基于CityGML的城市三维空间数据库设计研究

基于CityGML的城市三维空间数据库设计研究

目前，全国正积极开展智慧化和数字化城市建设，若想构建智慧化、数字化的城市就必须建立三维信息化管理数据库，但是三维模型数据通常较难共享，所以必须建立CityGML模型共享标准。为了进一步明确在CityGML基础之上的城市三维空间数据库的应用价值，本文对其设计进行了相关研究，望对该模型和数据库的建立提供新思路，并为日后应用提供帮助。

标签：CityGML城市三维空间数据库；设计研究

国家自从提出测绘地理信息“十二五”发展规划之后，全国各地均积极开始构建完善的数字城市建设，传统的数字城市三维景观模型具有一定的缺陷，很多大数据格式难以兼容和共享，为了有效的完善该模型建设，为此，本文深入分析了CityGML技术的标准，并为空间数据存储建立了相关解决方案，最终实现了CityGML技术在模型中的应用价值。现将研究内容论述如下。

一、CityGML技术和模型概述

1.概念概述

CityGML技术和模型也就是通常所说的城市地理标记语言技术和模型，该模型下的数据较为开放，属于GML3的一种应用模式，其交换格式是在虚拟3D 城市模型和XML的存储基础上得以实现的，可以对城市中的三维对象建立相关的信息模型，可以显示多种地理对象之间的空间和数据关系，经由该模型建立的区域模型的语义、拓扑、几何关系明显。使用这种技术和模型不仅可以有效的显示城市模型的外观，还可以建立其系统的语义属性，可以更加直观的表现城市植被、交通设施以及地面情况等。目前，较为先进的版本为CityGML2.0版本。该版本中内含11个扩展模式和1个核心模式。

2.关键技术说明

为了深入应用该模型，必须对其关键技术进行认知和理解，其模型中主要的模型和技术包含两点，一是LOD细节层次模型，二是语义/几何一体化表达模型。在该模型中一共有五个连贯细节层次，只有提高这些细节层次才可以更加高效的收集各种细节。而细节层次联合地域建立的LOD0-地域模型多指2.5维度的数字地形模型，属于一种较为粗糙的层次模型。其中，该模型中的LODl模型缺少屋顶的模型结构；而LOD2模型则为屋顶和纹理的粗模，期间涵盖了植被等物体；LOD3则是在此基础上建立的建筑物模型，该模型的分辨率更高，细节层次呈现也较多，其中的交通设施和植被模型显示更为精细；而LOD4模型则是在所有模型基础上增设了细致的3D物体结构，其层次也更加详细。

在CityGML中，语义，几何一体化表达模型是其主要的设计内容。在该模型中可以建立语义机制，语义内容中将窗户、墙壁和建筑物等真实物体采用一定

的特征表现手段进行表示，内含多种物体要素和属性之间关系，而这些表达不涉及几何内容，由语义层面获得。在空间层次上，则包含了语义信息和实体的空间位置。可以说该模型由几何和语义两个层次构成，具有一定的表达机制。究其实现形式，几何模型的表示是通过GML3来实现的，其三维模型涵盖了点、线、面三种形式，由线构成面，再由面构成体。所有要素均具有自身的坐标系统。而CityGML就算几何模型的集成表达形式，具有多线、多点、多体等更加复杂的几何实体。

二、在CilyGML基础之上的对象关系的存储

1.基于CityGML的存储粒度划分策略

由上文所述可知，CityGML模型的数据是在GML3规范基础上组织而生的，所以若想构建CityGML数据库就必须保证存储的数据要为数据文件或者模式文件。其中，前者属于空间实体真正存储内容，而后者则对数据的存储结构起到一定的决定和影响作用。

在CityGML引入模式文件时，需要严格依照该模式确立数据文件的划分粒度。所谓粒度，就是指聚合和归纳数据的程度，可以影响甚至是决定多个数据文件在分解后所能形成的片段大小。茌CityGML模型中的数据文件中，区域范围内的要素经由CityObjectMember标签通过单实体进行划分，所以，该标签实可作为数据文件的划分粒度，不仅可以节省调用时间，还可以保证数据的完整性。通过这种方式能够解析数据文件，还可以存储和检索相关数据。

2.基于OracleXMLDB的数据存储

OracleXMLDB是一种新增的功能模块，目的是为了存储XML数据，便于将原生服务器数据类型，也就是XMLType对象类型进行引入。而GML数据则为格式良好的XML数据。因为CityGML是GML的应用扩展，所以对OracleXMLDB功能模块可以建立三维扩展方式。而由于CityGML模式文件对数据文件进行了预定义，所以具体的GML的存储管理内容则可以细分为对CityGML模式文件的管理和对CityGML数据文件的管理。

三、构建城市三维空间数据库

研究上述一系列内容主要的目的就是使其帮助构建城市三维空间数据库模型。该模型的构建目的是为了存储和管理CityGML上的相关数据。其操作对象则为数据文件和模式文件两种。因为CityGML数据可以面向对象，所以解析过程必须采用面向对象技术来进行，之后进行存储，存储位置为Oracle XML DB 中，这是构建城市三维空间数据库中较为重要的环节之一。而具体的数据库结构包括以下几部分，分别为CityGML模式、通用CityGML解析、CityGML查询、CityGML数据管理以及CityGML索引等。不同的结构发挥不同的作用，最终实现数据共享等操作。

总结：

目前，城市三维空间数据信息管理存在一定的困难和挑战。亟待构建统一的城市三维模型编码规范，由此产生了CityGML技术。经本文论证分析得出，在原有模型优势的基础上应用该技术可以真正实现城市三维数据模型的互操作和信息共享，具有一定的应用价值。但是本次研究仍然不够全面，今后笔者将进一步进行深入的研究与探讨，望能够建立更加高效的管理模式和解决方案。