时空中三角测量处理方面，以及从图像和激光雷达数据进行高效3D建模。”HxMap还支持传感器校准、自动点匹配、线对线配准、建筑物生成等处理任务。所有这些以前都是繁琐的手工任务，现在都可以在HxMap工作流中自动运行。”
为了将城市地图数据与BIM数据相结合，All4Land首先将GNSS测量得出的坐标分配给BIM数据，然后将BIM数据转换为三维建筑模型，并将其与城市地图数据合并。All4Land开发了自己的专有软件用于数据转换和坐标分配，并通过其MapPrime平台提供3D模型，MapPrime平台是一个集成室内和室外模型并提供数据可视化工具的WebGIS服务器。
全州的3D模型
2019年，通过购买高效的CityMaper空中系统和HxMap，All4Land具备了扩展其3D地图服务的良好条件。由于韩国航空数据采集的独特局限性，快速收集数据尤为重要。韩国三面环海，云层经常造成不利的天气条件。此外，在军事区和安全区附近很难获得飞行许可，因此飞行总天数相当有限。在这种情况下，城市地图在一次飞行中捕获正射影像、倾斜图像和激光雷达的能力是有利的。
“CityMaper是我们项目的最佳解决方案─ 效率的提高使我们能够在更短的时间内捕获更多的数据，”Nam说。“HxMap简化了处理和建模，从而降低了构建数字孪生兄弟的成本。”
数字孪生兄弟概念的测试项目之一是在韩国西南部全罗省北部的旅游区全州市。许多历史建筑，如名为汉诺克的传统村庄，吸引着游客，这座城市以其出色的地方美食而闻名。最近，全州引入了数字孪生概念，作为MaaS（移动即服务）的一部分，以吸引游客，并帮助他们使用电动自行车、电动踢脚板和其他交通工具环城旅行。
All4Land被选中在全州进行两个项目，首先绘制面积为4平方公里（平方公里）的地图，包括20栋建筑的BIM，然后是205平方公里的项目。全州市和LX（政府地籍组织）正在获取更大区域内所有政府所有建筑的BIM数据。使用CityMaper，大型项目的空中数据采集只花了All4Land两天时间，另外还有两到三个月的时间用于数据处理和三维建筑建模。使用CityMaper采集的LOD3室外数据与测试区域的室内BIM数据合并，以创建真实世界的LOD4模型。
南某表示:“数字双胞胎在很多应用中都很有用。“例如，在规划闹市区的新建筑之前，模拟模型会被用来分析360度视野、可见范围、太阳能权、隐私问题等。这揭示了与现有建筑的任何潜在冲突。开发计划可以在早期阶段进行修改和改进，从长远来看可以节省资金。”
智慧城市是未来
目前，韩国大约有十个智能城市项目，预计数量还会增加。除全州外，All4Land正在为韩国首尔开发虚拟首尔项目，并为韩国国家测绘局（NGII）开发Osan的3D地理空间项目。
韩国的智慧城市注重基于智能出行、人口、旅游和其他因素来振兴当地经济。政府机构利用3D建筑模型分析各种选择和机会，以支持决策。未来，All4Land希望MapPrime平台向商业公司开放，实现设施管理、停车管理、观光管理等功能。
数字双胞胎的广泛使用依赖于高效的数据收集和高度自动化的处理，以保持成本合理。徕卡CityMapper和最新的CityMapper-2是高性能的城市测绘传感器，非常适合城市和城市环境的快速数字化。混合倾斜成像和激光雷达解决方案，配合HxMap处理平台，共同提供高生产率和快速周转。
“我们对CityMaper的性能和数据质量非常满意─ “最低点和倾斜图像以及激光雷达都非常出色。我们还认为徕卡地球系统公司提供的技术支持和培训项目是最好的，”Nam说。“徕卡地理系统公司一直在为客户提供支持，在整个运营和处理过程中共同寻找更好的解决方案，这有助于我们在快速变化的行业中保持竞争力。”
