➜ CIM 城市信息模型数据平台能力概述
城市信息模型 (City Information Modeling) 的基本概念和核心能力
城市信息模型（City Information Modeling，简称CIM)，是以城市信息数据为基础建立起的三维城市空间模型和城市信息的有机综合体。从范围上讲是大场景的 GIS数据
+ 小场景的 BIM数据
+ IOT物联感知数据
的有机结合。涉及行业包括：规划，国土，交通，水利，安防，人防，环境保护，文物保护，能源燃气等各大行业领域和一切智慧城市相关的领域。实现城市信息模型需要具备以下几个前提：
■ 城市基础信息 - 包括建筑模型，模型信息，建筑个体信息，交通，土地等城市空间信息。
■ 建筑内部信息 - 重要的建筑内部结构和对应的建筑部件信息，包括材质，建造年限，造价，运维等信息，提供安防，运维等能力。
■ 城市运行实时信息 - 包括视频监控，测站信息，信号灯，停车场等物联感知设备的信号信息。
城市信息模型(City Information Modeling，简称CIM) 是对一个城市级别建筑群组的物理和功能特征的数字表达。是对城市地上地下，室内室外各种实体目标及其时空状态的数字化描述达。它的目的是通过对信息的有效组织，形成城市的数字化镜像，并依托这一镜像，实现针对城市各专业领域的规划，建设和运行管理的有效协同，精确分析，实时预警以及可视化管理。它具有以下三个主要特征：
C (City): 覆盖城市尺度，它对建模对象的描述能力是城市级别的。
I (Information): 能容纳的信息是覆盖各种空间、时间维度的；能够支撑各种城市级别复杂度的应用。CIM中的信息能够描述城市内各种物理或人文实体，具有多时态、多类型、多粒度级别，多来源等特点。
M (Modeling): 对上述各类复杂信息能够按照特定规则和方法建模，以统一的，规范的方式进行组织归纳。
由上述特征可知，城市信息模型的数据平台实际是一个应用于智慧城市领域的 多源异构的信息存储，融合，访问，分析的 IT 数据处理系统 ；各类复杂业务需求的支撑，赋能系统；
在数据处理层面其核心能力为：
● 抽象定义 通过统一的方式构建 CIM 数据管理模型中的各个逻辑组件，实现灵活的 CIM 模型与关联关系定义。
● 真实映射 能够将各种类型的异构数据源中的数据导入或映射到 CIM 数据模型中，实现对数据的管理和使用。
● 孪生分析 通过在各种不同 CIM 对象类型之间建立业务关联关系映射，使系统在数据层面上再现真实世界中复杂的业务关联，从而对数据进行有效率有针对性的分析。
在业务赋能层面其核心能力为：
● 灵活建模 以统一的方式定义面向各级颗粒度的实体对象，例如定义面向城市-场地-设施-构件-设备等各级颗粒度的实体对象。
● 复杂关联 容纳全维度语义信息，例如各种时态，各种数据形式，各种空间维度，各种时间维度，各种精度，各种粒度，各种语义表达类型以及实体对象本身的要素信息。
● 大数据 具备城市尺度的描述能力，能够覆盖城市的多空间维度（实体空间，各层级行政管理单元，自然形态单元），能够覆盖城市的多时间维度（城市信息的不同时态，城市生命期）；能够对构成城市的实体化物理和人文要素进行描述。
● 实时动态分析 基于多方协作共同建立维护CIM模型资源。支撑不同业务部门对城市运行的协同管理，基于对动态物联感知信息的集成，支持各个业务领域的实时预警预测应用。（IOT，流式数据分析）
● 透明数据集成 与各种专项业务系统在数据层面高度融合。能够无缝透明的集成各种类型的外部数据源。（多源异构数据集成）
➜ CIM 数据平台的领域模型设计
使用 DDD 领域模型概念 设计 CIM 数据平台的核心能力应用逻辑
为了实现城市信息模型中 建模（Modeling）这一核心特征，需要提出一套相应的领域模型概念，使 CIM 数据平台能够以统一的逻辑和术语来兼容表述智慧城市领域的所有不同业务信息，进而实现其 抽象定义，真实映射 和 孪生分析 的核心数据处理能力。以下是这种 CIM 数据平台领域模型核心概念的设计构想：
对象类型定义（InfoObjectDef）：表示城市信息模型中能够包含的任意实体对象的类型表达。包含该类型的对象中能够包含的所有属性集定义以及该类型的对象上能够执行的操作的定义。
属性类型定义（PropertyTypeDef）：表示一个对象类型定义中包含的一项数据信息的基本结构。属性类型定义包含该项属性的名称，描述以及属性的数据类型。数据类型包含基本的标量数值类类型和视屏，音频，文本等非结构化数据类型。
属性集定义（DatasetDef）：属性集定义是一个属性类型定义的容器，在一个属性集定义中可以包含多个属性类型定义。属性集定义与对象类型定义直接关联，描述一个对象类型定义中包含的某一个类别的属性信息集合。
关系类型定义（RelationTypeDef）：关系类型定义 描述实体对象之间的一种特定的关联方式，例如两个实体对象在空间上的包含关系，或者两个实体对象在逻辑上的依赖关系。
全局维度类型定义（GlobalDimensionType）: 全局维度类型代表一类客观存在的，不依赖具体的业务和分析目标而变化的实体对象，例如时间，行政区划，建筑类型分类等。它普遍性的与城市信息模型中的其他各种对象类型的实体对象产生交互，是在城市信息模型中进行多维数据分析的一个重要目标。
操作集（Actionset）: 操作集代表对一个特定的对象类型的实体对象所能执行的操作动作的集合。
对象类型实例（InfoObject）：对象类型实例是一个特定对象类型定义的真实数据表达，表示一个真实世界中存在的客观事物在城市信息模型中的数字镜像。
属性集（Dataset）：属性集表示一个对象类型实例中符合特定属性集定义的若干个数据属性的值。它代表了这个对象类型实例在特定业务类别的数据度量。
关联关系实例（RelationInstance）：关联关系实例是一个特定关系类型定义的真实数据表达，它表示城市信息模型中两个实体之间的一个客观关联。
下图描述了各个核心概念之间的对象交互原理：
一个对象类型定义（InfoObjectDef）可以和不限数量的属性集定义（DatasetDef）相关联，这些关联定义了一个对象类型中所能表述的所有不同业务类型的属性的集合。
一个属性集定义（DatasetDef）可以和不限数量的属性类型定义（PropertyTypeDef）相关联，这些关联定义了一个属性集中能够包含的所有属性的详细定义。
一个对象类型定义（InfoObjectDef）可以和一个操作集（Actionset）相关联，该关联定义了一个对象类型中能够处理的业务操作的集合。
一个操作集（Actionset）可以和不限数量的操作定义（Action）相关联， 这些关联定义了一个 操作集中包含的所有业务操作的定义和实现细节。
一个对象类型定义（InfoObjectDef）下能够创建不限数量的对象类型实例（InfoObject）。这些 对象类型实例中包含的数据种类严格遵循 对象类型定义中的定义。表示真实世界中的一个特定类型的事物的数字化镜像。
根据所属的对象类型定义中关联的属性集定义（DatasetDef），一个对象类型实例（InfoObject）中包含相应数量的属性集（Dataset）。
根据所属的对象类型定义中关联的操作集定义（Actionset），一个对象类型实例（InfoObject）中包含相应数量的操作定义（Action）。
根据所属的属性集定义，一个属性集（Dataset）中包含相应数量的属性值（Property）。
下图描述了 CIM 数据平台领域模型对象的多维度，多关联分析功能原理：
使用关系类型定义（RelationTypeDef）来描述城市信息模型中需要表述的实体对象之间的各种不同性质、不同类型的抽象关联关系的定义。在一个城市信息模型中可以定义不限数量的关系类型定义来描述城市中各个实体间的复杂抽象关系。使用关联关系实例（RelationInstance）来表达城市信息模型中真实存在的实体对象之间的实际关系。在一个城市信息模型中可以包含任意数量的关联关系实例。每一个 关联关系实例都必须属于一个特定的 关系类型定义。每一个关联关系实例都具有方向，必须指向一个源实体对象和一个目标实体对象。
在城市信息模型中可以为任意两个指定的对象类型定义（InfoObjectDef）指定一个特定的关系类型定义（RelationTypeDef）。从而能够在创建对象类型实例（InfoObject）时自动的创建该 关系类型定义的 关联关系实例。通过访问任何对象类型实例（InfoObject）均可获取到与其相关联的所有关联关系实例（RelationInstance），进而获取到通过该关联关系实例与其相关的另一城市信息模型对象实体。
通过使用全局维度类型定义（GlobalDimensionType）这一概念来表述城市信息模型中需要进行全局分析的各类业务维度（例如时间，空间等）。在一个城市信息模型中可以定义任意数量的全局维度类型定义，并为这些全局维度类型定义创建任意数量的相应类型的全局维度类型实例。城市信息模型中的所有对象实体均可使用任何关系类型定义与这些全局维度类型实例建立关联关系。
下图示例描述了 CIM 数据平台领域模型各组成部分在具体业务中的体现：
CIM Object Type：描述客观对象的基本信息和属性定义、对象间关系定义的相关内容，这些内容以一定的组织形式可被计算机识别。
CIM Object：CIM数据管理单元的客观事物类型，例如用地红线、园区、灯杆等。
Industry Type: 描述对象实例的逻辑分类。
Data Set: 对象包含的属性信息集合。
Property Type:对象包含的属性信息类型，可以是普通的数值类属性或文件类属性类型（ jpg，mp3 ……）。
➜ 基于图数据库的 CIM 数据平台
使用图数据库技术为核心的 CIM 数据平台的技术设计
CIM 数据平台旨在对 CIM 数据的对象定义、实例管理、对象关系管理、数据服务和数据相关配置等各方面进行综合、统一的应用管理。实现有效的统一管理之后，就可以对这些海量的城市数据进行孪生分析，既在数据层面上通过在各种不同 的 CIM 对象之间建立关联关系来再现真实世界中复杂的业务关联，进而对数据进行有效率有针对性的分析。图数据库是一种非常适应该场景的复杂关联数据的存储与分析技术。
图数据库（Graph Database） 将整个数据集合建模成一个大型稠密的网络结构，使用图论来构建数据存取的模型。图论（Graph Theory）是数学的一个分支，它以图为研究对象。图论中的图是由若干给定的点及连接两点的线所构成的网状数据图形，这种图形通常用来描述某些事物之间的某种特定关系，用点代表事物，用连接两点的线表示相应两个事物间具有这种关系。而在当前的城市信息模型的应用中，有大量的对于相互关联的关联数据 Relational Data
（例如包含、控制、接触、联络、群体依附和集结等）的查询和探索的需求，例如：
发现城市建筑网络中的关键影响因素、桥接实体和群体。
智能发现建筑维修隐患以增强维修预警时效性并给出更明智、更专业的建议。
发现指示危险源头行为的模式及关系。
针对这类“多对多对多”的关系查询和遍历计算以及定量分析，图论模型更是具有先天的优势。此外使用图数据库技术实现的 CIM 数据平台领域模型具有以下两个独特的技术优点：
通过使⽤基于图形数据库的实现⽅式，可以消除关系模型在大规模数据集合和复杂数据类型及关联关系的应用场景下所无法解决的实现复杂性方面的问题。
基于图数据模型的特点以及图论算法的支持，对多维度条件下的关联信息查找和发现提供了比传统关系模型更加强大的功能支持以及更加快捷的性能支持。
以下是使用图数据库技术研发实现 CIM 数据平台的核心策略:
通过使用图数据库来构建 CIM 数据平台领域模型中的各个逻辑组件，实现灵活的 CIM 模型与关联关系定义。
通过使用 CIM 数据平台的领域模型将各种类型的异构数据源中的数据导入或映射到 CIM 数据平台，实现对数据的管理和使用。
根据数据平台的领域模型定义，使用图数据库技术设计开发核心元数据与关联关系数据存储系统，其中存储城市信息模型中所有对象实体的元数据以及所有对象实体之间的关联关系。
当对城市信息模型的对象实体进行基本存取和关联关系分析时，根据数据平台的领域模型定义直接操作核心元数据与关联关系数据存储系统。
当对城市信息模型的对象实体进行复杂的跨外部异构数据源操作时，从核心元数据与关联关系数据存储系统中获取跨数据源操作所需的元数据信息，并以访问属性集的形式将外部异构数据源中的数据返回给用户。
通过在各种不同 CIM 对象类型之间建立业务关联关系映射，使IT系统在数据层面上再现真实世界中复杂的业务关联（如时空一体化分析等），从而对数据进行有效率有针对性的分析。
在基于图数据库技术的 CIM 数据平台上执行高阶知识图谱数据分析
在使用图数据库技术的 CIM 数据平台中导入各类业务数据并完成数据关联后，实质上形成了一个智慧城市领域的知识图谱。通过使用该知识图谱，可以完成复杂的关联关系分析功能，从观察粒度看主要有两种分析途径：
微观层面：通过针对单个（或若干个）节点对象的关联关系分析，来发现局部数据中的知识信息，常用领域为EDA（探索性数据分析），推荐引擎（相似性分析），关联性查找（最短路径分析，关联性分析等）。
宏观层面：使用知识图谱技术，通过对图谱中所有或大量的节点对象和关系对象执行图论分析算法（PageRank，Triangle Count，Connected Components，Label Propagation等），来发现数据中整体性，规律性的全局知识。例如基于度分布的中枢节点发现，基于最大连通图的社区发现，基于三角计算的关系衡量，基于随机游走的用户属性传播等。
下图示例描述了在城市建设阶段针对建设工程管理的一个探索性数据分析的案例：
使用知识图谱技术，能够通过对图谱中所有或大量的节点对象和关系对象执行图论分析算法来发现数据中整体性，规律性的全局知识。此外还可以通过知识图谱为大数据分析系统提供数据，通过将知识图谱对接到主流的大数据分析产品和技术中，为大数据以及AI分析功能提供丰富的数据支持，进而执行更加专业化，更加有针对性的数据分析任务。
下图描述了结合使用图数据库上的知识图谱与大数据及AI技术的一种技术架构设计：
