使用VELOCITY 5D在三天内生成全国数字孪生

欧洲的一家国家测绘机构需要根据不同比例和格式的地理空间数据集合创建整个国家的 3D 数字孪生。该项目的主要目标是构建一个可重复的自动化工作流程，以便在未来快速生成新的数字孪生模型，以识别和可视化由自然或人为意外事件引起的基础设施和地形变化。

该项目很复杂，该机构还概述了几个其他关键目标：

• 自动化工作流程必须在 72 小时或更短的时间内生成全国性数字孪生。
• 数字孪生必须以开源开放地理空间联盟通用数据库（OGC CDB）格式创建，以支持用于培训和准备目的的高级计算机模拟的应用。
• 最初的工作流程必须确定是否应使用现成的开源矢量数据或高分辨率卫星图像来确保生成尽可能准确的三维数字孪生。

该机构与加拿大蒙特利尔的Presagis签订了合同，以构建可重复的工作流程，生成全国范围内的数字孪生，并使用其基于云的VELOCITY 5D（V5D）平台执行所需的分析。凭借其数十年为 GEOINT、国防和安全应用制作高保真 3D 环境的经验，Presagis 专门开发了 V5D，用于从不同的 3D 地理空间数据集构建 2D 数字孪生，用于可视化和模拟。

多个不同的源数据集

与许多国家制图机构一样，该项目的客户积累了 GIS 矢量图层、卫星图像和地形数据，但文件的格式、质量和坐标系不一致。尽管该机构是一个成熟的 GIS 用户，但覆盖陆地面积超过 65，000 平方公里的各种数据集在向其国内客户提供众多衍生地图产品方面提出了持续的挑战，更不用说单个无缝数字孪生了。

考虑到这一共同挑战，Presagis 开发了端到端自动化平台，这意味着摄取过程的前端执行数据清理、标准化和转换。对于这个全国性项目，测绘机构只需将其地理空间数据集交付给蒙特利尔公司即可摄取。

这些数据集包括全国0.5米多光谱卫星图像，30米航天飞机雷达断层扫描任务地形数据，OpenStreetMap（OSM）矢量和其他专有GIS源数据，总大小均为1TB。

规划计划外

数字孪生创建的 72 小时周转时间并不是一个任意的最后期限。测绘机构确定，在发生意外事件后，它需要在不到三天的时间内为整个国家或至少一个地区生成新的数字孪生，以评估和分析变化。这些信息必须提供给响应者，以便在事件发生后明智地部署资源。

该机构了解到，数字孪生技术的一个显着优势是，可以使用人工智能（AI）算法根据现有的基线数字孪生技术分析新的数字孪生技术，以快速找到景观或基础设施中的事后差异。AI 技术内置于 V5D 平台中，用于更改检测、特征提取和其他用途。

在全国数字孪生的整个生成过程中，Presagis 跟踪了完成任务所需的处理时间。

利用 AI 提取建筑足迹

在项目期间进行了重要的比较，以确定哪些输入数据集产生了最高质量的数字孪生。比较中使用的两个源数据集是公开的全国性开放街道地图（OSM）文件和边界到边界的0.5米多光谱卫星图像。

从每个数据集得出建筑物覆盖区的准确性被用作判断整体数字孪生质量的决定性因素。这被认为是一个可靠的比较点，因为建筑物覆盖区的提取是几乎所有3D数字孪生生成的关键组成部分。

V5D平台为从OSM和卫星图像源数据生成数字孪生提供了灵活性。在开发该平台时，Presagis 意识到并非每个客户都可以访问覆盖大地理区域的昂贵的亚米卫星图像，这就是为什么它构建云解决方案以从各种不同的数据集成功创建数字孪生的原因。

足迹提取过程利用了Presagis开发的专有嵌入式AI算法，专门用于V5D中的自动对象识别。这种人工智能技术是数字孪生生成平台独有的，它利用了具有密集块的U-Net语义分割架构。采用注意机制来确保保留和优先处理块产生的重要特征。

将基于AI的提取技术应用于提供的高分辨率卫星图像的结果证明远远优于从不使用AI的OSM文件自动创建建筑物覆盖区。对于整个国家来说，数字孪生体生成的图像总共有 1，341，227 个足迹，而 OSM 总共有 1，285，799 个足迹——相差 55，428 个足迹。人工智能不仅找到了更多的建筑物，而且还在选定的数字孪生坐标系上更准确地放置了它们的位置。

更重要的是，采用人工智能卫星图像技术的数字孪生生成只需要60.5小时的运行时间，而OSM过程需要68小时——两者都在测绘机构要求的72小时内。在这两种情况下，总时间都包括数据准备和引入。

仿真就绪输出

对于国家测绘机构来说，该项目的下一个最重要的方面是数字孪生数据的输出格式。由于该机构已经使用首选的第三方模拟软件来处理其计划通过数字孪生可视化的各种情况和场景，因此它要求以模拟就绪的 OGC-CDB 格式输出。

鉴于Presagis起源于仿真领域，它开发了V5D，能够以多种格式输出数据，以便与当今市场上的大多数仿真包兼容。该公司自己的仿真应用程序使用 OGC-CDB 格式，因此它是平台的默认输出。但是，数字孪生生成软件还可以在I3S中生成用于Esri，用于Cesium的3D Tiles以及用于Unity或Unreal的FBX中生成文件。

生成数字孪生后，生成全国范围的 OGC-CDB 输出文件对于 OSM 和 AI 图像过程大约需要七个小时。

结论

展望未来，国家测绘机构将使用65，000平方公里的数字孪生体进行多种应用。在常规基础上，单个数字孪生将用作中央 GEOINT 存储库，从中创建各种 2D 和 3D 图表和地图——航空、海事、地形、高程模型、测地线等。数字孪生可以使用新的和不同类型的地理空间数据不断更新。

然而，数字孪生最重要的应用是协助国家测绘机构模拟和准备计划外事件，如自然或人为灾害。如果发生此类事件，该机构可能会通过卫星或飞机获取新的遥感图像，为整个国家或一小部分地区创建新的数字孪生。

无论图像是否来自与用于生成原始 3D 孪生的传感器相同的传感器，都可以部署 V5D 以使用其 AI 算法来检测和评估对景观或基础设施的损坏。根据要求，这可以在短短三天内在全国范围内完成，也可以在几个小时内在较小的城市范围内完成。

无论情况和规模如何，国家测绘机构现在比以往任何时候都做好了应对和保护其公民的准备。