CN116303732A - 地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像数据处理技术领域，公开了地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法及系统；方法包括构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系；根据映射关系将地理信息系统本体的实例文件，转换成工业基础类本体的实例文件；获取工业基础类模式中实体和类型的定义域规则，将规则中定义的约束条件，转换为形状约束语句；基于约束语句对工业基础类本体的实例文件中的数据进行验证，验证工业基础类本体的实例文件中的数据，是否符合定义域规则中定义的约束条件；将修正后的工业基础类本体的实例文件转换为工业基础类文件并导入建筑信息模型软件。进行全方位精细化的建模，呈现出建筑物的空间结构与周边地理环境的相互关系。

Description

地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法及系统

技术领域

本发明涉及图像数据处理技术领域，特别是涉及地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法及系统。

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。

建筑信息模型(BIM)和地理信息系统(GIS)都涉及环境建模。传统上，BIM建模建筑环境，而GIS建模地理环境。BIM主要是关于建筑工地及其设计和施工的信息，侧重于建筑内部的所有物理元素的建模。GIS用于对更广泛区域的宏观环境进行建模。将地理信息和建筑信息汇集在一起，实现BIM和GIS的数据融合、转换，能够提高两个领域内数据的互操作和简化所有利益相关方的数据重用。将部分GIS数据融合到BIM模型中，能够在建设复杂的大型项目中改变建筑环境的可视化和规划方式，从而更好地做出决策来优化AEC部门的开发设计，从而建立更加强大的、丰富的BIM模型。

发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

目前，GIS与BIM的融合与转换仍然存在许多问题，因为两者使用不同的数据模型，这两种数据模型在语义、几何、细节层次、应用场景等方面存在较大的差异，因此两者之间缺乏互操作性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法及系统；

第一方面，本发明提供了地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法；

地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，包括：

构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系；

根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件，转换成工业基础类本体的实例文件；

获取工业基础类模式中实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束条件，转换为形状约束语句；

基于形状约束语句，对工业基础类本体的实例文件中的数据进行验证，验证工业基础类本体的实例文件中的数据，是否符合定义域规则中定义的约束条件；

对工业基础类本体的实例文件内不符合约束条件的数据进行修正；

将修正后的工业基础类本体的实例文件，转换为工业基础类文件，将工业基础类文件导入建筑信息模型软件。

第二方面，本发明提供了地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证系统；

地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证系统，包括：

构建模块，其被配置为：构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系；

第一转换模块，其被配置为：根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件，转换成工业基础类本体的实例文件；

第二转换模块，其被配置为：获取工业基础类模式中实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束条件，转换为形状约束语句；

验证模块，其被配置为：基于形状约束语句，对工业基础类本体的实例文件中的数据进行验证，验证工业基础类本体的实例文件中的数据，是否符合定义域规则中定义的约束条件；

修正模块，其被配置为：对工业基础类本体的实例文件内不符合约束条件的数据进行修正；

导入模块，其被配置为：将修正后的工业基础类本体的实例文件，转换为工业基础类文件，将工业基础类文件导入建筑信息模型软件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

将建筑物以及周围的一部分地理空间的GIS数据融入到BIM模型中，即获取建筑物以及周围地理环境的城市地理标记语言（CityGML）数据并将其转换为工业基础类（IFC）数据，可以从不同的层次、规模和尺度对建筑以及该建筑四周的设施和景观等进行全方位的、精细化的建模，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。

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为实施例一的方法流程图。

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的说明。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。

当前，BIM与GIS主流的融合方法是将BIM数据导入GIS平台软件，也就是将BIM模型中统一、标准化的IFC标准文件格式转换成GIS软件能够直接读取的三维模型文件格式（OBJ、OSG、CityGML等），从而将BIM模型中的数据添加到GIS模型中作为GIS模型的补充。当前大部分相关研究，均没有考虑到GIS模型中的部分数据也可以导入到BIM软件中为BIM模型提供额外的数据。

对于BIM行业设计师而言，CityGML数据转换为IFC数据导入BIM软件中能为他们提供周边地理环境背景，从而帮助他们解决许多与设计相关的问题。此外，通过添加GIS数据，BIM模型还能够在宏观的城市背景和地理背景下进行管理。目前，上述GIS与BIM的融合与转换仍然存在许多问题，因为两者使用不同的数据模型，这两种数据模型在语义、几何、细节层次、应用场景等方面存在较大的差异，因此两者之间缺乏互操作性。本发明提出的方法将GIS中的CityGML模型转换到BIM中的IFC模型，从而帮助弥合这一差距。

技术术语解释：

工业基础类（IFC）是对建筑环境（包括建筑物和基础设施）的标准化数字描述，是BIM领域内普遍使用的、最全面的数据模型标准，当前许多建筑信息模型软件已经支持IFC文件格式的导入和导出，为建筑设计文件在众多BIM软件和BIM平台之间实现建筑模型信息的传输和交换提供了便利。城市地理标记语言（CityGML）是GIS领域一种用于地理空间数据交换的可扩展通用国际标准，该标准定义了三维城市模型的表示、存储和交换的概念模型和交换格式。当前主流的GIS软件（如ArcGIS等）均支持CityGML文件的导入和导出。CityGML与IFC之间存在重叠部分，IFC中有相当一部分内容在语义上可以直接与CityGML匹配，因此，将CityGML中的部分数据转换到IFC就有了先决条件。

IFC标准定义了建筑、工程和建造（AEC）领域内所涉及的相关术语和概念等，而IFC标准中的数据模型是由EXPRESS语言所定义和开发的。在IFC模式的实体和类型声明中，存在定义域规则（WHERE规则）用于对实体和类型添加约束。在类型声明中可以通过WHERE规则来对自定义数据类型的值进行约束，该约束的返回结果必须为逻辑值TRUE。实体声明内的WHERE规则指定了每个实体实例的单个属性或属性组合的值的约束。与类型声明类似，实体声明中的WHERE规则是一个计算结果为TRUE的表达式。因此对于由IFC本体转换得到的IFC文件，在将IFC文件导入BIM软件之前需要先验证IFC文件中的类型的值和实体实例的单个属性或属性组合的值是否符合IFC模式中实体和类型声明内的WHERE规则中定义的约束，否则BIM软件将无法正确的读取由IFC本体转换得到的IFC文件。

语义网技术具有跨领域共享、重用数据的特性，因此语义网技术可以为BIM和GIS的融合与转换提供一个可以处理异构数据的建模环境，支持跨BIM和GIS知识领域的互操作性、分布式数据的集成并且可以支持使用推理引擎自动推断新的知识。因此通过语义网技术对IFC和CityGML这两个标准的形式化本体建模进行研究，能够实现BIM与GIS的融合与转换。

资源描述框架（RDF）、网络本体语言（OWL）和RDF查询语言SPARQL是重要的语义网技术。资源描述框架（RDF）是一种有向的、标记的图形数据格式，用于知识和信息的表示。资源描述框架（RDF）查询语言SPARQL用于检索和操作以资源描述框架（RDF）格式存储的数据。本体是语义网技术领域的一个重要概念，用于提供特定知识领域的及其可读标准来描述某一个领域的概念以及概念之间的关系，语义网中的网络本体语言（OWL）用于定义描述领域知识的本体的语言。

形状约束语言（SHACL），SHACL作为当前一种验证RDF图的语言用于检查RDF格式的数据集的正确性和完整性。SHACL以RDF模型为基础，是一种基于封闭世界假设（CWA）的语言，因此它能在RDF图上添加约束和限制并且能够基于该约束和限制对RDF数据图进行验证。这种数据约束条件以及对约束目标的声明都是通过SHACL中的结构“形状”来定义的并且RDF数据图中的三元组也是通过形状图来验证。此外SHACL是一种与数据无关的约束建模语言，即不管数据的底层模式如何，只要数据序列化为RDF，就可以使用SHACL验证规则进行一致性检查。

实施例一

本实施例提供了地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法；

如图1所示，地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，包括：

S101：构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系；

S102：根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件，转换成工业基础类本体的实例文件；

S103：获取工业基础类模式中实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束条件，转换为形状约束语句；

S104：基于形状约束语句，对工业基础类本体的实例文件中的数据进行验证，验证工业基础类本体的实例文件中的数据，是否符合定义域规则中定义的约束条件；

S105：对工业基础类本体的实例文件内不符合约束条件的数据进行修正；

S106：将修正后的工业基础类本体的实例文件，转换为工业基础类文件，将工业基础类文件导入建筑信息模型软件。

进一步地，所述S101：构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系，是指根据现有地理信息系统CityGML标准的对应本体OntoCityGML与建筑信息模型IFC标准的对应本体ifcOWL，建立两个本体之间的映射。

进一步地，S101：构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系，具体包括：

根据现有地理信息系统CityGML标准的对应本体OntoCityGML与建筑信息模型IFC标准的对应本体ifcOWL，通过本体对齐算法进行两个本体内的对象之间进行语义匹配。

采用本体对齐算法将两个本体内的每个对象通过向量格式来表示，然后计算对象之间的语义相似度来构成对应关系，其中对应关系包含一对多、多对一或多对多关系。

进一步地，所述S102：根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件转换成工业基础类本体的实例文件，是将CityGML RDF实例文件中部分能够与IFC本体ifcOWL构成映射的数据，转换为IFC本体ifcOWL的RDF实例文件。

进一步地，S102：根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件，转换成工业基础类本体的实例文件，具体包括：

S102-1：使用CityGML文件到资源描述框架RDF的转换工具UD-Graph，将CityGML文件转换为资源描述框架RDF文件；

S102-2：根据所述映射关系，将地理信息系统文件CityGML本体的RDF实例文件，转换为工业基础类本体ifcOWL的RDF实例文件。

进一步地，所述S103：获取工业基础类模式中实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束条件，转换为形状约束语句，是指：

根据IFC模式内实体和类型的定义域规则（WHERE规则），将定义域规则中定义的约束，转换为基于RDF查询语言（SPARQL）的形状约束语句（SHACL语句）。

进一步地，所述S103：获取IFC模式中实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束条件，转换为形状约束语句，是指：

S103-1：根据IFC模式内实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束转换为资源描述框架查询语句（SPARQL语句）；

S103-2：对于IFC模式内存在定义域规则的类型或实体，为类型或实体在IFC本体ifcOWL的RDF实例文件中对应OWL类创建一个形状约束语句（SHACL语句），并将SPARQL语句添加到形状约束语句中。

进一步地，所述S103-1：根据IFC模式内实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束转换为SPARQL语句。应理解地，IFC模式是由EXPRESS语言所定义和开发的，因此首先应总结IFC模式中实体或类型声明内的定义域规则表达式中涉及到的中常用的EXPRESS内部常数、操作符和内部函数到SPARQL约束的转换模式，具体包括：

S103-11：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS内部常数转换为SPARQL语句；

S103-12：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS操作符转换为SPARQL语句；

S103-13：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS内部函数转换为SPARQL语句。

进一步地，所述S103-11：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS内部常数转换为SPARQL语句，包括：

应理解地，因为在IFC模式的实体声明中定义域规则表达式中的内部常数SELF用于引用该实体的实例，而类型声明中定义域规则表达式中的内部常数SELF用于引用该类型值。在当前的buildingSMART官方发布的ifcOWL本体中，IFC模式中的实体实例转换为ifcOWL本体中对应OWL类的实例，类型值被转换为ifcOWL本体中对应OWL类的实例，该实例通过指定的数据属性链接到其实际取值。

因此，将IFC模式的实体声明中定义域规则表达式中的内部常数SELF转换为使用SPARQL语句查询实体对应OWL类的实例；

将IFC模式的类型声明中定义域规则表达式中的内部常数SELF转换为使用SPARQL语句中查询类型对应OWL类的实例，并通过IFC本体ifcOWL文件中与该实例链接的数据属性找到类型实际取值。

进一步地，所述S103-12：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS操作符转换为SPARQL语句，包括：

S103-121：将算数操作符转换为SPARQL语句；

S103-122：将关系操作符转换为SPARQL语句；关系操作符包括：值比较操作符、成员操作符、逻辑操作符和引用操作符。

进一步地，S103-121：将算数操作符转换为SPARQL语句，包括：

IFC模式内实体或类型声明定义域规则表达式中的算术运算符包括加法、减法、乘法、除法和模运算(MOD)。

将四个算术运算符转换成SPARQL中相同的算术运算符，但在SPARQL中没有与模运算(MOD)对应的运算符。因此，根据式（1）来使用SPARQL语句实现模运算：

(1)

其中，

和/>

表示模运算的操作数，/>

表示模运算，/>

表示精确除法。

在EXPRESS中，模运算和整数除法运算都要求：如果两个操作数中有一个是实数，则在操作前丢弃小数部分，以保留整数部分，通过在SPARQL中强制操作数为整数类型来实现这一过程。

进一步地，所述S103-122：将关系操作符转换为SPARQL语句；关系操作符包括：值比较操作符、成员操作符、逻辑操作符和引用操作符，包括：

S103-1221：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS值比较操作符，转换为SPARQL语句；

S103-1222：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS成员操作符转换为SPARQL语句；

S103-1223：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS逻辑操作符转换为SPARQL语句；

S103-1224：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS引用操作符转换为SPARQL语句。

进一步地，所述S103-1221：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS值比较操作符，转换为SPARQL语句，包括：

EXPRESS中的值比较运算符可以应用于数字、逻辑、字符串和其他操作数，在SPARQL查询语言中同样也定义了对应的值比较操作符，因此在表1中列出了定义域规则中出现的值比较操作符以及它们转换后在SPARQL中对应的操作符。

表1：值比较操作符的转换模式

。

进一步地，所述S103-1222：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS成员操作符转换为SPARQL语句，具体包括：

成员操作符IN，用于检查成员项是否属于某聚合（聚合数据类型包括数组、列表、包、集合）。SPARQL中存在函数IN，其功能与EXPRESS成员操作符IN类似，用于检查资源描述框架RDF术语是否在表达式列表的值中找到。因此，将成员操作符IN转换为SPARQL函数IN。

进一步地，所述S103-1223：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS逻辑操作符转换为SPARQL语句，其中，所述逻辑操作符，包括：AND、OR、NOT和XOR，每个运算符都产生一个逻辑结果。返回布尔值的逻辑运算符也存在于SPARQL中，包括一元运算符“!=”和二元运算符“||”和“&&”，但SPARQL中没有类似于EXPRESS逻辑运算符XOR的运算符，根据公式（2）通过其他逻辑运算符在SPARQL中实现该运算符的功能：

(2)

其中，

和/>

表示操作数，/>

表示逻辑运算符异或，/>

表示逻辑与，/>

表示逻辑或，/>

表示逻辑非。

综上所述，在表2中给出了EXPRESS逻辑运算符与SPARQL操作符的对应关系。其中EXPRESS中的A和B表示逻辑运算符两边的子表达式，SPARQL中的A和B表示转换后子表达式对应的SPARQL语句。

表2：逻辑操作符的转换模式

。

根据表2，本发明能够实现EXPRESS逻辑运算符的转换，但有时逻辑运算符两侧的表达式经过转换后得到的SPARQL语句可能有些复杂，在这种情况下，有必要将逻辑运算符两侧的表达式分别转换为两个SPARQL图形模式。因此，当逻辑运算符两侧的表达式转换后得到的SPARQL语句有些复杂时，本发明将定义域规则中的EXPRESS逻辑运算符视为SPARQL图模式之间的不同连接，相当于集合论中不同集合之间的操作。本发明将逻辑操作符XOR视为集合论中两个集合之间的对称差，并用其他逻辑操作符NOT，AND和OR来表示它。在这种情况下，本发明在表3中给出了EXPRESS逻辑运算符的转换模式。其中A和B在EXPRESS中表示逻辑运算符的每一侧的两个子表达式，而A和B在SPARQL语句中被认为是两个图模式。

表3：当逻辑运算符两侧的子表达式转换后SPARQL语句相对复杂时逻辑运算符的转换模式

。

进一步地，所述S103-1224：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS引用操作符转换为SPARQL语句，所述引用操作符的转换，包括：属性引用和组引用；

IFC模式内实体声明中的常规属性，用于表示实体实例的描述性特征。

属性引用（.），是对一个实体实例中的单个属性进行引用，被引用的属性标识符要在句点（.）之后标明，属性引用表达式返回的值是实体实例属性的值。

组引用（

），是指对一个复合实体实例中的一个部分的复合实体值的引用，在定义域规则表达式中，一个组引用表达式进一步被属性引用所限定，用于说明属性引用的作用域，用于实现对继承自超类的属性值的引用。

进一步地，对于定义域规则表达式内的属性引用，IFC模式内实体声明中的常规属性转换为ifcOWL本体中的对象属性，常规属性所属的实体转换为ifcOWL本体的类作为对象属性的定义域，常规属性的取值转换为ifcOWL本体类作为值域。通过SPARQL查询被引用实体在ifcOWL文件中对应的OWL类实例链接的对象属性的值域来实现对实体内常规属性的引用。

对于定义域规则表达式内的组引用，组引用和属性引用经常结合使用，以进一步限定属性引用的范围，常用于实现对继承自超类的属性值的引用。

因此，通过在ifcOWL文件中查询链接到OWL类的指定对象属性的值域来实现对从EXPRESS中继承自超类的属性值的引用,即实现组引用。

进一步地，所述S103-13：将IFC模式内实体或类型的定义域规则中的EXPRESS内部函数转换为SPARQL语句，所述内部函数转换，包括：TypeOf函数转换为SPARQL语句、HiIndex函数转换为SPARQL语句和SizeOf函数转换为SPARQL语句、EXISTS函数转换为SPARQL语句。

进一步地，所述TypeOf函数转换为SPARQL语句，包括：

在EXPRESS中，TypeOf函数用于返回该函数内参数所属的数据类型名称，所述数据类型名称用大写字符串表示，如果数据类型名称既不是简单数据类型（数字型、实型、整型、字符串型、布尔型、逻辑型、二进制型）也不是聚合数据类型（数组、列表、包和集合），则应在返回的数据类型名称前添加定义当前类型的所在IFC模式的模式名来进行限定，并在中间添加一个点号。

在IFC模式内实体或类型声明定义域规则中使用TypeOf函数返回实体实例所属的类型名称，通过在ifcOWL文件中查询对应的OWL实例所属的类，也就是SPARQL语句中使用属性rdf:type来实现与TypeOf函数类似的功能。

进一步地，所述HiIndex函数转换为SPARQL语句和SizeOf函数转换为SPARQL语句，包括：

在EXPRESS中，函数HiIndex用于返回聚合数据类型中数组（ARRAY）数据类型的最大下标值，或者返回包（BAG）、集合（SET）、列表（LIST）数据类型中元素的实际个数。

函数SizeOf用于返回聚合值中的元素个数。对于数组（ARRAY）数据类型，函数SizeOf返回定义数组时申请的元素个数，对于包（BAG）、集合（SET）、列表（LIST）数据类型，函数SizeOf用于返回元素的实际个数。

因为包（BAG）数据类型没有出现在IFC模式中，并且数组（ARRAY）数据类型主要用在实体中的DERIVE属性，因此暂时忽略了包（BAG）、数组（ARRAY）这两种数据类型。对于聚合数据类型集合（SET）、列表（LIST），函数HiIndex和函数SizeOf的功能均为返回聚合数据值内元素的实际个数，因此函数HiIndex与函数SizeOf可以采用相同的转换模式。

集合（SET）数据类型被认为是彼此不同的实例的无序聚合。根据ifcOWL本体，集合（SET）内不同元素之间的连接方式在ifcOWL中通过一个公共的非函数性对象属性来表示，该属性可以无限次地分配给同一个实例。因此对于IFC中计算聚合数据类型集合（SET）一个实例中的元素个数，本专利通过在ifcOWL文件中查询与对应OWL实例通过对象属性所链接的值域的个数来实现函数HiIndex或函数SizeOf返回集合（SET）内元素的实际个数的类似功能。

对于列表（LIST）数据类型，根据ifcOWL本体，列表（LIST）中的每一个元素是通过对象属性express:hasNext与下一个元素相关联，而每一个元素的实际内容则是通过对象属性express:hasContents来进行关联取值。因此，查询EXPRESS函数HiIndex或SizeOf内数据类型为列表（LIST）的属性值中元素的实际个数，本发明通过在ifcOWL文件中使用SPARQL查询对象属性express:hasNext直接或间接链接到第一个列表元素的元素数量（包括第一个元素本身），可以实现与EXPRESS函数HiIndex和SizeOf类似的功能。SPARQL中的属性路径为基本SPARQL图形模式提供了更简洁的表达式，它们还增加了通过任意长度的路径来匹配两个资源的连通性的能力。因此，使用属性路径操作符“

”来查找通过对象属性express:hasNext直接或间接链接到第一个列表元素(包括第一个元素本身)的所有元素。

进一步地，所述EXISTS函数转换为SPARQL语句，包括：

在IFC模式内实体或类型的定义域规则中，函数EXISTS用于检查参数是否有值或参数是否被初始化。当输入参数有值存在时，函数EXISTS返回TRUE，否则返回FALSE。

在SPARQL查询语言中，同样存在一个名为EXISTS的函数，它作为一个过滤器操作符，参数是一个图模式，如果图模式匹配则该函数返回TRUE，否则返回FALSE。因此，将EXPRESS中的函数EXISTS转换为SPARQL查询语言中的函数EXISTS。

进一步地，所述S103-2：对于IFC模式内存在定义域规则的类型或实体，为类型或实体在IFC本体ifcOWL RDF实例文件中的对应OWL类创建SHACL形状，并将SPARQL语句添加到SHACL形状中，具体包括：

在将CityGML文件经过转换后得到的ifcOWL RDF文件导入到支持SHACL的本体编辑软件（如TopBraid Composer）后，针对IFC模式内存在定义域规则的类型或实体，为这些类型或实体在ifcOWL的RDF文件中对应的OWL类创建节点形状。根据S103-1中的转换模式将定义域规则转换为SPARQL语句。

此外，转换后的SPARQL语句中还添加FILTER NOT EXISTS表达式来过滤掉所有满足约束的实例，这样就通过SPARQL语句，获得不满足定义域规则约束的实例。最后，使用SHACL属性sh:sparql将创建的SPARQL约束语句添加到已建立的形状上。

进一步地，所述S104：基于形状约束语句，对工业基础类本体的实例文件中的数据进行验证，验证工业基础类本体的实例文件中的数据，是否符合定义域规则中定义的约束条件，是：

S104-1：对于形状约束语句，根据定义域规则所属的类型或实体在ifcOWL RDF文件中对应的OWL类，使用SHACL属性sh:targetClass为形状约束语句指定目标类；

S104-2：通过SHACL形状约束语句，验证ifcOWL RDF文件内的数据是否符定义域规则中定义的约束条件。

进一步地，所述S104-2：通过SHACL形状约束语句，验证ifcOWL RDF文件内的数据是否符定义域规则中定义的约束条件，具体包括：

将IFC模式内实体或类型的定义域规则作为约束集合的SHACL形状图添加到作为数据图的ifcOWL RDF文件中，对ifcOWL RDF文件中的错误进行识别，查找出ifcOWL RDF文件内不满足定义域规则所规定约束的数据。

进一步地，所述S105：对IFC本体ifcOWL的RDF实例文件内，不符合定义域规则中定义的约束条件的数据进行修正。

进一步地，所述S105：修正ifcOWL RDF文件内不符合定义域规则中定义的约束条件的数据，具体包括：采用手动方式对ifcOWL RDF文件进行修正。

进一步地，所述S106：将修正的ifcOWL RDF文件转换为IFC文件，将IFC文件导入建筑信息模型软件。

进一步地，对于S106包括：将修正的ifcOWL RDF文件通过转换插件IfcSTEP-to-IfcOWL转换器转换为可以导入BIM软件的IFC STEP物理文件。

本发明提供了将地理信息系统（GIS）领域内CityGML文件对应的 RDF文件自动转换为建筑信息模型（BIM）领域内ifcOWL RDF文件的转换以及验证系统；根据本体对齐算法能够将GIS领域的CityGML文件转换后对应的RDF文件自动转换为ifcOWL RDF文件。

对于转换得到的ifcOWL RDF文件，自动检索ifcOWL RDF文件内的部分OWL类，这些检索出的OWL类在IFC模式对应的实体或类型声明内存在定义域规则，该程序自动转换定义域规则生成对应的基于SPARQL的SHACL形状文件，从而达到对转换得到的ifcOWL RDF文件进行错误验证的目的。用户可以将导出的由CityGML RDF文件转换生成的ifcOWL RDF文件作为数据图，将导出的针对定义域规则的SHACL形状文件作为形状图，一同导入支持SHACL的本体软件（如TopBraid Composer）中，从而对ifcOWL RDF文件中的数据进行错误验证。在根据验证结果将ifcOWL RDF文件进行修正后，将该文件导入转换插件IfcSTEP-to-IfcOWL转换器转换为可以导入BIM软件的IFC STEP物理文件。

实施例二

地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证系统，包括：

构建模块，其被配置为：构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系；

第一转换模块，其被配置为：根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件，转换成工业基础类本体的实例文件；

第二转换模块，其被配置为：获取工业基础类模式中实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束条件转换为形状约束语句；

验证模块，其被配置为：基于形状约束语句，对工业基础类本体的实例文件中的数据进行验证，验证工业基础类本体的实例文件中的数据，是否符合定义域规则中定义的约束条件；

修正模块，其被配置为：对工业基础类本体的实例文件内不符合约束条件的数据进行修正；

导入模块，其被配置为：将修正后的工业基础类本体的实例文件，转换为工业基础类文件，将工业基础类文件导入建筑信息模型软件。

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.地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，其特征是，包括：

构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系；

根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件，转换成工业基础类本体的实例文件；

获取工业基础类模式中实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束条件，转换为形状约束语句；

基于形状约束语句，对工业基础类本体的实例文件中的数据进行验证，验证工业基础类本体的实例文件中的数据，是否符合定义域规则中定义的约束条件；

对工业基础类本体的实例文件内不符合约束条件的数据进行修正；

将修正后的工业基础类本体的实例文件，转换为工业基础类文件，将工业基础类文件导入建筑信息模型软件。

2.如权利要求1所述的地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，其特征是，构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系，具体包括：

根据地理信息系统本体以及建筑信息模型本体，通过本体对齐算法进行两个本体内的对象之间进行语义匹配；

采用本体对齐算法将两个本体内的每个对象通过向量格式来表示，然后计算对象之间的语义相似度来构成对应关系，其中对应关系包含一对多、多对一或多对多关系。

3.如权利要求1所述的地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，其特征是，根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件，转换成工业基础类本体的实例文件，具体包括：

根据地理信息系统文件到资源描述框架的转换工具，将地理信息系统文件转换为资源描述框架；

根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件，转换为工业基础类本体的实例文件。

4.如权利要求1所述的地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，其特征是，获取工业基础类模式中实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束条件，转换为形状约束语句，是指：

根据工业基础类模式内实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束转换为资源描述框架查询语句；

对于工业基础类模式内存在定义域规则的类型或实体，为类型或实体在工业基础类本体的实例文件中的对应类创建形状约束语句，并将资源描述框架查询语句添加到形状约束语句中。

5.如权利要求4所述的地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，其特征是，根据工业基础类模式内实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束转换为资源描述框架查询语句，具体包括：

将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的内部常数转换为查询语句；

将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的操作符转换为查询语句；

将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的内部函数转换为查询语句。

6.如权利要求5所述的地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，其特征是，将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的内部常数转换为查询语句，包括：

将工业基础类模式的实体声明中定义域规则表达式中的内部常数转换为使用查询语句查询实体对应类的实例；

将工业基础类模式的类型声明中定义域规则表达式中的内部常数转换为使用查询语句中查询类型对应类的实例，并通过工业基础类本体文件中与实例链接的数据属性找到类型实际取值。

7.如权利要求5所述的地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，其特征是，将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的操作符转换为查询语句，包括：

将算数操作符转换为查询语句；

将关系操作符转换为查询语句；关系操作符包括：值比较操作符、成员操作符、逻辑操作符和引用操作符。

8.如权利要求7所述的地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，其特征是，将关系操作符转换为查询语句；关系操作符包括：值比较操作符、成员操作符、逻辑操作符和引用操作符，包括：

将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的值比较操作符，转换为查询语句；

将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的成员操作符转换为查询语句；

将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的逻辑操作符转换为查询语句；

将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的引用操作符转换为查询语句。

9.如权利要求8所述的地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证方法，其特征是，将工业基础类模式内实体或类型的定义域规则中的引用操作符转换为查询语句，所述引用操作符的转换，包括：属性引用和组引用；

属性引用，是对一个实体实例中的单个属性进行引用，被引用的属性标识符要在句点之后标明，属性引用表达式返回的值是实体实例属性的值；

组引用，是指对一个复合实体实例中的一个部分的复合实体值的引用，在定义域规则表达式中，一个组引用表达式进一步被属性引用所限定，用于说明属性引用的作用域，用于实现对继承自超类的属性值的引用。

10.地理信息系统与建筑信息模型的数据转换验证系统，其特征是，包括：

构建模块，其被配置为：构建地理信息系统本体与建筑信息模型本体在模式层的映射关系；

第一转换模块，其被配置为：根据所述映射关系，将地理信息系统本体的实例文件，转换成工业基础类本体的实例文件；

第二转换模块，其被配置为：获取工业基础类模式中实体和类型的定义域规则，将定义域规则中定义的约束条件，转换为形状约束语句；

验证模块，其被配置为：基于形状约束语句，对工业基础类本体的实例文件中的数据进行验证，验证工业基础类本体的实例文件中的数据，是否符合定义域规则中定义的约束条件；

修正模块，其被配置为：对工业基础类本体的实例文件内不符合约束条件的数据进行修正；

导入模块，其被配置为：将修正后的工业基础类本体的实例文件，转换为工业基础类文件，将工业基础类文件导入建筑信息模型软件。

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