BIM与GIS集成下的建筑物语义模型转换研究

发布时间：2020-09-05 13:26

　　实现现代城市建筑物室内外一体化建模技术一直以来都是推进智慧城市建设的核心。常规的测绘手段只能获取建筑物的几何轮廓,忽略了模型的语义和拓扑关系,仅可用于三维可视化,无法满足空间数据挖掘和专题查询等深层次应用技术需求。此外,这些模型无法获取建筑物的室内信息,尤其是家具等室内部件。因此目前对于建筑物三维模型空间信息化的需求变得越来越迫切。建筑信息模型(Building Information Model,BIM)精细化三维模型语义信息丰富,对建筑物内部的信息描述十分精细。三维地理信息系统(Three-Dimensional Geographic Information System,3DGIS)致力于室外信息的建模技术,室内信息比较匮乏,无法将GIS模型应用于城市灾害应急响应及室内导航等应用中。因此,BIM模型精确的信息可以作为3DGIS重要的数据来源,本文通过分析BIM领域的通用数据标准行业基准类(Industry Foundation Classes,IFC)和三维GIS领域的数据标准城市地理标记语言(City Geography Markup Language,CityGML)在几何和语义上的差异,以及室内信息模型相关标准的特点,设计并实现从1FC模型转换为语义丰富的CityGMLLOD4模型的方法。由于IFC模型比CityGML模型语义要更丰富,二者之间存在语义信息不对称的问题,直接进行IFC模型到标准的CityGML模型转换会存在语义信息的丢失。因此,本文结合IFC模型建筑物构件复杂的特点,利用CityGML的扩展机制,对建筑物三维语义模型进行扩展,形成一种基于CityGML扩展的建筑物多尺度语义表达的信息模型。把IFC模型中丰富的语义信息提取到扩展的CityGML模型中。将基于IFC标准构建的建筑物模型集成到GIS系统进行统一管理,首先要建立IFC与CityGML的语义映射关系,通过语义信息之间的映射,过滤IFC模型中无几何信息的语义。然后,根据二者在几何方面的差异,首先进行了坐标系的转换,之后将构造实体表达的IFC模型转换为CityGML中的表面模型。最终获取几何和语义均正确的CityGML模型。基于本文提出的方法,设计符合本文需求的自定义CityGML扩展模式,这种扩展的CityGML模型,能够将IFC模型中丰富的语义集成到CityGML中。最后通过设计实验并测试分析,结果表明,本文的转换方法能够将IFC模型自动转换为几何正确和语义丰富的CityGML模型。并通过与目前常用的转换方法作对比,得出本文的转换方法的有效性。因此,本文的方法能够为实现BIM与GIS的融合提供有力的支持。
【学位单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU17;P208
【部分图文】：

总体技术,路线,语义

图１－１技术路线图逡逑总体技术路线主要分三个方面进行。首先是对现有三维模型相关标准的研ＩＦＣ标准、ＣｉｔｙＧＭＬ标准以及面向室内导航的ＩｎｄｏｏｒＧＭＬ标准，基于各标差异，提取ｒＦＣ模型建筑物构件的语义信息，构建ＣｉｔｙＧＭＬ扩展模型的语言（Ｕｎｉｆｉｅｄ邋Ｍｏｄｅｌｉｎｇ邋Ｌａｎｇｕａｇｅ，邋ＵＭＬ）类图，并导出扩展后的Ｓｃｈｅｍａ．ｘｓｄ）。最后对需要转换的模型进行语义映射和几何重构，生成符合ＣｉｔｙＧＤ４标准的语义丰富的三维建筑物模型。逡逑１．４本文组织结构逡逑根据研究目标和主要研究内容，本文的章节信息和内容安排如下：逡逑８逡逑

几何表达,表达方式,对象,实体要素

ＩＦＣ中使用要素类来描述一个建筑物的构件和构件之间的关系，使用类中的属逡逑性来描述建筑物的构件属性信息，包括建筑物的历史信息、建筑物的进度、建筑逡逑物的所有者等［４４］。图２－２［２Ｔｌ描述了邋ＩＦＣ标准中的建筑实体以及他们之间的关系，逡逑ＩｆｃＯｂｊｅｃｔ是所有其他实体的基类，可以通过递归分解从其他ＩｆｃＯｂｊｅｃｔ中获取逡逑ＩｆｃＯｂｊｅｃｔ及其包含的所有子类。ＩＦＣ模型中房间内部多个要素组成了房间，多个房逡逑间组成了楼层，多个楼层组成了建筑物，这种建筑构件的组织方式是树状结构逡逑的。除了定义的建筑物实体要素外，ＩＦＣ中还定义了大量表示实体要素间关联关系逡逑的类型以及中间类型，例如，关联关系类型ＩｆｃＲｅｌＣｏｎｔａｉｎｅｄｌｎＳｐａｔｉａｌＳｔｍｃｔｕｒｅ用来逡逑描述某一建筑构件是否是建筑物的一部分［４５１，ＩｆｃＯｐｅｎｉｎｇＥｌｅｍｅｎｔ作为ＩｆｃＷａｌｌ和逡逑ＩｆｃＤｏｏｒ之间的中间要素，表示墙面包含开口，而门要素又在该开口中。逡逑１１逡逑

语义要素,幕墙,构件,横梁

逑图２－２邋ＩＦＣ模型语义要素逡逑图２－２描述了邋ＩＦＣ标准中丰富的要素类信息，首先从图中可以看出大量建筑物逡逑的构件要素，如邋ＩｆｃＷａｌｌ（墙）、ＩｆｃＣｕｒｔａｉｎＷａｉｌ（幕墙）、ＩｆｃＢｅａｍ（横梁）、ＩｆｃＤｏｏｒ（门）、逡逑ＩｆｃＳＩａｂ（平板）、ＩｆｃＲａｌｉｎｇ（天花板）等类都继承自类ＩｆｃＢｕｉｌｄｉｎｇＥｌｅｍｅｎｔ，它是这些建筑逡逑构件要素类的父类。ＩｆｃＯｐｅｎｉｎｇＥｌｅｍｅｎｔ表示开口要素，是ＩｆｃＷａｌｌ和ＩｆｃＷｉｎｄｏｗ的逡逑中间要素，定义了要素类之间的包含关系。ＩｆｃＢｕｉｌｄｉｎｇＥｌｅｍｅｎｔ和ＩｆｃＯｐｅｎｉｎｇＥｌｅｍｅｎｔ逡逑都继承自邋ＩｆｃＥｌｅｍｅｎｔ，而邋ＩｆｃＥｌｅｍｅｎｔ邋通过邋ＩｆｃＲｅｌＡｇｇｒｅｇａｔｅｓ邋类型和逡逑ＩｆｃＳｐａｔｉａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｌｅｍｅｎｔ邋进行连接。类邋ＩｆｃＳｐａｔｉａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｌｅｍｅｎｔ邋在邋ＩＦＣ邋中是用于逡逑表示空间结构的，其子类包括ＩｆｃＰｒｏｊｅｃｔ（项目工程）、ＩｆｃＳｉｔｅ（场地）、ＩｆｃＢｕｉｌｄｉｎｇ（建筑逡逑物）、ＩｆｃＢｕｉｌｄｉｎｇＳｔｏｒｅｙ（建筑物的楼层）、ＩｆｃＳｐａｃｅ（建筑空间），这些空间要素之间又通逡逑过ＩｆｃＲｅｌＡｇｇｒｅｇａｔｅｓ类进行连接。逡逑２．２邋ＣｉｔｙＧＭＬ邋标准逡逑ＣｉｔｙＧＭＬ是基于ＸＭＬ模式的三维城市虚拟模型交换和存储的数据格式。作为逡逑开放数据模型的代表

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