地理信息 BIM到GIS的概念映射 （B2GM） 征求意見稿

1GB/TXXXXX—XXXX地理信息BIM到GIS概念映射(B2GM)本文件定義了從建筑信息模型（BIM）映射信息元素到地理信息系統(tǒng)（GIS）的概念框架和機制，以便根據(jù)特定的用戶需求存取所需要的信息。將BIM信息映射到GIS的概念框架是與下面三種映射機制一起來定義的：——BIM到GIS的視角定義（B2GPD——BIM到GIS的元素映射（B2GEM——BIM到GIS的LOD映射（B2GLM）。因為BIM和GIS兩個異構(gòu)模型之間的物理模式集成或映射非常復(fù)雜，可能會引起各種模糊不清的問題，因此本文件不描述BIM和GIS模型之間的物理模式集成或映射。在BIM和GIS之間開發(fā)一個統(tǒng)一的信息模型不在本文件的范圍內(nèi)。本文件的范圍包括：——對BIM到GIS概念性映射需求描述的定義；——從一個模式導(dǎo)出到另一個模式的映射的定義。以下概念不在本文件范圍內(nèi)：——對任何特定的映射應(yīng)用要求和機制的定義；——對BIM和GIS之間坐標(biāo)系映射的定義。注：對于基于GIS的BIM模型的位置和方向等與地理參考相關(guān)需求的案例,還存在其他關(guān)于地理參考的BIM的標(biāo)準(zhǔn)可供參考，比如ISO19111和buildingSMART的信息交付手冊（InformationDeliveryMan——應(yīng)用程序框架的實現(xiàn)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。ISO19103地理信息概念模式語言ISO19107地理信息空間圖式ISO19109地理信息應(yīng)用程序模式規(guī)則3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。注：ISO和IEC用于標(biāo)準(zhǔn)化的術(shù)語數(shù)據(jù)庫可于以下地址訪問：2GB/TXXXXX—XXXX——ISO在線瀏覽平臺：可在/obp訪問——IECElectropedia：可在/訪問3.1映射mapping一個系統(tǒng)、非空集合中的元素與另一個系統(tǒng)、非空集合中的元素之間的對應(yīng)關(guān)系。3.2映射規(guī)則mappingrule映射所遵循的法則和章程。3.3應(yīng)用程序application3.4應(yīng)用程序模式applicationschema3.5類class<UML>描述了一組（3.9）共享相同屬性、操作、方法、關(guān)系和語義的對象。[來源：ISO19103:2015,4.7,已將<UML>域添加到條目中。]3.6要素feature3.7元素element3.8復(fù)雜要素complexfeature3.9細(xì)節(jié)層次levelofdetail(LOD)），3GB/TXXXXX—XXXX3.10模型model對現(xiàn)實某些方面的抽象。[來源：ISO19109：2015,4.15]3.11對象object<UML>具有一個定義清晰的邊界和封裝了狀態(tài)和行為的標(biāo)識的對象實體。[來源：ISO19103：2015,4.25,已修改--<UML>域已添加到條目中。]3.12包package<UML>將元素（3.5）組織成組的通用機制。[來源：ISO19103：2015,4.27]3.13視角perspective<BIM>為用例環(huán)境所必要的數(shù)據(jù)和行為的定義。3.14運行時庫runtime<BIM>由一個源元素編譯時產(chǎn)生的，由代碼和數(shù)據(jù)組成的元素集（3.5）。[來源：ISO/IEC1989：2014,4.168，已修改。]3.15系統(tǒng)system應(yīng)用程序（3.1）、服務(wù)、信息技術(shù)資產(chǎn)或其他信息處理組件。[來源：ISO/IEC29134:2017,3.13]3.16系統(tǒng)屬性systemproperty自動創(chuàng)建模型時使用的自定義的系統(tǒng)（3.13）設(shè)置。示例指南GUID4縮略語和符號4.1縮略語4GB/TXXXXX—XXXX5GB/TXXXXX—XXXX5一致性本文件在第7、8、9章中定義了需求類。6.1總則BIM到GIS概念映射（B2GCM）指的是從BIM模型到GIS模素、LOD和幾何圖形相關(guān)的轉(zhuǎn)換規(guī)則集。——用戶明確設(shè)計、預(yù)測和檢查模型集成結(jié)果的方式；——從用戶視角出發(fā)定義、連接和整合所需數(shù)據(jù)的方式——用戶排除不必要的數(shù)據(jù)并確定所需數(shù)據(jù)量的方式。6.2概念概述圖1展示了本文件中定義的B2GCM的概念概述，并介紹了——數(shù)據(jù)視圖的視角定義表達?！耙暯恰敝父鶕?jù)用例來提取所需的數(shù)據(jù)。視角信息的表示取決于特定的用例，如用戶設(shè)施管理。PD由三種機制組成，用于提取所需的外部數(shù)據(jù)?！獜腂IM到GIS模型的元素映射。為了將元素從BIM模型轉(zhuǎn)換為GIS模型，有必要定義BIM到GIS的元素映射機制。元素映射從特定用例的角度描述了與元素映射機制相關(guān)的映射要求?！獜腂IM模型到GIS模型的LOD定義和映射。LOD模型定義了可視化機制。但是，在ISO167396GB/TXXXXX—XXXX圖1B2GCM概念概述6.3機制使用本文件中定義的映射框架，可以從鏈接到含有BIM信息的數(shù)據(jù)庫中查詢信息。圖2展示了從包含GIS和BIM信息元素的集成數(shù)據(jù)庫中查詢信息的使用案例。圖2基于B2GCM用例的鏈接數(shù)據(jù)庫和集成查詢在表1中所列的BIM和GIS模型要求范圍內(nèi)，B2GCM支持BIM模型到GIS模型映射。如圖3所示，BIM和GIS模型的幾何形狀的邊界應(yīng)該能夠根據(jù)ISO19109通用特征模型（GFM）和ISO19107空間模式來定義。按模型包映射BIM模型到GIS模型的最低信息需求見表1中的定義。表1包要求7GB/TXXXXX—XXXX符合表1中定義的要求的BIM模型類結(jié)構(gòu)可以用UML表示，如圖4所示。圖4UML表示的BIM模型概念圖類似地，符合表1中定義的要求的GIS模型類結(jié)構(gòu)也可以用UML表示，如圖5所示。8GB/TXXXXX—XXXX圖5UML表示的GIS模型概念圖B2GCM中包與包之間關(guān)系如圖6所示。圖6UML表示B2GCM包關(guān)系表2B2GCM包要求），應(yīng)為元素映射定義以下映射運算符。預(yù)定義的運算符可用于創(chuàng)建映射規(guī)9GB/TXXXXX—XXXXLM（LB→LG,LODname）7.1總則B2GPD支持根據(jù)具體用例而定的視角法的信息表示方法。為了定義綁定并使用BIM、GIS和外部數(shù)據(jù)集的信息視角，B2GPD包括以下方法：——需要哪些與BIM模型用例相關(guān)的數(shù)據(jù)?！绾翁崛『驼螧IM、GIS和外部數(shù)據(jù)集之間的數(shù)據(jù)?！绾伪硎炯尚畔ⅰ?.2機制為了獲得每個視角的信息視圖，7.1中列出的方法已被劃分為幾個信息處理階段，如根據(jù)視角的數(shù)據(jù)視圖DataView（見7.2.1），用于信息轉(zhuǎn)換的邏輯視圖LogicView（見7.2.2），以及用于信息表達的樣式視圖StyleView（見7.2.3）。7.2.1數(shù)據(jù)視圖數(shù)據(jù)視圖將所需的數(shù)據(jù)表示為BIM對象屬性。將這些屬性與BIM對象結(jié)合在一起，再定義一個主鍵，如GUID。這些屬性用公式（1）來表示。使用元數(shù)據(jù)和腳本提取的屬性應(yīng)被形式化為類別、屬性名、屬性值和屬性類型。類別用來表示組內(nèi)相似的屬性。類型有整數(shù)、實數(shù)和字符串。屬性={類別、名稱、值、類型}7.2.2邏輯視圖邏輯視圖使用了ETL概念來表達提取和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。為了處理基于BIM的FM數(shù)據(jù)，必須以一種易于使用的形式提取、轉(zhuǎn)換和存儲在分布式數(shù)據(jù)庫中的聚合FM數(shù)據(jù)。這個過程是使用一個ETL平臺來執(zhí)行的。通過從各種地理空間數(shù)據(jù)源提取和細(xì)化數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并將其存儲于數(shù)據(jù)庫中，提取的屬性數(shù)據(jù)可用于提取或分析支持每個項目利益相關(guān)者角度的信息。提取的數(shù)據(jù)應(yīng)具有一個已定義的與BIM對象結(jié)合的PK，例如GUID。7.2.3樣式視圖樣式視圖定義了在用戶界面上顯示數(shù)據(jù)的格式化方法。格式可以用XML形式表示（參見附件C）。表3列出了B2GPD樣式視圖、數(shù)據(jù)視圖和邏輯視圖類的類需求。表3B2GPD類要求GB/TXXXXX—XXXXPDPD_data_viewPD_logic_viewPD_style_viewPD_elementPD_categoryPD_propertyPD_propery_style表4B2GPD類描述GB/TXXXXX—XXXXPDname：CharacterStringBIM_model_destination：URI指向一個用于集成外部數(shù)據(jù)的BIM模型目的地的URPD_style_view-PD_data_view-PD_logic_viewexternal_data_souce：URIETL_module：CharacterStringPD_elementobjectGUID:GUIDPD元素與BIM對象結(jié)合的主鍵PD_categoryname:CharacterStringPD_propertyname:CharacterStringvaluetype:{Integer,Real,Character-String}PD屬性的值類型可以是整數(shù)、實數(shù)或字符串PD_propery_stylecategory:CharacterStringproperty:CharacterString顯示在用戶界面上的PD屬性值formattingOperation:Charac-terString在用戶界面上表示PD屬性值的格式化操作8.1總則為了將元素從BIM模型轉(zhuǎn)換至GIS模型，應(yīng)定義將BIM模型EM可以從具體用例的角度描述與對象映射機制相關(guān)的映射需求定義。8.2機制戶等，見圖8所示。GB/TXXXXX—XXXX圖8基于B2GEM的元素轉(zhuǎn)換機制概念圖表5B2GEM類規(guī)則為了實現(xiàn)從BIM模型到GIS模型的元素轉(zhuǎn)換，需要考慮一種LOD映射方法。例如，BIM數(shù)據(jù)庫中的一堵墻根據(jù)具體的應(yīng)用案例可以映射為GIS模型LOD2或LOD3級中的一堵墻。因為元素的LOD表示因用例而異，因此有必要考慮將LODs從BIM模型轉(zhuǎn)換為GIS模型的LOD映射方法。B2GEM概念可以用UML表示，如圖9所示。EM_rule圖9UML表達的B2GEM概念圖表6列出了與B2GEM相關(guān)的類成員定義。GB/TXXXXX—XXXX表6B2GEM類別定義EM_rulename:CharacterString元素映射規(guī)則名稱PSet_operation：{Replace,Append}元素映射操作：1)替換：當(dāng)元素映射時，映射源替換映射目的地。2)追加：當(dāng)元素映射時，映射源被添加到映射目的地。EM_rulesetname:CharacterString元素映射規(guī)則集名稱description:CharacterString元素映射規(guī)則集說明BIM_model_source：URIGIS_model_destination：URIEM_sourceelement:CharacterString元素映射的源元素名稱。EM_destinationelement:CharacterString元素映射的目的地元素名稱9.1概述在一定條件下，B2GLM應(yīng)定義一種將LODs從BIM轉(zhuǎn)換至GIS模型的方法。在GIS模型中，可能存在支持多種GIS應(yīng)用（包括信息可視化）的LOD方案來表示不同細(xì)節(jié)的LODs。為了支持GIS中的LOD應(yīng)用，BIM模型中的幾何圖形應(yīng)足夠完整?？梢栽诟鞣NLOD下做可視化工作，但是有的應(yīng)用需要只在更高級別LOD中表示的信息來做可視化。如果無法從BIM模型中提取該信息，則需要從其他數(shù)據(jù)中獲取。例如，一個早期階段的“可視化”BIM模型不可能具有足夠完整的幾何圖形來支持洪水建模，也不可能具有足夠的紋理信息來支持噪聲建模。GIS模型的LOD方案支持用各種LODs來表示GIS對象的幾何信息。LODs定義了一個類似于邊界數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可視化機制和信息。但是，BIM模型中沒有LOD方案。為了表示GIS中的BIM對象，需要從BIM模型中提取LOD信息。這個LOD信息可以由LOD映射規(guī)則集定義。9.2機制在將LODs從BIM映射到GIS模型之前，應(yīng)考慮從BIM模型的幾何圖形中生成LOD信息的機制。B2GLM定義了將LODs從BIM轉(zhuǎn)換到GIS模型的映射規(guī)則。表7B2GLM類需求LM（LB→LG,LODname）為了生成一個BIM模型的LOD，應(yīng)定義LOD信息，并將其轉(zhuǎn)換為一個GIS模型元素的LOD。這種LOD信息定義方法可以是一個包含簡單的實體運算符在內(nèi)的規(guī)則集，比如擠壓、投影，以及諸如B2GLM規(guī)則集運算符之類的其他運算符。圖10顯示了以UML方式表達的定義LOD細(xì)節(jié)映射規(guī)則的類圖。GB/TXXXXX—XXXX圖10用UML表示的B2GLM概念圖表8列出了B2GLM映射規(guī)則集定義所需的運算符。從BIM中提取的LOD是使用LM規(guī)則集運算符按GIS要求的LOD角度來創(chuàng)建的。表8B2GLM類定義規(guī)則集名稱定義返回建筑物元素的覆蓋區(qū)幾何圖形返回建筑物元素的OBB（定向邊界框）返回映射到在枚舉平面類型中指定的建筑幾何元素的參考曲面上的2D幾何圖形在基準(zhǔn)中指定的參考曲面上創(chuàng)建二維幾何圖形g的邊界，并返回二維幾何圖形使用矢量方向v，將二維幾何圖形g擠出與高度一樣多的幾何圖形，并返回該幾何圖形僅提取幾何圖形g的外表面，然后返回外表面幾何圖形僅提取幾何體g的內(nèi)表面，然后返回內(nèi)表面幾何圖形僅返回建筑物元素的VOID類型元素。VOID類型元素指的是窗戶、門和其他開口。返回幾何圖形g1和g2的并運算結(jié)果y返回幾何圖形g1和g2的減運算結(jié)果返回幾何圖形g1和g2交操作的結(jié)果OBB定義OBB的X軸成員GB/TXXXXX—XXXX表8（繼續(xù)）定義三維矢量元素通過使用規(guī)則集和運算符，可以為每個GIS元素定義從BIM模型的幾何表示生成LODs的方法。為了在語義上定義從BIM到GIS模型的LOD映射，需要一套映射規(guī)則。B2GLM的規(guī)則集由包含諸如簡單實體建模函數(shù)和集合運算符（合并和相交,∪和∩)之類的運算符在內(nèi)的規(guī)則組成。GB/TXXXXX—XXXX（規(guī)范性）抽象測試套件A.1.1BIMmodela)測試目的：驗證一個應(yīng)用程序模式或概述是否將BIM_model、element、property_set、relationship和具有邊界（B_rep）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何圖形實例化為一個概念模型。如果應(yīng)用程序模式或概要文件還實例化了property_set，則驗證它是否包含帶有屬性名稱和值的屬性（參b)試驗方法：檢查應(yīng)用程序模式或概述的文檔。c)參考：ISO19166：2021，表1，要求BM1-BM4。d)測試類型：能力。A.1.2GISmodela)測試目的：驗證一個應(yīng)用程序模式或概述是否將GIS_model、element、property_set、relationship、LOD和具有邊界（B_rep）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何圖形實例化為一個概念模型。如果應(yīng)用程序模式或概述還實例化了property_set，則驗證它是否包含帶有屬性名稱和值的屬性（參考表1以及圖5）。b)試驗方法：檢查應(yīng)用程序模式或概述配置文件的文檔。c)參考：ISO19166：2021，表1，要求GM1-GM4。d)測試類型：能力。A.1.3B2GCM封裝a)測試目的：驗證是否定義了B2GPD、B2GEM和B2GLM。對于BIM-GIS概念映射，B2GPD和B2GEM是要求。每個組件的B2GLM可以是一個選項，具體取決于用例（參見表2）。請參閱A.2,A.3,A.4中的測試套件去了解每個組件的詳細(xì)要求。b)試驗方法：檢查應(yīng)用程序模式或概述的文檔。c)參考：ISO19166：2021，表2。d)測試類型：能力。A.2B2GPD需求滿足a)測試目的：驗證一個應(yīng)用程序模式或概述是否實例化了PD、PD_style_view、PD_data_view和PD_logic_view（參見表3）。作為概念的觀點，PD_data_view應(yīng)定義類似數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)視圖，并包含一個主鍵（PK），例如GUID。如果應(yīng)用程序模式或概述還實例化了PD_logic_view，則驗證它是否包含帶有external_data_sourceURI的ETL_module。b)試驗方法：檢查應(yīng)用程序模式或概述的文檔。c)參考：ISO19166：2021，表3，要求PD1-PD6。d)測試類型：能力。A.3B2GEM需求滿足GB/TXXXXX—XXXXa)測試目的：驗證一個應(yīng)用程序模式或概述是否滿足A.1.1和A.1.2中的所有要求，并驗證它是否支持在BIM模型與GIS模型之間的元素映射機制。作為概念的觀點，B2GEM包應(yīng)包含帶有元素類名稱的名為EM_rule、EM_source和EM_destination的規(guī)則集，以元素類名作為概念的視點（參見圖9）。b)試驗方法：檢查應(yīng)用程序模式或概述的文檔。c)參考：ISO19166:2021，A.1.1，A.1.2，8.2，要求EM1（參見表5）。d)測試類型：能力。A.4B2GLM需求滿足a)測試目的：驗證一個應(yīng)用程序模式或概述是否滿足A.1.1,A.1.2和A.3的所有要求。并驗證它是否支持在BIM模型和GIS模型幾何圖形之間的LOD映射機制。作為用例的觀點，B2GLM包應(yīng)包含并定義一個生成LODs的名為LM_rule的規(guī)則集（參見表4和圖10UML圖）。b)試驗方法：檢查應(yīng)用程序模式或概述的文檔。c)參考：ISO19166:2021,A.1.1,A.1.2,A.1.3,9.2,要求LM1（參見表7）。d)測試類型：能力。GB/TXXXXX—XXXX（資料性）B2GEM和LM示例附錄B給出了一個使用XML定義B2GEM和LM規(guī)則集的示例，如圖B.1所示。圖B.1B2GEM和LM樣例正如表B.1顯示的，從一個特定用例的角度來看，可以使用映射規(guī)則，獲得從IFC到CityGML的LOD模型。GB/TXXXXX—XXXX表B.1IFC-CityGMLLOD映射結(jié)果GB/TXXXXX—XXXX（資料性）使用B2GPD的實例示例附錄C在圖C.1中展示了一個例子，來定義遵從B2GPD需求的特定用例的視角。圖C.1視角定義概念圖GB/TXXXXX—XXXXCityGMLLOD模型與映射附錄D在圖D.1中展現(xiàn)了一種在BIM、GIS與異構(gòu)數(shù)據(jù)之間進行連接和集成數(shù)據(jù)庫的概念性機制。本附件在圖D.1和D.2中展現(xiàn)了CityGML和IFC之間的幾何模式差異。在IfcElement中IFC是幾何模型，但是在GenericCityObject中CityGML是一個多重的LOD模型。為了映射這兩個幾何模型，應(yīng)定義詳細(xì)的LOD映射。圖D.1CityGMLLOD模型GB/TXXXXX—XXXX圖D.2將LOD從IFC轉(zhuǎn)換為CityGML的B2GLM的LOD生成算子GB/TXXXXX—XXXXLOD映射規(guī)則描述示例為了在語義上定義從IFC到CityGML的LODs映射，需要一套映射規(guī)則。B2GLM的映射規(guī)則集包括簡單的實體建模函數(shù)和諸如并集和交集之類的集合運算符如，如圖E.1所示。圖E.1B2GLM映射規(guī)則集示例GB/TXXXXX—XXXX參考文獻[1]ISO13537,Spacedataandinformationtransfersystems—Referencearchitectureforspacedatasystems[2]ISO16739-1,IndustryFoundationClasses(IFC)fordatasharingintheconstructionandfacilitymanagementindustries—Part1:Dataschema[3]ISO19101-1:2014,Geographicinformation—Referencemodel—Part1:Fundamentals[4]ISO19104