基于多源数据处理的铁路BIM模型轻量化处理方法及系统与流程

本发明涉及数据处理。更具体地，本发明涉及基于多源数据处理的铁路bim模型轻量化处理方法及系统。

背景技术：

1、铁路工程具有线路跨度长、专业类型多、构件数量庞大、建设周期长以及运维阶段持续时间长等特点，在勘察设计、施工建设、运营维护及数字孪生管理过程中会产生大量异构数据。随着建筑信息模型技术在铁路工程中的应用，设计单位通常建立包含线路、路基、桥梁、隧道、轨道、站房、接触网、通信、信号及电力等专业内容的铁路bim模型，以实现工程全生命周期的信息管理。

2、随着铁路工程数字化程度不断提高，多源数据融合后的铁路bim模型规模迅速增大，不仅包含数量庞大的构件几何信息，还集成了大量属性数据、拓扑关系以及多源空间数据，使模型数据量达到数百万甚至数千万级三角面片。当该类模型应用于web端、移动终端或数字孪生平台进行实时浏览时，通常需要消耗大量网络带宽、存储空间及图形渲染资源，容易出现模型加载时间过长、内存占用过高、交互响应缓慢以及渲染帧率下降等问题。现有技术通常采用边折叠、网格简化、层次细节模型构建等轻量化方法对模型进行压缩，以降低模型复杂度和提升渲染效率。

3、现有轻量化方法大多以几何误差或拓扑误差作为唯一优化目标，对所有构件采用统一的简化策略，仅依据几何特征决定边折叠顺序，未充分考虑铁路工程中不同专业构件在工程应用中的功能差异以及构件与现场真实状态之间的一致程度。此外，现有铁路bim模型轻量化技术普遍采用固定误差阈值或预设面片压缩比例作为边折叠终止条件，难以根据模型复杂程度及不同区域的几何特征动态调整简化过程。当模型局部区域结构复杂或构件密集时，固定阈值容易导致重要区域发生过度简化，使几何细节和工程语义信息受到破坏；而对于结构简单区域，又可能存在简化不足的问题，从而导致重复加载模型压缩效果不高的问题。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的重复加载模型压缩效果不高的问题，本发明在如下的多个方面中提供方案。

2、在第一方面中，本发明提供了基于多源数据处理的铁路bim模型轻量化处理方法，包括：获取设计bim模型、激光点云、倾斜摄影模型与gis地形数据并进行统一坐标转换、构件id标注与三角网格化后以得到统一三角网格；获取所述统一三角网格中任一构件与激光点云的几何一致性系数、专业类别系数以及沿铁路里程方向的连续性系数后，按预设权重进行加权处理后得到所述任一构件的工程重要度；在边折叠迭代过程中，提取所有候选边折叠代价的均值与平均绝对偏差，所述侯选边为统一三角网格中的任一条边；利用所述工程重要度对所有候选边的折叠代价进行语义加权边折叠，利用所述均值与平均绝对偏差构建自适应停止阈值，基于所述自适应停止阈值迭代执行语义加权边折叠得到轻量化网格，沿铁路里程方向切分输出三维瓦片数据。

3、上述技术方案提高了多源数据融合后铁路bim模型的空间一致性和几何精度，使模型简化过程兼顾构件的重要程度与几何特征，避免关键构件及重要区域在轻量化过程中被过度简化，提高模型的结构完整性和工程表达能力。同时，能够根据模型复杂程度动态调整轻量化过程，在保证几何精度的基础上提高模型压缩效率，并降低数据存储、传输及渲染开销，提升铁路bim模型的加载速度、可视化效率及大规模场景下的应用性能。

4、进一步地，所述统一坐标转换，具体为：将所述设计bim模型、激光点云、倾斜摄影模型与gis地形数据转换至平面投影坐标系，并在平面投影坐标系下按空间位置将所述设计bim模型、激光点云、倾斜摄影模型与gis地形数据进行合并以完成统一坐标转换。

5、上述技术方案消除了不同数据来源之间的坐标差异，提高多源数据的空间一致性和配准精度，使各类数据在同一空间基准下准确对应，为后续模型构建、构件分析及轻量化处理提供统一的数据基础，避免因坐标不一致导致的位置偏移和融合误差，提高铁路bim模型处理结果的准确性和可靠性。

6、进一步地，所述统一三角网格，具体为：提取每一构件的全局唯一标识符作为构件id，对设计bim模型采用delaunay三角化生成第一三角网格；对激光点云采用预设邻域半径的滚球三角化生成第二三角网格；对倾斜摄影模型按瓦片提取三角面片合并生成第三三角网格；对gis地形数据按规则栅格三角化生成第四三角网格；将第一三角网格、第二三角网格、第三三角网格和第四三角网格中每一面片关联至所属构件id后以得到统一三角网格。

7、上述技术方案针对不同来源数据的特点采用相适应的网格构建方式，提高各类数据的几何表达精度和建模质量，并建立统一的网格数据结构，使不同来源的数据能够在同一模型中进行统一组织和管理。同时，通过为各三角面片关联对应的构件标识，能够保持几何信息与构件属性信息之间的对应关系，为后续构件分析、模型轻量化及数据管理提供可靠的数据基础，提高多源数据融合后的完整性、一致性及可追溯性。

8、进一步地，所述工程重要度，具体为：预设专业类别权重、几何一致性权重与连续性权重；针对任一构件，将所述任一构件的专业类别系数与专业类别权重相乘得到第一分量，将所述几何一致性系数与所述几何一致性权重相乘得到第二分量，将所述里程连续性系数与所述里程连续性权重相乘得到第三分量；将所述第一分量、第二分量与第三分量求和以得到所述任一构件的工程重要度。

9、上述技术方案通过综合考虑构件的专业属性、几何匹配程度以及线路空间连续性，对构件的重要程度进行更加全面、客观的评价，提高重要性判定的准确性和合理性，使不同构件在后续处理过程中能够体现差异化的处理策略，有利于保留关键构件及重要区域的几何特征和属性信息，提高模型轻量化后的结构完整性、几何精度和工程应用价值。

10、进一步地，所述专业类别系数的获取过程包括：建立ifc实体类型至专业类别系数的映射表；读取任一构件的ifc实体类型并在所述映射表中查表以得到任一构件的专业类别系数。

11、进一步地，所述几何一致性系数的获取过程包括：针对每一构件表面上的任一三角面片，计算任一三角面片重心至所述激光点云中最近点的距离；将每一构件的全部面片对应的距离取算术平均以得到构件级平均距离；将1与所述构件级平均距离同距离归一化上限比值之差作为构件的几何一致性系数。

12、上述技术方案能够从构件整体层面对设计模型与实景数据之间的几何吻合程度进行客观评价，减少局部误差对评价结果的影响，提高几何一致性分析的准确性和稳定性，使构件与实际工程状态的对应关系得到更加真实的反映，为后续模型轻量化处理提供可靠依据，有利于提高模型的几何保真度、工程真实性及整体处理质量。

13、进一步地，提取所有候选边折叠代价的均值与平均绝对偏差，具体为：在边折叠迭代过程中，按二次误差度量计算所述统一三角网格中每条候选边的折叠代价并加入优先队列；在当前次迭代时，将所述优先队列中所有候选边折叠代价的算术平均作为当前均值；将所述优先队列中各候选边折叠代价与所述当前均值差值的绝对值取算术平均作为当前平均绝对偏差。

14、上述技术方案能够实时反映候选边折叠代价的整体水平及分布特征，准确表征当前网格的复杂程度和几何变化情况，为后续边折叠过程提供可靠的统计依据，使模型简化过程能够更加符合网格的实际特征，提高轻量化处理的稳定性和合理性，并有利于兼顾模型压缩效率与几何保真度。

15、进一步地，语义加权边折叠与自适应停止阈值的过程包括：针对优先队列中的每条候选边，将所述每条候选边的二次误差度量折叠代价与其所属构件的构件工程重要度相除得到每条候选边的语义加权代价；将当前均值与预设分布扩张系数同当前平均绝对偏差的乘积相加得到当前自适应停止阈值；按所述语义加权代价从小到大顺序执行边折叠，当优先队列队首的语义加权代价超过所述当前自适应停止阈值时，停止当前层次的边折叠迭代，将当前网格作为下一层次的输入并继续执行边折叠，直至得到全部预设层次的轻量化网格，并沿铁路里程方向按预设单元长度切分输出三维瓦片数据。

16、上述技术方案能够使模型简化过程兼顾构件的重要程度和几何特征，优先保留关键构件及重要区域的几何信息，避免模型轻量化过程中出现重要细节丢失。同时，能够根据候选边折叠代价的分布情况动态调整迭代终止条件，使轻量化过程更加符合模型实际复杂程度，提高模型压缩效率和几何保真度，并生成不同精度层次的轻量化模型。进一步地，按照铁路里程方向进行分块组织和输出，有利于实现模型数据的按需加载和快速调度，降低数据传输与渲染开销，提高铁路bim模型在大规模场景下的可视化加载效率和交互性能。

17、在第二方面中，本发明提供了基于多源数据处理的铁路bim模型轻量化处理系统，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现以上任意一项所述的基于多源数据处理的铁路bim模型轻量化处理方法。

18、本发明的有益效果在于：

19、本发明能够实现铁路bim模型与多源空间数据的高效融合，在保证模型几何精度、结构完整性及属性信息一致性的基础上，对不同重要程度的构件实施差异化轻量化处理，提高模型简化的合理性和精度。同时，能够根据模型实际复杂程度动态控制轻量化过程，兼顾模型压缩效率与几何保真度，减少数据存储、传输及渲染资源消耗，并通过沿铁路线路方向组织模型数据，提高大规模铁路场景的加载效率、显示流畅性及交互性能，为铁路工程设计、施工、运维及数字化管理提供高效、可靠的技术支撑。