CN114387404A - 基于语义映射的bim与gis建筑数据融合方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像数据处理技术领域，本发明公开了基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法及系统，其中所述方法包括：建立语义规则；将IFC标准的BIM文件转换为IFC模型的网络本体语言OWL；基于所述语义规则，将IFC模型的网络本体语言OWL映射为CityGML OWL本体文件；将CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件。利用IFC文件转换成网络本体语言OWL，通过手动构建规则进行推理，转换生成CityGML文件，在一定的程度上解决了IFC向CityGML转换过程中数据大量丢失的问题。

Description

基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法及系统

技术领域

本发明涉及图像数据处理技术领域，特别是涉及基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着“智慧城市”这一理念的提出，建筑信息模型（Building InformationModule，简称BIM）和地理信息系统(geographic information system，简称GIS)的融合方法研究受到大家广泛的关注。BIM是基于三维数字技术的数据模型，优点是具有高精度、参数化特征和详尽的语义信息，缺点是没有周围地理信息的描述，涵盖空间范围有限且空间分析能力相对微观。GIS是城市建设和管理的重要手段，优点是能够充分呈现出建筑物的空间结构与周边地理环境的相互关系，可以扩大存储范围实现三维地理空间数据从微观到宏观的存储，缺点是仅仅为了做到精准的模型尺寸和数字化复现虚拟场景，而忽略了建筑物室内和其组成构建的管理。因此为了更精细化的实现城市管理，将BIM与GIS融合以弥补各自缺陷同时更好地发挥各自的优势。

BIM与GIS融合包括多种方法，国内主要采用基于软件平台的方法融合BIM与GIS，即利用BIM软件建立三维模型，在GIS平台上搭建三维可视化系统。包括以下几个平台：Google Earth、Skyline、ArcGIS、Surper Map等，国外许多学者尝试从IFC与CityGML标准出发融合BIM与GIS。A-H.Hor将BIM和GIS技术的优势结合到一个名为“IGIM”的集成模型中；M.EI-Mekawy通过设计中间模型（UBM），将IFC和CityGML合并到中间模型中，有助于IFC和CityGML本体之间的正式映射，从而允许它们之间的双向转换，但是该模型存在大量信息难以转换成符合CityGML标准的GIS模型。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法及系统；利用IFC文件转换成网络本体语言OWL，通过手动构建规则进行推理，转换生成CityGML文件，在一定的程度上解决了IFC向CityGML转换过程中数据大量丢失的问题。

第一方面，本发明提供了基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法；

基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，包括：

建立语义规则；

将IFC标准的BIM文件转换为IFC模型的网络本体语言OWL；

基于所述语义规则，将IFC模型的网络本体语言OWL映射为CityGML OWL本体文件；

将CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件。

第二方面，本发明提供了基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合系统；

基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合系统，包括：

规则建立模块，其被配置为：建立语义规则；

文件转换模块，其被配置为：将IFC标准的BIM文件转换为IFC模型的网络本体语言OWL；

映射模块，其被配置为：基于所述语义规则，将IFC模型的网络本体语言OWL映射为CityGML OWL本体文件；

生成模块，其被配置为：将CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明建立了详尽的语义规则，包括IFC模型转换为CityGMLLOD0-LOD4模型的共有规则和IFC模型分别转换为CityGMLLOD0、LOD1、LOD2、LOD3、LOD4模型的规则，实现了IFC 4x1模型向CityGML 2.0模型的转换，减少了语义的丢失，提高了行业信息化能力。

（2）本发明采用网络本体语言OWL作为IFC模型向CityGML模型的转换的中介，OWL弥补了RDFS（RDF Schema）的不足，运用人工智能（Artificial intelligence，简称AI）中的逻辑来赋予语义，支持多种形式的推理。在表达概念的语义灵活性、Web内容的机器可理解性等方面OWL比早前的XML、RDF、RDF-S等语言都要强。在OWL之上，W3C还定义了规则互换格式（Rule Interchange Format，简称RIF）和SWRL（Semantic Web Rule Language）来辅助推理。

（3）在IFC模型的OWL语言向CityGML模型的OWL语言映射的过程中，分别从实体、外观属性、建筑属性三个方面进行语义映射，解决了IFC向CityGML转换过程中数据大量丢失的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是IFC文件转换为CityGML文件流程图；

图2是IFC文件可视化展示；

图3是扫描体转换成边界表面AA'C'C示意图；

图4是IFC模型生成CityGML LOD0模型示意图；

图5是IFC模型生成CityGML LOD1模型示意图；

图6是IFC模型生成CityGML LOD2模型示意图；

图7是IFC模型生成CityGML LOD3模型示意图；

图8是IFC模型生成CityGML LOD4模型示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例所有数据的获取都在符合法律法规和用户同意的基础上，对数据的合法应用。

术语解释：

BIM，表示建筑信息模型(Building Information Modeling)，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。

GIS，表示地理信息系统(Geographic Information System或 Geo-Informationsystem)有时又称为"地学信息系统"。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

IFC，表示工业基础类（Industry Foundation Classes），是BIM领域广泛应用的标准，是BuildingSMART于1994年发起的基于EXPRESS的开放数据标准，可以在建筑施工或设施管理项目的各个参与者之间交换和共享。IFC模型体系结构由四个层次构成，从下到上依次是资源层(Resource Layer)、核心层(Core Layer)、交互层(Interoperability Layer)、领域层(Domain Layer)。

CITYGML，是一种用于虚拟三维城市模型数据交换与存储的格式，是用以表达三维城市模板的通用数据模型。它是一种语义丰富的数据标准，支持城市对象的五层细节建模。在LOD0中，建筑物可以用足迹或屋顶边缘多边形表示。LOD1是一个积木模型，包括带有平屋顶结构的棱柱状建筑。相比之下，LOD2的建筑有不同的屋顶结构和主题不同的边界表面。LOD3表示建筑模型，包括详细的墙壁和屋顶结构，可能包括门窗。LOD4比LOD3增添了建筑物的内部结构。

所述网络本体语言OWL，是指提供一种可用于描述网络文档和应用之中所固有的那些类及其之间关系的语言。

实施例一

本实施例提供了基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法；

如图1所示，基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，包括：

S101：建立语义规则；

S102：将IFC标准的BIM文件转换为IFC模型的网络本体语言OWL；

S103：基于所述语义规则，将IFC模型的网络本体语言OWL映射为CityGML OWL本体文件；

S104：将CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件。

进一步地，S101：建立语义规则；具体包括：

S1011：建立所有IFC模型转换为CityGMLLOD0-LOD4模型的共有规则；

S1012：建立IFC模型转换为CityGML LOD0、CityGML LOD1模型的规则；

S1013：建立IFC模型转换为CityGML LOD2模型的规则；

S1014：建立IFC模型转换为CityGML LOD3模型的规则；

S1015：建立IFC模型转换为CityGML LOD4模型的规则。

进一步地，所述S1011：建立所有IFC模型转换为CityGMLLOD0-LOD4模型的共有规则；具体包括：

S10111：将IFC实体的漫射颜色DiffuseColour属性映射到CityGML实体的DiffuseColour属性；

S10112：将IFC实体的环境色彩强度ambientIntensity属性映射到CityGML实体的ambientIntensity属性；

S10113：将IFC实体的高光颜色specularColor属性映射到CityGML实体的SpecularColour属性；

S10114：将IFC实体的透明度transparency属性映射到CityGML实体的Transparency属性；

S10115：将IFC实体的颜色RGB数值IfccolourRgb属性映射到CityGML实体的表面颜色bordercolor属性。

进一步地，所述S1012：建立IFC模型转换为CityGML LOD0、CityGML LOD1模型的规则；具体包括：

S10121：将IFC实体建筑物IfcBuilding的GlobalID映射到CityGML实体建筑物Building和建筑物部分BuildingPart；其中，Building的id为GlobalID_1、BuildingPart的id为GlobalID_2；

S10122：将IFC实体IfcBuilding的Pset_BuildingCommon属性映射到CityGML实体Building、BuildingPart的建设年限yearOfConstruction、拆除年限yearOfDemolition属性；

S10123：将IFC实体IfcBuilding的IfcPropertySingleValue属性映射到CityGML实体Building、BuildingPart的地上层数storeysAboveGround 、地下层数storeysBelowGround属性；

S10124：将IFC实体IfcBuilding的高度Elevation属性映射到CityGML实体Building、BuildingPart的地上层高storeyHeightsAboveGround 、地下层高storeyHeightsBelowGround属性；

S10125：将IFC实体IfcBuilding的建筑地址BuildingAdress属性映射到CityGML实体Building、BuildingPart的地址address属性。

进一步地，所述S1013：建立IFC模型转换为CityGML LOD2模型的规则；具体包括：

S10131：将IFC实体墙IfcWall、幕墙IfcCurtainWall、构件IfcMember的唯一标识GlobalID映射到CityGML实体墙面WallSurface；其中，CityGML实体WallSurface的id为GlobalID_1；

S10132：将IFC实体覆盖物IfcCovering的GlobalID映射到CityGML实体外地板表面OuterFloorSurface、WallSurface、外天棚表面OuterCeilingSurface和屋顶表面RoofSurface；

其中，OuterFloorSurface的id为GlobalID_1，WallSurface的id为GlobalID_2，OuterCeilingSurface的id为GlobalID_3和RoofSurface的id为GlobalID_4；

S10133：将IFC实体地板IfcSlab的GlobalID映射到CityGML实体WallSurface、OuterFloorSurface、OuterCeilingSurface和RoofSurface；

其中，WallSurface的id为GlobalID_1、OuterFloorSurface的id为GlobalID_2、OuterCeilingSurface的id为GlobalID_3和RoofSurface的id为GlobalID_4；

S10134：将IFC实体梁IfcBeam、柱IfcColumn、楼梯IfcStair、栏杆IfcRailing、斜坡IfcRamp、斜坡楼梯IfcRampFlight、楼梯IfcStairFlight、桩IfcPile的GlobalID映射到CityGML实体建筑设备BuildingInstallation；其中，BuildingInstallation的id为GlobalID_1；

S10135：将IFC实体屋顶IfcRoof的GlobalID映射到CityGML实体RoofSurface；其中，RoofSurface的id为GlobalID_1；

S10136：将IFC实体空间IfcSpace的GlobalID映射到CityGML实体闭包表面ClosureSurface；其中，ClosureSurface的id为GlobalID_1；

S10137：将IFC实体地面基础IfcFooting的GlobalID映射到CityGML实体OuterFloorSurface、WallSurface和地面GroudSurface；

其中，OuterFloorSurface的id为GlobalID_1，WallSurface的id为GlobalID_2，GroudSurface的id为GlobalID_3；

S10138：将IFC实体IfcColumn、IfcStair、IfcStairFlight、IfcRailing、IfcRamp、IfcRampFlight、IfcPile的BoundedBy属性映射到CityGML BuildingInstallation实体的boundedBy属性。

进一步地，所述S1014：建立IFC模型转换为CityGML LOD3模型的规则；具体包括：

S10141：将IFC实体窗户IfcWindow的GlobalID映射到CityGML实体窗户Window；Window的id为GlobalID_1；

S10142：将IFC实体门IfcDoor的GlobalID映射到CityGML实体门Door；Door的id为GlobalID_1；

S10143：将IFC实体IfcWall、IfcCovering、IfcSlab、IfcCurtainWall、IfcPlate、IfcRoof、IfcSpace、IfcMember、IfcFooting的开口hasOpenings属性，映射到CityGML实体AbstractBoundarySurface的开口opening属性；

S10144：将IFC实体IfcWindow和IfcDoor的填满空间FillsVoids属性，映射到CityGML实体抽象界面AbstractBoundarySurface的Opening属性。

进一步地，所述S1015：建立IFC模型转换为CityGML LOD4模型的规则；具体包括：

S10151：将IFC实体IfcWall、IfcCurtainWall、IfcMember的GlobalID映射到CityGML实体内墙面InteriorWallSurface；其中，InteriorWallSurface的id为GlobalID_2；

S10152：将IFC实体IfcCovering的GlobalID映射到CityGML实体FloorSurface、InteriorWallSurface、天棚表面CeilingSurface；其中，FloorSurface的id为GlobalID_5、InteriorWallSurface的id为GlobalID_6、CeilingSurface的id为GlobalID_7；

S10153：将IFC实体IfcSlab的GlobalID映射到CityGML实体InteriorWallSurface、FloorSurface和CeilingSurface；

其中，InteriorWallSurface的id为GlobalID_5、FloorSurface的id为GlobalID_6、CeilingSurface的id为GlobalID_7；

S10154：将IFC实体IfcSpace的GlobalID映射到CityGML实体房间Room；Room的id为GlobalID_2；

S10155：将IFC实体IfcFooting的GlobalID映射到CityGML实体FloorSurface、InteriorWallSurface；其中，FloorSurface的id为GlobalID_4、InteriorWallSurface的id为GlobalID_5；

S10156：将IFC实体家具IfcFurniture的GlobalID映射到CityGML实体建筑物家具BuildingFurniture；BuildingFurniture的id为GlobalID_1；

S10157：将IFC实体建筑元素代理IfcBuildingElementProxy的GlobalID映射到CityGML实体建筑内部设备IntBuildingInstallation；IntBuildingInstallation的id为GlobalID_1；

S10158：将IFC实体IfcSpace的BoundedBy属性映射到CityGML实体Room的BoundedBy属性；

S10159：将IFC实体IfcSpace的ContainsElements属性映射到CityGML实体Room的内部家具interiorFurniture和房间设备roomInstallation属性。

进一步地，所述S102：将IFC标准的BIM文件转换为IFC模型的网络本体语言OWL；具体包括：

将IFC标准的BIM文件，转换为RDF格式；

将转换后的RDF格式通过RDF2RDF转换成OWL格式，其中RDF2RDF是一个将RDF文件转换为任何格式的JAVA工具。

其中，将IFC标准的BIM文件，通过IFCtoRDF转换为RDF格式；IFCtoRDF是一个将IFC转换为RDF的JAVA工具，它可以将.IFC后缀的文件转换为.TTL。

IFC文件可视化图如图2所示。

应理解地，IFCtoRDF提供了一个将IFC转化为RDF的工具，本发明使用IFC4×1的IFC格式。

进一步地，所述S103：基于所述语义规则，将IFC模型的网络本体语言OWL映射为CityGML OWL本体文件；具体包括：

S1031：基于所述语义规则，实现IFC模型分别到CityGML LOD0模型、CityGML LOD1模型、CityGML LOD2模型、CityGML LOD3模型和CityGML LOD4模型的实体映射；

S1032：基于所述语义规则，实现IFC模型分别到CityGML LOD0模型、CityGML LOD1模型、CityGML LOD2模型、CityGML LOD3模型和CityGML LOD4模型的外观属性映射；

S1033：基于所述语义规则，实现IFC模型分别到CityGML LOD0模型、CityGML LOD1模型、CityGML LOD2模型、CityGML LOD3模型和CityGML LOD4模型的建筑属性映射。

示例性地，所述S1031：基于所述语义规则，实现IFC模型分别到CityGML LOD0模型、CityGML LOD1模型、CityGML LOD2模型、CityGML LOD3模型和CityGML LOD4模型的实体映射；具体包括：

如图2所示，根据CityGML2.0标准的实体，利用倒推的方式寻找与之对应的IFC的实体，由于高层次的实体包含低层次的所有实体，下表介绍只解释较上一层增添实体的具体映射。表1 IFC的实体到CityGML LOD0、LOD1实体的映射；表2 IFC的实体到CityGML LOD2实体的映射；表3 IFC的实体到CityGML LOD3实体的映射；表4 IFC的实体到CityGML LOD4实体的映射。

表1：IFC的实体到CityGML LOD0、LOD1实体的映射

表2：IFC的实体到CityGML LOD2实体的映射

表3：IFC的实体到CityGML LOD3实体的映射

表4：IFC的实体到CityGML LOD4实体的映射

示例性地，所述S1032：基于所述语义规则，实现IFC模型分别到CityGML LOD0模型、CityGML LOD1模型、CityGML LOD2模型、CityGML LOD3模型和CityGML LOD4模型的外观属性映射；具体包括：

外观是CityGML特征之一，即特征表面的可观察属性。外观并不局限于视觉数据，而是代表了称为主题的任意类别，如红外辐射、噪音污染或地震引起的结构应力。对于特定的主题，每个LOD都可以有一个单独的外观。一个外观由每个表面几何对象的数据组成，即表面数据。一个表面几何对象可能具有多个主题的表面数据。类似地，表面数据可以由多个表面几何对象共享。表面数据值可以是一个表面上的常量，也可以取决于表面内的确切位置。它与IFC的对应关系如表5所示。

表5：CityGML外观模型属性与IFC属性对应关系

CityGML外观模型属性与IFC属性对应关系中存在的规则：

（1）ambientIntensity指定环境光发射强度。光强范围从0.0(无光发射)到1.0(全光强度)。CityGML的emissiveColor属性可以由ifc中ambientIntensity属性直接映射得到；

（2）DiffuseColor定义了漫反射光的颜色，CityGML的DiffuseColour属性的RGB值的可以由ifc中DiffuseColour属性的RGN值直接映射得到；

（3）specularColor定义了定向反射的颜色。发射色是由表面产生的光的颜色。所有颜色都使用RGB值，即介于0和1之间的红、绿、蓝。CityGML的SpecularColour属性的RGB值可以由ifc中SpecularColour属性的RGB值直接映射得到；

（4）transparency透明度是使用透明元素单独定义的，其中0代表完全不透明，1代表完全透明。CityGML的Transparency属性可以由ifc中Transparency属性直接映射得到；

（5）Citygml的bordercolor 指的是指定纹理未覆盖的表面部分的颜色，三个数值分别由IfccolourRgb的Red、Green、Blue的值映射得到。

进一步地，所述S1033：基于所述语义规则，实现IFC模型分别到CityGML LOD0模型、CityGML LOD1模型、CityGML LOD2模型、CityGML LOD3模型和CityGML LOD4模型的建筑属性映射；具体包括：

S10331：实现IFC独立坐标系到CityGML世界坐标系转换；

S10332：将IFC扫描体和构造实体几何转换成CityGML边界几何形式；

S10333：实现IFC模型到CityGML LOD0、CityGML LOD1、CityGML LOD2、CityGMLLOD3和CityGML LOD4模型的映射。

示例性地，所述S10331：实现IFC独立坐标系到CityGML世界坐标系转换；具体包括：

IFC模型采用独立坐标系，通过相对坐标的方式表达对象间的相对位置关系，确保每个建筑组件都是唯一定义的。CityGML采用的是世界坐标系，所有对象的坐标都是世界坐标。因此要想完成BIM与GIS的融合，必须将独立坐标系转换为世界坐标系，转换公式如下：

；（1）

其中，向量C代表CityGML中的坐标，向量I代表IFC中的坐标，通过IFC中给定的独立坐标的原点以及坐标轴的方向，便可计算出坐标系的旋转矩阵M以及坐标原点的平移量

，IFC文件中定义了旋转矩阵M与平移量

。

旋转矩阵的公式下所示：

（2）

示例性地，S10332：将IFC扫描体和构造实体几何转换成CityGML边界几何形式；具体包括：

在几何表达上，IFC通常有三种表达形式，边界几何，扫描体和构造实体几何。边界几何（B-Rep）的构造原理是边界描述物体，即实体通过边界围成的封闭空间表示，实质为面的集合。扫描体（Swept Solid）是由二维轮廓和路径定义的实体，实体的三维表达可以通过二维平面轮廓在规定路径上移动来构造。构造实体几何(Constructive Solid Geometry,简称CSG)是由一种或多种基于原始几何实体的布尔运算生成实体的方法。而CityGML仅采用边界几何一种表达方式，因此扫描体和构造实体几何需要通过横截面的坐标以及扫描方向生成边界几何。

IFC扫描体转换CityGML边界几何模型，如生成多边形AA'C'C，则首先提取线段AC端点坐标，

，

，扫描向量

,线段AC经扫描向量V扫描后，形成A'C',其扫过的面，则成为边界表面AA'C'C，AA'C'C示意图如图3所示。A'、C'坐标表示如下所示：

；（3）

当扫描线为曲线的时候，IFC中用n个连接点表示，曲线CURVE公式如下所示：

；（4）

定义为点

上的切向量，

的计算公式如下所示：

；（5）

转换公式如下所示：

；（6）

其中，A为扫描点；

为扫描生成点；N为包含有扫描曲线的面的法线。

扫描体通常在局部坐标系中定义，因此要想从局部坐标系转换为全局坐标系，需要旋转坐标系，公式(6)定义了旋转矩阵转换公式，其中

是定义的局部坐标系的向量，

是局部坐标系的原点。

(7)

局部坐标系中的实体对象

转换到全局坐标系中的对应点

，转换公式如下所示：

(8)

IFC构造实体几何转换CityGML边界几何模型，使用开源的计算几何库VTK将CSG转换为BRep。

由于高层次的实体属性包含低层次的所有实体属性，下面介绍只解释较上一层增添属性的具体映射。

进一步地，所述S10333：实现IFC模型的到CityGML LOD0、CityGML LOD1、CityGMLLOD2、CityGML LOD3和CityGML LOD4模型的属性映射；具体包括：

S103331：实现IFC模型到CityGML LOD0和CityGML LOD1模型的属性映射；

S103332：实现IFC模型到CityGML LOD2模型的属性映射；

S103333：实现IFC模型到CityGML LOD3模型的属性映射；

S103334：实现IFC模型到CityGML LOD4模型的属性映射。

进一步地，所述S103331：实现IFC模型到CityGML LOD0和CityGML LOD1模型的属性映射；具体包括：

S103331：首先获取IfcBuilding的GlobalID，识别出IFC文件中表示标识符为FootPrint的实体IfcGeometricRepresentationSubContext，查找该实体的对应实体IfcShapeRepresentation、IfcPolyline和IfcCartesianPoint，解析出footprint的每一个点；

S103332：识别Ifc文件中的实体IfcBuildingStorey以及它的属性Elevation（楼层的标高），从而获取到每个楼层的高度。

S103333：已知建筑足迹的坐标与每个楼层的高度，将每个楼层的足迹进行线性拉伸（将二维楼层脚印转换为三维拉伸实体），其中拉伸轴指向z轴的方向，最终得到每个楼层的三维立体几何图形。组成Building，id为GlobalID_1、BuildingPart，id为GlobalID_2；

S103334：根据S103331- S103333得到的每个楼层的三维立体几何图形，通过足迹坐标与楼层高度计算得出每个三位立体几何图形的八个坐标点；

S103335：查找Ifc文件中查找属性名为Pset_BuildingCommon的实体IfcPropertySet，及其该属性对应的Ifc语句的序号。

S103336：IfcRoof的PredefinedType与Citygml的roofType相互映射；

S103337：识别出Ifc文件中的实体IfcPropertySingleValue及其及取值为NumberOfStoreys的属性，提取出IfcInteger内的数字，该数字为整栋建筑的楼层。

统计识别Ifc文件中的实体IfcBuildingStorey中的标高属性Elevation的正负值来判断该楼层的位置，若Elevation的取值为正值，则该楼层判断为地上楼层。

统计标高Elevation为正值的实体IfcBuildingStorey个数即为位于地面以上的楼层数。统计标高Elevation为负值的实体IfcBuildingStorey个数即为位于地面以下的楼层数。

S103338：识别Ifc文件中的实体IfcBuildingStorey以及它的属性Elevation（楼层的标高），从而获取到每个楼层的标高。

查找地上第一个楼层，获取属性Elevation的值，得到该楼层的楼层高度，得到CityGML属性storeyHeightsAboveGround中的第一个值，即离地面最近的楼层高度。

查找地上最高楼层与次高楼层，获取属性Elevation的值，得到这两个楼层的楼层标高，最高楼层的标高减去次高楼层的标高得到最高楼层的高度，得到CityGML属性storeyHeightsAboveGround中的第二个值，即离地面最远的楼层高度。

S103339：识别出Ifc文件中的实体IfcBuilding及其对应属性BuildingAddress，BuildingAddress的取值类型为实体IfcPostalAddress，根据属性BuildingAddress的取值与CityGML中address的取值进行语义层面的映射。

示例性地，所述S103335：查找Ifc文件中查找属性名为Pset_BuildingCommon的实体IfcPropertySet（如下例a所示），及其该属性对应的Ifc语句的序号（该序号对应的Ifc实体为是IfcPropertySingleValue）；具体包括：

示例a：

根据查找到的Ifc语句的序号，查找属性名为yearOfConstruction和YearOfLastRefurbishment的IfcPropertySingleValue实体，提取出该实体中类型为IfcLabel的数据的内容，该内容即为建筑的建造年份和的翻修或重建年份。

将从Ifc文件中提取到的该建筑物的建造年份与CityGML文件中yearOfConstruction、yearOfDemolition属性进行语义映射，将与Ifc文件中提取到的建造年份值代入CityGML文件的<bldg:yearOfConstruction>、<bldg:yearOfDemolition>中。

进一步地，所述S103332：实现IFC模型到CityGML LOD2模型的属性映射；具体包括：

S1033321：获取IFC实体的GlobalID，通过解析出IFC实体的离散的顶点坐标，连接顶点生成面片，构成其映射的CityGML实体；

S1033322：CityGML BuildingInstallation实体的boundedBy属性对应IFCIfcBeam、IfcColumn、IfcStair、IfcStairFlight、IfcRailing、IfcRamp、IfcRampFlight、IfcPile实体的BoundedBy属性。

BoundedBy:该集合根据物理或虚拟边界定义了该空间的物理或虚拟边界。

进一步地，所述S1033322：CityGML BuildingInstallation实体的boundedBy属性对应IFC IfcBeam、IfcColumn、IfcStair、IfcStairFlight、IfcRailing、IfcRamp、IfcRampFlight、IfcPile实体的BoundedBy属性；具体包括：

首先判断IfcBeam、IfcColumn、IfcStair、IfcRailing、IfcRamp、IfcRampFlight、IfcStairFlight、IfcPile实体是否有BoundedBy属性：

如果有BoundedBy属性，查看该Ifc实体和对应IfcBoundrySurface的GlobalID，遍历IfcBoundrySurface的GlobalID，看是否有相同的GlobalID：若有相同的GlobalID，查找到该Ifc实体转换成BuildingInstallation的id_1和IfcBoundrySurface转换成AbstractBoundrySurface的id_2，将id_1的BuildingInstallation的BoundedBy属性与id_2的AbstractBoundrySurface相连接；若没有相同的GlobalID，则id_1的BuildingInstallation的BoundedBy属性不变；

如果没有BoundedBy属性，则id_1的BuildingInstallation的BoundedBy属性不变。

进一步地，所述S103333：实现IFC模型到CityGML LOD3模型的属性映射；具体包括：

S1033331：获取IFC实体的GlobalID，通过解析出IFC实体的离散的顶点坐标，连接顶点生成面片，构成其映射的CityGML实体；

S1033332：IfcWall、IfcCovering、IfcSlab、IfcCurtainWall、IfcPlate、IfcRoof、IfcSpace、IfcMember、IfcFootingIFC实体的hasOpenings属性，映射到对应AbstractBoundarySurface实体的opening属性；

S1033333：IfcWindow和IfcDoor的FillsVoids属性，映射到对应AbstractBoundarySurface的Opening属性；其中，FillsVoids属性表示将元素作为填充放到另一个元素中创建的开口中。

进一步地，所述S1033332：IfcWall、IfcCovering、IfcSlab、IfcCurtainWall、IfcPlate、IfcRoof、IfcSpace、IfcMember、IfcFootingIFC实体的hasOpenings属性，映射到对应AbstractBoundarySurface实体的opening属性；具体包括：

首先查看该IFC实体是否有hasOpenings属性：

如果有，查看该Ifc实体和对应IfcOpeningElement的GlobalID，遍历IfcOpeningElement的GlobalID，看是否有相同的GlobalID：若有，查找到该Ifc实体转换成AbstractBoundarySurface的id_1和IfcOpeningElement转换成AbstractOpening的id_2，将id_1的AbstractBoundarySurface的openings属性与id_2的AbstractOpening相连接。若无，则id_1的AbstractBoundarySurface的openings属性不变。

如果没有，则id_1的AbstractBoundarySurface的openings属性不变。

进一步地，所述S1033333：IfcWindow和IfcDoor的FillsVoids属性，映射到对应AbstractBoundarySurface的Opening属性；具体包括：

查看IfcWindow、IfcDoor是否有FillsVoids属性：

如果有FillsVoids属性，查看IfcWindow和IfcDoor和对应IfcBoundrySurface的GlobalID，遍历IfcBoundrySurface的GlobalID，看是否有相同的GlobalID：若有相同的GlobalID，查找到该IfcWindow和IfcDoor转换成Window的id_1、Door的id_2和IfcBoundrySurface转换成AbstractBoundrySurface的id_3，将该id_3的AbstractBoundrySurface的openings属性与id_1的Window、id_2的Door相连接。若没有相同的GlobalID，则id_3的AbstractBoundrySurface的openings属性不变。

如果没有FillsVoids属性，则id_3的AbstractBoundrySurface的openings属性不变。

进一步地，所述S103334：实现IFC模型到CityGML LOD4模型的属性映射；具体包括：

S1033341：获取IFC实体的GlobalID，通过解析出IFC实体的离散的顶点坐标，连接顶点生成面片，构成其映射的CityGML实体；

S1033342：将IfcSpace的BoundedBy属性映射到CityGML Room的BoundedBy属性；boundedBy:该集合根据物理或虚拟边界定义了该空间的物理或虚拟边界；

S1033343：将IfcSpace的ContainsElements属性映射到CityGML Room的interiorFurniture和roomInstallation属性。ContainsElements:一组空间容纳关系。

进一步地，所述S1033342：将IfcSpace的BoundedBy属性映射到CityGML Room的BoundedBy属性；具体包括：

首先判断IfcSpace 实体是否有BoundedBy属性：

如果有BoundedBy属性，查看IfcSpace和对应IfcBoundrySurface的GlobalID，遍历IfcBoundrySurface的GlobalID，看是否有相同的GlobalID：若有相同的GlobalID，查找到该IfcSpace转换成room的id_1和IfcBoundrySurface转换成AbstractBoundrySurface的id_2，将id_1的room的interiorFurniture属性与id_2的AbstractBoundrySurface相连接；若没有相同的GlobalID，则id_1的room的BoundedBy属性不变；

如果没有BoundedBy属性，则id_1的room的BoundedBy属性不变。

进一步地，所述S1033343：将IfcSpace的ContainsElements属性映射到CityGMLRoom的interiorFurniture和roomInstallation属性；具体包括：

判断IfcSpace 实体是否有ContainsElements属性：

如果有ContainsElements属性，查看IfcSpace和对应IfcFurniture、IfcBuildingElementProxy的GlobalID，遍历IfcFurniture、IfcBuildingElementProxy的GlobalID，看是否有相同的GlobalID：若有相同的GlobalID，查找到该IfcSpace转换成room的id_1、IfcFurniture转换成BuildingFurniture的id_2和IfcBuildingElementProxy转换成IntBuildingInstallation的id_3，将id_1的room的interiorFurniture属性与id_2的BuildingFurniture相连接，将id_1的room的roomInstallation属性与id_3的IntBuildingInstallation相连接。若没有相同的GlobalID，则id_1的room的interiorFurniture和roomInstallation属性不变。

如果没有ContainsElements属性，则id_1的room的interiorFurniture和roomInstallation属性不变。

进一步地，所述S104：将CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件；具体包括：

在得到基于规则推理的CityGML标准的OWL本体文件后，通过Java中的citygml4j库将其转换为LOD0~LOD4不同细节下、后缀名为.gml的CityGML文件。

其中，citygml4j是一个开源Java类库和API，用于促进CityGML的工作。citygml4j使读取、处理和编写CityGML数据集以及开发CityGML感知软件应用程序变得容易。

图2所示IFC模型转换生成CityGML LOD0、LOD1、LOD2、LOD3、LOD4模型可视化结果图分别为图4、图5、图6、图7、图8所示。

将IFC模型映射为CityGML LOD0-LOD4模型。在LOD0中，建筑物可以用足迹或屋顶边缘多边形表示。LOD1是一个著名的积木模型，包括带有平屋顶结构的棱柱状建筑。相比之下，LOD2的建筑有不同的屋顶结构和主题不同的边界表面，LOD2比LOD1多了IfcWall、IfcCovering、IfcSlab、IfcBeam、IfcColumn、IfcStair、IfcStairFlight、IfcRailing、IfcRamp、IfcRampFlight、IfcPile、IfcCurtainWall、IfcPlate、IfcRoof、IfcSpace、IfcMember、IfcFooting等IFC实体的映射。LOD3表示建筑模型，包括详细的墙壁和屋顶结构，可能包括门窗，LOD3比LOD2多了IfcWindow和IfcDoor等IFC实体的映射。LOD4比LOD3增添了建筑物的内部结构，LOD4比LOD3多了IfcBuildingElement和IfcFurniture等IFC实体的映射。CityGML的实体InteriorWallSurface、FloorSurface、CeilingSurface、Room、BuildingFurniture、IntBuildingInstallation只存在于LOD4中。

将生成的CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件。通过Nagle开发的CityGML文件的写入器CityGML4j来完成。

实施例二本实施例提供了基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合系统；

基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合系统，包括：

规则建立模块，其被配置为：建立语义规则；

文件转换模块，其被配置为：将IFC标准的BIM文件转换为IFC模型的网络本体语言OWL；

映射模块，其被配置为：基于所述语义规则，将IFC模型的网络本体语言OWL映射为CityGML OWL本体文件；

生成模块，其被配置为：将CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件。

此处需要说明的是，上述规则建立模块、文件转换模块、映射模块和生成模块对应于实施例一中的步骤S101至S104，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，其特征是，包括：

建立语义规则；

将IFC标准的BIM文件转换为IFC模型的网络本体语言OWL；

基于所述语义规则，将IFC模型的网络本体语言OWL映射为CityGML OWL本体文件；

将CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件。

2.如权利要求1所述的基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，其特征是，建立语义规则；具体包括：建立所有IFC模型转换为CityGMLLOD0~LOD4模型的共有规则；建立IFC模型转换为CityGML LOD0、CityGML LOD1模型的规则；建立IFC模型转换为CityGML LOD2模型的规则；建立IFC模型转换为CityGML LOD3模型的规则；建立IFC模型转换为CityGML LOD4模型的规则。

3.如权利要求2所述的基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，其特征是，建立所有IFC模型转换为CityGMLLOD0~LOD4模型的共有规则；具体包括：将IFC实体的漫射颜色属性、环境色彩强度属性、高光颜色属性、透明度属性、颜色RGB数值属性分别映射到CityGML实体的对应属性上。

4.如权利要求2所述的基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，其特征是，建立IFC模型转换为CityGML LOD0、CityGML LOD1模型的规则；具体包括：将IFC实体建筑物的编号、建设年限、地上层数、地上层高和建筑地址属性映射到CityGML实体的对应属性上。

5.如权利要求2所述的基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，其特征是，建立IFC模型转换为CityGML LOD2模型的规则；具体包括：将IFC实体建筑物的墙、幕墙、构件、覆盖物、地板属性映射到CityGML实体的对应属性上。

6.如权利要求1所述的基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，其特征是，将IFC标准的BIM文件转换为IFC模型的网络本体语言OWL；具体包括：将IFC标准的BIM文件，转换为RDF格式；将转换后的RDF格式通过RDF2RDF转换成OWL格式。

7.如权利要求1所述的基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，其特征是，基于所述语义规则，将IFC模型的网络本体语言OWL映射为CityGML OWL本体文件；具体包括：基于所述语义规则，实现IFC模型分别到CityGML LOD0~CityGML LOD4模型的实体、外观属性和建筑属性映射。

8.如权利要求7所述的基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，其特征是，实现IFC模型分别到CityGML LOD0~CityGML LOD4模型的建筑属性映射；具体包括：实现IFC独立坐标系到CityGML世界坐标系转换；将IFC扫描体和构造实体几何转换成CityGML边界几何形式；实现IFC模型到CityGML LOD0~CityGML LOD4模型的映射。

9.如权利要求1所述的基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合方法，其特征是，将CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件；具体包括：在得到基于规则推理的CityGML标准的OWL本体文件后，通过Java中的citygml4j库将其转换为LOD0~LOD4不同细节下、后缀名为.gml的CityGML文件。

10.基于语义映射的BIM与GIS建筑数据融合系统，其特征是，包括：

规则建立模块，其被配置为：建立语义规则；

文件转换模块，其被配置为：将IFC标准的BIM文件转换为IFC模型的网络本体语言OWL；

映射模块，其被配置为：基于所述语义规则，将IFC模型的网络本体语言OWL映射为CityGML OWL本体文件；

生成模块，其被配置为：将CityGML OWL本体文件转换成CityGML模型标准文件。

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