(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211019199.3 (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 武汉众智鸿图科技有限公司 地址 430000 湖北省武汉市武汉东湖新 技 术开发区大学园路武汉 大学科技园内 B3楼12楼08号 (72)发明人 韩崔燕　文星　王伟　黄巍　 李德勇　罗乐　 (74)专利代理 机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42 238 专利代理师 吴晓茜 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种管网数字 孪生场景生成方法 (57)摘要 本发明公开了一种管网数字孪生场景生成 方法， 首先对管网进行分类和空间计算， 其次根 据裁剪规则建立模型连接规则库， 然后建立管网 设施三维实例化模型， 对几何信息和纹理信息进 行提取、 封装， 保留姿态信息的索引， 再进行管网 数据三维瓦片组织及分布式存储， 采用基于松散 八叉树的三维瓦片构建技术生 成瓦片数据， 保证 了三维瓦片数据的正确性， 并采用分布式存储 方 式进行瓦片数据存储， 打破了资源使用和数据承 载量的约束， 提高了三维瓦片检索与调用速率， 减小了数字孪生场景数据加载量压力， 最后对数 据进行渲染生成管网数字孪生场景。 该方法大幅 减少了数据存储量， 降低数据冗余， 大幅提升大 规模管网三维管网建模、 渲染效率。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115546394 A 2022.12.30 CN 115546394 A 1.一种管网数字 孪生场景生成方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.对管网进行分类和空间计算： 所述管网为城市地下 管网； 所述分类的依据为管 段截面属性信息和拓扑关系； 所述空间计算包括管线管点高程计算和管线管点姿态计算； S2.建立模型连接算法规则库： 定义模型连接规则， 根据管点特征、 管段长度和管径大 小对管段进行裁剪和补充， 裁剪和补充后的管段各个端点分别作为实际建模过程中的管 点， 所述模型连接算法规则库包括由不同的连接对 象匹配的相应连接算法； 根据模型连接 规则对管网中的设施进行 快速、 无缝连接， 实现管点对象和管 段对象之间的精准匹配； S3.建立管网设施三维实例化模型： 将相同类型的管段和管点作为单位模型进行组织， 仅保留该模型的几何信息和纹理信息； 对于不同空间位置的管点管线只保留其空间位置与 姿态信息； S4.建立管网数据三维瓦片组织及分布式存储， 以3D  Tiles格式将瓦片以瓦片数据和 瓦片索引的形式以分布式方式进行存 储； S5.对数据进行渲染生成管网数字孪生场景， 通过Cesium解析管网三维瓦片数据， 通过 瓦片索引直接定位到对应瓦片； 根据瓦片范围与视野范围快速访问数据并加载几何信息， 采用设施全局共享机制进 行渲染； 并融合地理先验信息， 通过WebGL引擎完成三 维管网场景 的渲染； 根据实际管网现状进 行虚拟管网映射， 以可视化方式接入监测、 运 维、 分析数据， 生 成管网数字 孪生场景。 2.根据权利要求1所述的一种管网数字孪生场景生成方法， 其特征在于， 所述S1具体 为： S11.根据 管段截面属性信息将管段区分为圆形管段与方形管段； 将管点区分为附属物 管点和非附属物管点； 根据是否贴地将附属物管点分为贴地附属物和非贴地附属物； S12.根据地面高程、 埋深、 埋设方式、 管径， 计算管线管点高程： 埋设方式包括管顶埋 深、 中心埋深、 管底埋深； 埋设方式为管顶时， 管线 管点高程与管段半径相减； 弱埋设方式为 管底时， 管线管点高程与管 段半径相加， 埋设方式为中心时， 管线管点高程保持不变； S13.根据管线管点属性数据对相应管线管点姿态计算： 若管点为贴地附属物类型， 根 据相连管段的管径大小对该附属物进行缩放， 保证管线和管点匹配； 若管点为非贴地附属 物类型， 根据埋深和相连管段的管径大小对该附属物进行缩放， 保证管线、 管点及地面匹 配； S14.根据管线管点的空间信息确定实际方向， 附属物与管段起点终点方向匹配， 通过 拓扑分析和位姿归算， 确定模型间的连接关系。 3.根据权利要求1所述的一种管网数字孪生场景生成方法， 其特征在于， 所述S2中所述 模型连接算法规则库包括： 双管段连接： 根据管 段截面与管 段之间的夹角进行 管点建模； 多管段连接： 以最大 管段截面进行 管点建模或者建井连接； 贴地模型： 自动匹配模型场景， 同时保证模型贴地和地下 管段相接； 管段阀门连接： 通过 管段参数自动计算并变换阀门的大小与姿态； 管段存在高度差： 根据高度差自动构建竖向管 段模型完成连接； 截头处理： 根据管 段类型和参数， 自动匹配、 调整截头 完成连接 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115546394 A 24.根据权利要求1所述的一种管网数字孪生场景生成方法， 其特征在于， 所述S3具体 为： 对于相同类型的设施1， 2， 3， …， n， 每个设施包含几何、 纹理、 大小、 姿态信息； 其中， 相同 类型的设施包括相同类型的管段和相同类型的附属物设施； 几何和纹理信息通过三 维建模 工具将设施封装为单位模型， 对该设施进行统一表示； 大小和姿态信息通过建立索引机制 统一进行存 储， 形成该类设施的实例化模型。 5.根据权利要求1所述的一种管网数字孪生场景生成方法， 其特征在于， 所述S4具体 为： S41.采用基于松散八叉树的三维瓦片构建技术生成瓦片数据， 依据切片级别， 将每级 三维瓦片划分为八个三 维子瓦片， 每个瓦片根据级别进 行统一编号， 所述松散八叉树， 根据 模型实际大小动态计算三 维瓦片范围， 对模型大小超过三维瓦片范围的情况进行瓦片扩充 使之包含模型数据， 同时重新计算其父三 维瓦片的大小； 三 维瓦片范围内没有模 型数据时， 将该三维瓦片从队列中移除； S42.以3D  Tiles格式将瓦片以瓦片数据和瓦片索引的形式分别存储， 瓦片数据包括纹 理、 属性、 几何， 在经过实例化后， 采用分布式存储方式进 行分层与分块组织与保存； 瓦片索 引建立了与根瓦片匹配的瓦片描述文件， 该文件记录了瓦片范围、 可视距离参数、 瓦片数据 的引用以及子瓦片信息 。 6.根据权利要求1所述的一种管网数字孪生场景生成方法， 其特征在于， 所述S5 中所述 设施全局共享机制在渲染进程中将全场景范围内的同一类设施基于实例化模型和空间位 置信息， 通过不同的姿态变换精确 渲染到指定位置， 设施的姿态数据通过姿态索引进行获 取。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115546394 A 3