GIS 与 CIM 平台的多源异构数据融合机制研究

引言

近年来，随着城市精细化管理与智慧化服务需求的不断提升，三维数字城市建设步入快速发展阶段。GIS 作为传统的地理空间信息管理工具，擅长空间数据的组织、查询和分析，但在表达城市微观结构和时态变化方面存在一定局限。CIM 平台则侧重于面向对象的城市要素精细建模与全生命周期管理，强调城市空间实体、属性与业务的深度集成。二者在技术框架、数据结构、服务对象等方面存在差异，但又互补共生。伴随多源遥感、激光雷达、IoT 传感、BIM 等技术应用，城市三维建模与动态更新的数据基础日益复杂，数据类型异构、来源多样、时空分辨率差异大。如何打通 GIS 与 CIM 平台间的数据壁垒，实现多源异构数据的高效融合，既是技术创新的挑战，也是城市信息化建设高质量发展的必经之路。本文以城市三维建模与动态更新为研究对象，系统分析GIS 与 CIM 融合中的多源异构数据融合机制，为智慧城市平台建设提供参考。

一、GIS 与 CIM 平台多源异构数据的特点与融合需求

GIS 与 CIM 平台支撑下的城市信息管理涉及地理空间、建筑结构、环境传感、交通路网等多种数据。GIS 侧重于二维或三维地形、地物、地籍、路网等空间关系的表达，而 CIM 更注重微观建筑、构筑物、设施等对象的详细参数和物理属性。实际城市三维建模与动态更新过程中，数据类型包括遥感影像、激光点云、BIM 模型、物联网数据、地面实测、政务数据等，数据采集频率、空间精度、语义层次和编码规范差异明显。这些多源异构数据既有结构化数据库、矢量/ 栅格空间数据，也有点云、三维网格、BIM IFC、XML、JSON、传感数据流等多种格式。数据融合需求体现在：一是要实现数据的空间配准与统一坐标表达，二是要在语义层面进行统一建模，三是要支持异步采集、动态变化的数据高效整合。

二、GIS 与 CIM 平台多源异构数据融合的核心机制

城市三维建模及动态更新的多源异构数据融合，核心机制包括数据标准化、模型转换、空间配准、时态管理、语义集成等多个方面。首先，需建立统一的数据标准体系，规范空间坐标、属性字段、对象编码，实现不同来源、不同格式数据的一致化处理。其次，模型转换是 GIS-CIM 融合的关键，包括 BIM-IFC 向 GIS-Shapefile、CityGML、三维 TIN/网格等格式的自动转换，以及属性、语义的跨域映射。空间配准涉及遥感、点云、BIM、IoT 等多源数据在同一空间参考系下的精准叠加，需用到高精度坐标转换、点云配准、图像配准等技术。

三、城市三维建模与动态更新的数据融合关键技术

（一）数据标准化与模型转换

针对多源数据格式繁杂问题，需优先制定统一的空间数据标准和对象编码规范。如采用 CityGML、IFC、IndoorGML 等国际主流标准，作为数据中转和信息集成的桥梁。建立自动化模型转换工具，实现 BIM模型向 GIS 三维地物的几何和属性映射，点云数据与三维网格的融合，以及遥感、实测数据的格式归一和编码重组。

（二）空间配准与时空一致性

高精度空间配准是融合基础。针对不同分辨率、不同采集方式的数据，采用多尺度配准、点云拟合、影像特征匹配等手段，实现各类空间数据在三维空间的统一定位。时空一致性要求建立时间戳、版本管理机制，支持历史快照与实时数据的对齐与同步，保证模型的动态更新和溯源。

（三）语义集成与本体驱动

不同平台间的数据在语义表达上存在较大差异，需构建统一的城市对象本体库，实现 GIS 地理要素与 CIM 城市实体的语义对齐与属性映射。采用本体驱动的数据集成技术，将多源异构数据在统一语义层上进行融合，打通平台间的属性壁垒，实现跨域分析和智能检索。

四、多源异构数据融合的应用实践与成效分析

以城市三维建模与动态更新为例，GIS 与 CIM 融合平台能够实现多源数据的一体化采集、管理与应用。实践中，遥感数据为地形地貌和地物变化提供基础底图，BIM/CIM 模型提供建筑、管网等微观细节，点云数据用于高精度空间还原，物联网与移动测量数据补充实时动态变化，政务数据赋能业务联动。通过多源数据融合，可实现城市建筑自动建模、道路交通实时仿真、设施管理可视化、地下空间三维呈现、灾害应急响应等多种场景。

五、未来发展方向与优化建议

面对城市数据规模持续扩张和应用场景不断丰富，GIS 与 CIM 平台的数据融合机制需进一步创新和完善。首先，应加强多源异构数据标准的制定与国际对接，推动标准化体系建设，实现数据共享和互操作。其次，深化人工智能、大数据、云计算在三维数据融合与动态建模中的应用，提升数据自动配准、自动语义对齐、模型智能更新能力。第三，推进平台架构的开放和微服务化，形成可扩展、可插拔的数据融合框架，支持多元数据源和多终端应用。

结论

GIS 与 CIM 平台多源异构数据融合，是推动城市三维建模与动态更新高质量发展的核心动力。本文系统梳理了数据融合的基本需求、核心机制、关键技术和应用成效，提出了融合机制创新与平台协同的优化建议。未来，随着标准化体系完善、智能化水平提升和多场景应用深化，多源异构数据融合将不断推动城市空间信息平台迈向更高水平，为数字孪生城市与智慧治理提供坚实支撑。

参考文献

[1] 李涛， 李鹏飞. 多源异构数据融合在三维 GIS- CIM 平台中的关键技术研究 [J]. 城市勘测 ， 2023（8）： 22- 29.

[2] 马俊 ， 王晓静 . 面向智慧城市的多源异构三维空间数据集成方法研究 [J]. 测绘通报 ， 2022（10）： 68- 74.

[3] 邓伟， 刘建华. 城市信息模型（CIM）平台多源数据融合机制与应用探索 [J]. 地理空间信息 ， 2023， 21（4）： 15- 23.

【一作】冯金华 男 汉族 1993 年 3 月出生 湖北武汉人 本科学历 工程师 区域交付经理 研究方向为地理信息系统（GIS）、CIM、测绘、地名地址库等

【二作】何明 男 汉族 1982 年 7 月出生 湖北武汉人 本科学历 工程师 区域交付总监 研究方向为地理信息系统（GIS）、CIM、测绘、地名地址库等