基于结构的城市三维建筑空间多层次语义建模

Data model is the basis of all functions of geographic information system. With the deepening of big spatiotemporal data analysis and the proposal of "Smart City", storage and visualization of semantic information are regarded as particularly important tasks. Since the land use structure has become more and more complicated in cities, the traditional geometric model are not able to satisfy the needs of urban morphology recognition and precision management of geo-spatial attribute data. How to construct multi-level semantic model for urban building space to effectively illustrate the semantic relationships between the inner spaces of buildings and the semantic relationships between different buildings has become a big problem for geographic information science, urban management and urban planning. Against the shortcomings of existing data models and semantic modeling methods, we propose to research on a structure based approach to construct multi-level semantic model for 3D urban building space. To satisfy the practical needs of urban planning and management, multi-scale structure analysis is employed for automatic construction of multi-level semantic model for urban building space, from stories, buildings, building groups to the entire city. The main research contents of the project include: semantic description of stories in buildings, semantic description of urban building groups and organization of multi-level semantic objects.

数据模型是地理信息系统所有功能应用的基础。随着时空大数据分析的深入和“智慧城市”概念的提出，语义信息的存储管理和可视化表达显得尤为重要。由于城市土地利用结构变得越来越复杂，传统的几何模型已无法满足城市形态认知和空间属性数据精细管理的需要。如何构建城市建筑空间的多层次语义模型，对建筑物内部和建筑物之间的语义关系进行有效描述，成为地理信息科学、城市管理和城市规划领域所共同面临的难题。针对现有数据模型和语义建模方法的不足，本课题提出研究一种基于结构的城市三维建筑空间多层次语义建模方法，通过对城市建筑物三维表面模型进行多尺度结构分析，自动构建从建筑物内部楼层到单体建筑，再到建筑群，最终到整个城区的建筑空间多层次语义模型，以满足城市规划与管理的实际应用需要。主要研究内容包括：建筑物内部楼层空间的语义描述、城区建筑群空间的语义描述和多层次语义对象的组织管理。

随着时空大数据分析的深入和“智慧城市”概念的提出，语义信息的存储管理和可视化表达在现代城市治理过程中显得尤为重要。建筑物是城市环境中最主要的地物要素之一。为了满足复杂城市空间形态认知和精细化管理的需要，本课题研究基于结构的城市三维建筑空间多层次语义建模方法。通过对建筑物三维表面模型进行多尺度结构分析，自动构建从建筑物内部楼层到单体建筑，再到建筑群，最终到整个城区的建筑空间多层次语义模型。微观层面，在三维建筑物模型组成结构和表面功能部件识别的基础上，根据不同结构单元的连接关系和各类功能部件的分布规律，对建筑物楼层空间进行细致划分和语义描述。宏观层面，考虑不同区域的景观形态变化，基于建筑物的高度、面积、座落方向和形状复杂度参数，对城区建筑群空间进行合理分块和语义描述。最后，依据楼层空间和建筑群空间的拓扑关系和属性联系，对建筑物模型进行重构和综合，构建城市建筑物空间的多层次语义模型，并在此基础上进一步探讨城市可视化治理理论模型，推动城市空间语义模型的实践应用。