第1章 CIM关键技术与实施策略
　　2020年3月，习近平总书记考察杭州城市大脑运营中心时指出，“运用大数据、云计算、区块链、人工智能等前沿技术推动城市管理手段、管理模式、管理理念创新，从数字化到智能化再到智慧化，是推动城市治理体系和治理能力现代化的必由之路”。
　　城市信息模型（city information modeling，CIM）：以三维地理信息系统（3D geographicinformation system，3D GIS）、建筑信息模型（building information sytem，BIM）、物联网（Internet of things，IoT）等为基础，整合城市地上地下、室内室外、历史现状未来等多源信息模型和城市感知数据，构建起多维城市信息有机体，进而开展城市规划、建造、管理、服务的过程。CIM核心技术还包括数字孪生、区块链、人工智能（artifical intelligence，AI）、增强现实/虚拟现实（augmented reality/virtual reality，AR/VR）等。
　　CIM是“宏观GIS＋微观BIM＋动态IoT”数据应用的结合。GIS与BIM提供不同尺度对象时空管理与可视化分析功能，loT将人车物能等实时信息流反馈其中，实现数字孪生，再通过数据转换、融合共享与搜索引擎等关键技术，实现城市全要素、高精度、海量大数据高效利用。以CIM为核心架构，全方位融合人口、房屋、交通、安防、生命线等业务系统，可实现跨地域感知、跨系统集成、跨部门共享，提升城市信息化综合治理能力。
　　当前CIM建设的最大挑战，莫过于如何行之有效地承载城市海量时空大数据，真正实现“GIS＋BIM＋IoT”产业化、社会化应用。CIM成为生产力，其前提是数据高效管理、深度共享与便捷利用。CIM从“CAD＋GIS”二维抽象描述阶段，发展到“BIM＋IoT＋AR/VR”对等还原乃至人为复杂化阶段，造成了“摩尔悖论”：数据产量严重超出处理能力，导致数据过载与信息失真，不得不通过周期性数据销毁来保证存储空间。CIM在个案设计、施工、运维上取得了良好成果，但在规模化应用上，仍存在难以逾越的巨大障碍，在新数据结构或新芯片革命尚未到来之际，怎样因地制宜突破“大数据－低效能”困境？
　　具体而言，构建城市级CIM、数字孪生乃至元宇宙，是走“逻辑化抽象＋分布式计算”路线，还是走“真实感渲染＋集中式存储”路线？按照通俗思路，1：1还原现实世界，必将海量吞噬计算资源，造成信息过载与浪费，非最佳解决方案。现阶段CIM目标显然不是“美学”，而是实用性。CIM开发建设，应实行减法策略与变通之道，充分发掘城市现有信息处理能力，满足社会化应用的刚需。
　　综上所述，CIM建设与应用，不能重走“形象工程、超前消费”之路，有必要辩证借鉴IT进化史，参考互联网成功，实事求是选择创新点，将关键技术开发与管理思想创新有机结合，开展“网格化管理＋区块链运营”，建立CIM搜索引擎，实现快速查询与便捷共享，使CIM大数据真正实现可管可用、产业循环。围绕上述目的，本书技术体系与逻辑架构，提出的CIM关键技术开发内容如下。
　　（1）CIM数据超轻量化，针对BIM模型，采用“中心坐标＋时间戳＋关键属性”参数化抽象方案；针对视频（video）等loT数据中的动态目标，采取“坐标化＋矢量化＋语义化”抽象方案。在保持对象唯一性与特征有效性前提下，最大限度压缩CIM数据量
　　（2）借鉴互联网地图技术，建立城市级CIM目录索引与搜索引擎，实现CIM构件快速查询与精准定位，使CIM大数据具备可管性、实用性，降低技术门槛与经济成本，扩大用户对象与使用范围，为城市级、社会化服务提供有效支撑。
　　（3）数字孪生领域，在静态精细化建模（Revit＋3dsMax）基础上，注重动态数据加载与功能开发，以孪生楼宇为案例，以Unity3D为集成平台，将IoT数据（人、车、水、视频等）实时接入BIM中，建立全要素镜像，实现动静一体化查询定位与可视分析。
　　（4）围绕城市视频监控大数据，进行视频标定、视频分析、目标矢量化，语义化提取，在建立轻量化索引基础上，进一步开展热点标注，形成三维视频地图，将动态视频集成于3DGIS管理体系之中。
　　（5）在AR/VR方面，通过HoloLens，Unity3D等进行二次开发，加载3DGIS、BIM、SLAM、全景视频等，进行“多媒体＋灯光秀”室内逃生AR智能指引、多人协同AR电子沙盘与全景视频VR应急预案等探索性研究。
　　（6）在AI方面，采用深度学习卷积模型开展视频分析，监测预警人群异常行为。
　　（7）在赛博空间管理方面，开展互联网资源测绘与标定，扩充IP字段，增加经纬度属性，建立以“经纬度＋IP地址”为三维坐标的新型全球互联网空间定位系统，实现网络空间要素与现实空间动态连接与双向检索。拓展3DGIS数据结构，增加网络维度与虚拟属性，建立网络对象、资源、行为、关系的P数据库，将现实空间经纬度、网络空间维度（IP地址）及其虚拟属性（如网名、域名、邮件、微信、微博等）集成于统一管理体系，通过三维赛博地图（cybermap），实现“虚拟现实”一体化定位搜索与动态监控。
　　……

第1章 CIM关键技术与实施策略 1
1.1 CIM关键技术开发 3
1.2 借鉴网格化管理经验，推动CIM集约开发与规模应用 7
1.3 基于区块链技术的CIM开发应用 11

第2章 BIM超级轻量化 16
2.1 BIM模型轻量化编程实现 17
2.2 模型属性数据轻量化示例 21

第3章 视频轻量化与三维视频地图 53
3.1 基于3DGIS监控视频集成管理与目标搜索关键技术 53
3.2 基于3DGIS监控视频动态目标空间标定关键技术 60
3.3 基于城市天际线的遥感视频生产与交通信息提取 68
3.4 基于视频深度学习的密集人群安全监测 78
3.5 城市全景视频热点标签交互技术 85
3.6 三维视频地图专利组 90

第4章 互联网空间定位与三维赛博地图 99
4.1 基于IP测绘与GIS拓展的互联网空间定位系统 99
4.2 “虚拟－现实”一体化3D CyberGIS 108
4.3 互联网新型全球空间定位系统专利组 114

第5章 CIM搜索引擎开发 121
5.1 总体设计 121
5.2 关键技术与功能模块 123
5.3 基础平台搭建集成 131
5.4 主体功能开发 138

第6章 CIM数字孪生开发 161
6.1 孪生城市IoT设备 162
6.2 主流孪生方案及其IoT工具 163
6.3 常用物联网通信协议 166
6.4 Unity与IoT连接方式 170
6.5 孪生楼宇实施案例 180

第7章 基于CIM的AR/MR开发应用 220
7.1 基于SLAM＋定位二维码的室内逃生指引系统 221
7.2 基于BIM＋AR的占道开挖辅助施工系统 231
7.3 基于HoloLensMR的三维电子沙盘 242

第8章 城市安全大数据综合治理综述 251
8.1 建立大数据联席会议机制，推进城市安全综合治理 251
8.2 以大数据CIM一张图为核心，建立公共安全综合治理新模式 253
8.3 建立闭环，提升质量，推动城市风险评估治理一体化 256
8.4 升级大数据呼叫中心，推动城市安全群防群治 261
8.5 宏观灾害大数据情景构建与应急优化 264

第9章 城市风险治理CIM－张图 267
9.1 系统概述 268
9.2 开发路线 270
9.3 程序实现 272
9.4 创新之处 280
9.5 风险治理CIM一张图版本迭代与功能实现 282
9.6 城市风险隐患举报微信公众号 296

第10章 基于CIM的高层楼宇火灾应急仿真 302
10.1 事故类型选定与模拟情景设计 303
10.2 模拟系统关键技术 305
10.3 楼宇灾害情景演化 311
10.4 全景视频VR逃生模拟 318
10.5 基于Pathfinder的高层楼宇疏散模拟 323

第11章 基于CIM的地铁人员模拟疏散 329
11.1 系统功能设计 330
11.2 事故情景设定 331
11.3 静态事故场景构建 331
11.4 VR事故场景构建 336
11.5 人员模拟疏散功能实现 346