论文标题Future Swedish 3D City Models—Specifications, Test Data, and Evaluation

论文链接：https://www.mdpi.com/2220-9964/12/2/47

期刊名：ISPRS International Journal of Geo-Information (IJGI)

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/ijgi

文章导读

三维 (3D) 城市模型正在变得越来越普遍，在世界许多地区，大多数大中型城市都拥有这样的模型。早期的三维城市模型主要用于可视化，但现在这些模型越来越多地用于分析和模拟。这些后期的应用对语义更丰富的模型提出了要求，并且在某些情况下，需要与外部地理空间数据库、登记册和操作系统建立联系。为了支持日益复杂的三维城市模型的开发，需要实现标准化。最常见的三维城市模型开放标准是由开放地理空间联盟 (OGC) 开发的CityGML。CityGML是一个相对简单通用的模型，可以扩展用于各种目的，如与其他国家标准的协调。

图为斯德哥尔摩市当前2D和3D地理空间数据。

研究过程与结果

来自瑞典隆德大学 (Lund University) 的Lars Harrie教授及其团队在本文详细介绍了瑞典正在进行的三维城市模型标准化工作。2020年，瑞典的三个最大城市斯德哥尔摩、哥德堡和马尔默，与隆德大学共同启动了3CIM项目，旨在基于CityGML定义一个国家概况。该项目的主要触发因素是这三个城市已经发现，无论是内部 (即城市管理部门内部) 还是外部，对三维地理数据的需求日益增加，对城市数字孪生的未来需求也不断增长。目前城市中的地理空间产品包括：

•二维基础地图：详细程度约为1:1000比例尺，不断更新中。

•三维模型：主要用于可视化，不定期更新，主要包括建筑数据。它们没有与2D地图或其他市政数据系统很好地集成。

除此之外，这些城市也已经指出当前地理空间数据的以下不足，以及对未来三维城市模型的需求：

斯德哥尔摩：使用三维模型进行建筑规划申请，生成拟议项目的360°图像。当前模型缺乏与额外数据的集成以进行分析 (如住房和绿地影响)。

哥德堡：目标是在2020年代末实现全面数字孪生。需要结构化、标准化的数据来连接市政内的各种数据源。

马尔默：探索三维基础地图以实现更好的可视化和与外部数据库的集成 (如建筑物、树木、植被的实际尺寸)。

为了满足这些需求，三个城市决定开发一个被称为3CIM的瑞典CityGML概况。3CIM规范的开发是一个迭代过程，涉及多场研讨会和实践测试。团队与来自三个城市的参与者一起举办了十多场研讨会，以制定最初版本的规范。然后使用创建的测试数据测试这些版本，并根据反馈意见进行进一步的研讨会和更新。此外，还与瑞典国家测绘局 (NMA) Lantmäteriet举行了大约十场研讨会，以确保与国家地理数据规范保持一致。在技术上，3CIM是使用Enterprise Architect软件创建的UML图表实现的。这些图表通过手动编辑CityGML 2.0模式文件转换为XSD模式文件。3CIM的开发基于几个设计决策：

•使用CityGML 2.0：3CIM项目是基于CityGML 2.0进行的，因为CityGML 3.0尚未正式批准。尽管CityGML 3.0有一些值得关注的特性，但还是决定等待它的最终采纳和工具支持。

•与操作系统和外部数据集/登记册的连接：3CIM旨在通过CityGML外部参照类促进与操作系统和外部登记册的连接以支持各种应用程序，使其成为一个语义单薄的模型

•与国家地理数据规范的连接：3CIM做出了若干与国家规范协调的决定，例如遵循几何元数据规范，并使用相同的属性代码表。3CIM项目还参与了制定国家建筑测量指南。

•3CIM中仅包含物理对象：3CIM的第一个版本只包括物理特征。未来的版本可能包括行政特征，并可能切换到CityGML 3.0以获得更好的支持。

图为3CIM数据与操作系统之间的连接。

研究总结

在该项目中，作者团队根据3CIM信息模型为三个研究区域 (每个城市一个) 创建了测试数据。数据的主要来源是二维市政地图、三维建筑模型和一些额外的市政模型。创建过程在很大程度上是交互式的，甚至是手动的，这使得它劳动强度很大。这就需要进一步研究基于现有数据源的3CIM数据创建自动化，特别是将3CIM数据连接到外部数据库和操作系统的自动化方法。

有工具来处理3CIM数据是重要的。作为研究的一部分，团队创建了许多3CIM数据的可视化。团队的经验表明，3CIM数据适用于大多数常见的可视化工具。团队还表明了3CIM数据可以在多个模拟工具中使用 (使用ETL流程生成输入数据)。从工具的角度来看，主要挑战在于找到一个良好的存储环境，包括导入和导出功能，并支持更新。团队测试了空间数据库3DCityDB (在PostGIS之上)，并想要持续使用这个工具。然而，扩展3DCityDB的功能需要更多的工作，以处理3CIM ADE。在未来，团队还需要通过更好的版本功能扩展数据库解决方案；希望这可以与3DCityDB中CityGML 3.0的实施一起实现。

创建3CIM规范、测试数据和评估是一个历时两年半的庞大项目，工作量相当于约四年的全职工作。重要的是这项投资可以通过3CIM的实际应用得到回报。目前，在斯德哥尔摩、哥德堡和马尔默以及其他瑞典城市实施3CIM模型的主要障碍可能是与创建和维护3CIM数据相关的时间和成本负担。

3CIM模型的一个主要优势是它是由瑞典三个最大的城市与隆德大学合作开发的。这四个组织一起创建了这个共同基础，为其他瑞典城市以标准化的方式使用城市信息模型铺平了道路。

ISPRS IJGI 期刊介绍

主编：Wolfgang Kainz, University of Vienna, Austria

期刊主题涵盖地理信息科学和技术各个方面，主要包括空间数据模型与管理、空间分析与决策、地理空间人工智能、地图制图、空间数据基础设施、地理空间网络、志愿地理信息、基于位置的服务、轨迹分析、智慧城市和前沿地理空间应用等。