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基于BIM模型的indoorgml模型生成与应用

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基于BIM模型的IndoorGML模型生成与应用

作者：郑航南京大学

学位级别：硕士

最近几年,我国智慧城市建设发展迅速,而城市信息模型（CIM）的概念自从被提出以来逐渐被越来越多的学者所关注,其中空间数据管理是构建CIM过程中重要的一步。然而目前对于空间数据管理的研究中,大多数研究对象都为室外空间,室内外空间... 详细信息

最近几年,我国智慧城市建设发展迅速,而城市信息模型（CIM）的概念自从被提出以来逐渐被越来越多的学者所关注,其中空间数据管理是构建CIM过程中重要的一步。然而目前对于空间数据管理的研究中,大多数研究对象都为室外空间,室内外空间具有较大的差异,因此室外空间的数据管理方法不能直接应用于室内空间,而构建适用于室内空间信息表达的数字模型可以作为用于室内空间数据管理的一种有效手段。indoorgml是OGC提出的一种用于室内空间数据交换与表达的标准,其出现改变了室内空间模型没有统一数据格式的现状。然而由于indoorgml尚处于发展的起步阶段,现有的生成方法仍存在诸多问题,如生成过程繁琐,难以集成语义信息等等。对indoorgml的生成方法进行改进将有利于室内空间数据管理,进而为CIM在室内空间信息方面的建设提供一种解决方案。针对indoorgml现有生成方法中存在的不足,本文提出了基于BIM的indoorgml模型生成方法,该方法以BIM模型作为数据基础,来快速创建包含语义信息的indoorgml模型。通过实验发现,该方法可以利用BIM模型中丰富的几何信息和属性信息,生成的模型不但能够在几何层面上描述室内空间的连通关系,又可以在语义信息层面上对BIM中的属性信息进行集成,来达到充分表达室内空间的信息的目的。为对该方法进行进一步的验证,本文选取了一所医院的BIM模型作为案例,通过实验证明该方法在用于室内空间较为复杂的大型建筑时具有较高的可行性。为探究indoorgml模型更深层次的应用,本文将indoorgml模型转换为语义网络模型,将其与图论中的网络分析相结合,对该网络模型展开计算复杂网络相关属性的计算,通过计算结果分析在医院室内空间中不同的空间之间的关系,探讨将indoorgml模型用于室内空间分析的可能性。此外,还将indoorgml模型中的NRG部分用于室内空间流线分析,探究indoorgml模型更多的应用可能性。最后,本研究对将indoorgml模型与CIM平台的结合应用做了尝试,以地理空间信息平台为媒介将indoorgml模型发布共享到虚拟城市中,并在该平台上完成对indoorgml模型及其相关室内空间数据的可视化与交互操作,为CIM在室内空间数据的建设上提供数据信息支撑。本文正文共约34000字,图表85幅。

关键词： BIM indoorgml 网络分析 CIM

基于indoorgml的应急三维室内导航的研究

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科学技术创新 2018年第3期 21-22页

作者：王建龙何望君张福浩刘纪平北京建筑大学测绘与空间地理信息学院北京100044 中国测绘科学研究院北京100830

为了实现室内环境的精确导航的目标,构建三维网络拓扑结构变得非常重要。本文基于Indoor GML丰富的语义和几何特性,深入的分析其拓扑网络构建方式,并对构建后的网络拓扑结构进行可视化的展示。实验结果表明:本文的获取三维网络拓扑图的... 详细信息

为了实现室内环境的精确导航的目标,构建三维网络拓扑结构变得非常重要。本文基于Indoor GML丰富的语义和几何特性,深入的分析其拓扑网络构建方式,并对构建后的网络拓扑结构进行可视化的展示。实验结果表明:本文的获取三维网络拓扑图的方法能够实现室内三维模型的抽象,为应急情境下的室内逃生路径,救援路径设计,室内定位、室内设施管理等提供基础。

关键词：智能导航系统 indoorgml 拓扑网络构建

基于CityGML的室内导航网络自动生成方法研究

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基于CityGML的室内导航网络自动生成方法研究

作者：叶梦轩北京建筑大学

学位级别：硕士

作为室内导航基础数据,导航网络的生成对于获取建筑物内部环境及表达物体位置十分重要。但是,传统的导航网络生成方法研究多基于建筑物二维平面图展开,缺少对三维几何信息和语义的综合运用。作为一种富含语义信息的三维室内模型,CityGML... 详细信息

作为室内导航基础数据,导航网络的生成对于获取建筑物内部环境及表达物体位置十分重要。但是,传统的导航网络生成方法研究多基于建筑物二维平面图展开,缺少对三维几何信息和语义的综合运用。作为一种富含语义信息的三维室内模型,CityGML LOD4模型的出现为室内导航网络构建提供了全新的解决方案。本文从室内导航的实际需求出发,利用CityGML LOD4丰富的室内几何和语义信息,提出一种基于CityGML LOD4的室内三维导航网络自动生成方法。针对此过程中出现的特殊形状导航空间内路径生成错误问题,采用计算几何三维剖分算法对凹多面体进行凸剖分,并对室内导航拓扑网络进行了优化重构。实验结果证明,该方法所提取的室内导航网络,能够解决当前室内导航网络在构建过程中存在的自动化程度较低、忽略语义及三维几何信息、导航网络数据难以共享等问题,为室内导航与位置服务的更好实现奠定了基础。本文主要研究内容包括:(1)室内导航数据标准介绍。简要介绍了CityGML和indoorgml,结合二者对室内空间的各类信息表达进行了详细的描述,以说明其在自动生成室内导航网络过程中所起到的重要作用。(2)室内导航需求分析与CityGML LOD4数据解析。从室内导航用例场景和需求出发探讨了CityGML LOD4中可用于室内导航的关键类,并分别介绍了可导航区域、空间连接、垂直空间和不可导航区域的具体解析过程。(3)三维室内导航网络的自动化构建方法。基于室内空间的网络化表达原理,介绍了从CityGML LOD4自动构建三维导航网络路径的方法,并针对其中存在着凹多面体中心点落于其外部的问题,采用相关计算几何算法对凹多面体进行凸剖分,并综合考虑几何和语义信息重构导航网络,最后基于CGAL实现了凹多面体的凸剖分。(4)室内导航网络自动化构建实验与导航网络的共享及可视化表达。利用三维语义建模与转换工具建立CityGML LOD4三维室内语义模型,基于三维室内导航网络自动化构建关键技术,采用相应的实验手段实现了三维导航网络的自动化构建,并导出为便于共享交换的室内导航数据标准格式indoorgml,最终利用开源技术实现了三维模型和导航网络的在线可视化。

关键词： CityGML LOD4 室内导航网络自动生成 indoorgml 空间剖分

室内场景下基于三维点云的导航网络模型构建方法

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室内场景下基于三维点云的导航网络模型构建方法

作者：刘飞兰州交通大学

学位级别：硕士

随着城市化进程的加速,复杂的建筑物室内场景已成为人们寻路活动的认知障碍。例如应急疏散情景下,复杂的室内场景会极大程度增加人员疏散的时间成本,给人们的生命财产安全造成损失。因此面对纷繁复杂的室内场景,有必要对室内场景的空间... 详细信息

随着城市化进程的加速,复杂的建筑物室内场景已成为人们寻路活动的认知障碍。例如应急疏散情景下,复杂的室内场景会极大程度增加人员疏散的时间成本,给人们的生命财产安全造成损失。因此面对纷繁复杂的室内场景,有必要对室内场景的空间结构进行分析,构建出易于识别的室内导航网络模型以便于快速规划出最优路径,从而保护人们的生命财产安全。本文对室内场景模型重建和室内导航网络模型的实现算法进行优化,并将室内场景模型和室内导航网络进行融合,提出一种室内场景下基于三维点云的导航网络模型构建方法。本文主体思想可分为室内场景的网格化表达、室内空间拓扑关系的生成和室内场景下导航网络模型的构建,形成从局部到整体的分析和理解。本文主要研究工作如下:(1)室内场景的网格化表达。为避免室内场景模型中狭长三角形的存在,提出了一种基于KD树的逐点插入法网格化算法。首先对点云数据构建非完全分割的KD树索引,其次引入控制点(KD树划分之后的非叶节点)调整点云数据插入的顺序,最后使用逐点插入法进行三角网格重建以实现室内场景的网格化表达。(2)室内空间拓扑关系的生成。室内空间拓扑关系是室内导航网络模型的数据支撑,通过连通关系、邻接关系和包含关系可以确定各个室内空间单元的位置信息和结构关系。针对室内空间拓扑关系的生成,引入Point Net++实现室内空间单元的提取,在indoorgml的基础上生成NRG模型,构建室内空间单元之间的连通关系、邻接关系和包含关系,并对其实现可视化表达。(3)室内场景下导航网络模型的构建。针对传统的室内导航网络可视化表达可读性不强的缺点,提出一种室内场景下的导航网络模型构建方法。基于室内空间拓扑关系和空间数据库可实现室内导航网络模型的构建,将室内导航网络模型嵌入到室内场景模型中,提升人们对复杂室内空间结构的认知能力。本文以建筑物室内三维点云数据作为数据源,设计实验分别对室内场景的网格化表达、室内空间拓扑关系和室内场景下导航网络模型进行可行性验证。针对提出的室内场景模型的优化算法,从时间效率和模型质量等方面进行验证,实验表明优化算法优于其他比较算法。以Bunny点云数据的三角网格重构为例,该优化算法在时间效率上相较于BRIO提高了13%,相较于KD树网格化算法提高了8%;关于室内空间拓扑关系的生成,引入的Point Net++语义分割结果中m Io U为0.5243,平均分类精度可达83%,符合实验的预期效果。并且基于NRG生成的室内空间拓扑关系结构清晰,并实现了室内空间拓扑关系的可视化;在室内场景下导航网络模型的构建中,室内导航网络模型与室内场景模型融合之后的模型既保持了导航网络的连通性又为导航网络提供了外部参照。最后对室内场景下的导航网络模型利用迪杰斯特拉算法验证了空间拓扑的正确性和室内导航的可行性。

关键词：室内场景室内导航空间拓扑关系三维点云 indoorgml

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基于BIM的室内空间结构模型提取与重建

基于BIM的室内空间结构模型提取与重建

作者：张桓源南京师范大学

学位级别：硕士

随着城市化的发展,数字城市、智慧城市建设等对建筑物室内空间模型数据的需求朝着精细化、快速化建模方向发展。一方面,室内三维空间结构的测量/采集、建模存在着数据获取困难,建模自动化程度低等问题,另一方面,在建筑信息化领域,建筑... 详细信息

随着城市化的发展,数字城市、智慧城市建设等对建筑物室内空间模型数据的需求朝着精细化、快速化建模方向发展。一方面,室内三维空间结构的测量/采集、建模存在着数据获取困难,建模自动化程度低等问题,另一方面,在建筑信息化领域,建筑信息模型(BIM)已经成为业界广泛认可的建模工具,它提供了语义与几何信息丰富的室内空间数据载体。如何将其在GIS这个智慧城市最适合的平台上加以整合利用,成为当前的研究热点和迫切的应用需求。目前由于室内环境的复杂多样,且获取语义和几何一致的室内数据也非易事,因而对室内对象表达并精细化建模工作尚未取得令人满意的效果。许多学者以BIM作为数据源,提取建筑的语义和几何信息,并将之转换到GIS模型中,从而为GIS室内空间的研究提供支持。然而,多数学者以CityGML作为室内模型的载体来表达室内环境,由于CityGML自身的缺陷,例如对于室内连通性表达存在不足,对室内烟火扩散、气体扩散路径等三维方面的应用难以满足。针对上述问题,本文通过对BIM模型中的解析,提取出LOD4层次的建筑信息,并将这些信息转换到CityGML模型中,在此基础上,结合indoorgml模型,构建室内的拓扑信息,并对室内空间进行三维剖分以满足复杂的三维GIS应用。本文的研究内容和工作成果主要包括以下几点:(1)BIM模型语义和几何信息的提取和转换BIM模型主要用于对建筑全寿命周期的设计、施工和管理,它包含了详细而丰富的建筑几何、语义信息,然而缺乏GIS的分析能力,因此需要对这些信息进行提取并转换到GIS平台上。本文对BIM模型中SweptSolid,CSG(Constructive Solid Geometry)和 Brep(Boundary Representation)三种几何表示信息进行提取,并将他们参数化的表达形式统一转换为CityGML中的Brep表达方式,并根据LOD4层次的语义规范,对BIM模型中的语义信息进行筛选和过滤,从而构建出完整的GIS建筑模型。(2)室内拓扑信息的构建本文在转换后的模型基础上,结合indoorgml模型构建出室内二维连通网络,从而为室内的导航、路径分析等应用提供数据支持。本文在构建连通网时,过滤掉室内不可导航的对象,例如家具,只保留房间、走廊、楼梯和门。通过它们彼此之间的空间位置关系,确定它们之间的连通性。(3)室内空间的划分在实际构建室内的连通环境时,需要将研究对象的空间转换为二维节点,通常取体空间的中心点作为节点。本文对于室内不规则的建筑对象,例如走廊、楼梯,通过提取对象的中心线,并重新判断它和相关联的对象之间的关系,从而构建室内拓扑网络。为了能够满足室内更复杂的3DGIS应用需求,例如室内气体扩散等,本文利用八叉树对室内空间进行体剖分,各个体块之间通过八叉树索引相互关联,从而为复杂的GIS应用提供理论依据。本文采用BIM官网模型数据进行验证,研究结果表明,对BIM模型几何提取和转换可以满足CityGML LOD4层次的要求,并且可以提供完备的语义信息;构建的室内连通网络符合实际的导航需求,并可转换为indoorgml模型;利用八叉树对室内空间的剖分能够覆盖整个室内空间,从而为后续更深入的应用研究提供支持。

关键词： IFC(Industry Foundation Classes) BIM CityGML indoorgml 室内数据模型

利用RGB-D传感器数据的室内导航数据模型构建

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利用RGB-D传感器数据的室内导航数据模型构建

作者：曾利萍中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

随着经济和科技的日益发展,人们对室内导航的需求也越来越迫切。同室外导航一样,室内导航也需要导航数据的支持。由于室内结构的复杂性,针对室内导航数据的人工制作费时费力,效率相对不高。为了解决生产效率不高的问题。本文提出了一种... 详细信息

随着经济和科技的日益发展,人们对室内导航的需求也越来越迫切。同室外导航一样,室内导航也需要导航数据的支持。由于室内结构的复杂性,针对室内导航数据的人工制作费时费力,效率相对不高。为了解决生产效率不高的问题。本文提出了一种利用室内三维点云数据自动构建可用于室内导航及位置服务的数据文件的方法。数据模型结构依据为indoorgml数据标准。文中提出的导航数据文件自动构建的方法主要包括有三个内容:室内点云数据的分类,要素空间拓扑关系建立和室内导航数据信息文件建立。根据由Kinect采集得到的室内点云的特点,本文提出了两种分类方法。针对获得的数据是否有运动轨迹数据,本文提出了两种要素拓扑构建方法。本文综合分析了Kinect数据特点,室内空间语义和室内导航数据标准的情况下,对教学楼实测数据和2D-3D-S数据集的一个场景数据进行了建模实验,具体内容如下:a)对实验场景数据进行点云分类和要素信息提取。对点云进行颜色特征,三维形状特征和室内语义特征的提取,再利用随机森林分类器进行分类。实现了教学楼场景点云分类。对分类得到的各要素提取位置,形状等信息。b)对提取的各要素进行空间拓扑关系的建立。这部分针对两种数据的特点我们提出了两种构建空间拓扑的方法。对于Kinect数据重叠度大,配准误差大,但可以获得传感器运动轨迹的特点,因此,利用传感器运动轨迹进行各要素的拓扑构建。而对于2D-3D-S数据集的特点及其没有运动轨迹数据,本文采用的是基于简单形状语法的室内空间划分构建要素拓扑关系。实验结果表明,能够有效建立各要素间的拓扑连接关系。c)对提取的空间信息生成导航数据文件。如何组织这些提取到的空间信息并应用于室内导航和位置服务中去,我们采用的是indoorgml数据标准中的一部分内容,利用这个数据标准去构建室内空间数据。通过程序语言能够快速生成xml格式的数据文件。通过本文的研究内容和方法实现了利用室内三维点云生成可用于室内导航和位置服务的室内数据文件,这个数据文件包括indoorgml标准里所涉及的室内导航要素节点的位置信息,空间连接和邻接关系以及空间要素包含关系。indoorgml标准所描述的室内信息内容丰富,本文仅建立了标准里提到的一部分信息,在未来的研究中将会深入研究,丰富室内导航数据信息。

关键词：室内导航随机森林 Kinect indoorgml 点云分类

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建筑物室内空间建模研究综述

地理信息世界 2014年第5期21卷 7-12页

作者：张寅宝张威巍张欣信息工程大学河南郑州450052

建筑物室内空间建模是地理信息、位置服务、智能建筑等领域关注的热点之一,是室内开展精细化、人性化、智能化应用与服务不可回避的问题。本文首先回顾了室内空间建模的发展现状,总结归纳了室内空间的四个显著特点,然后比较分析了三类... 详细信息

建筑物室内空间建模是地理信息、位置服务、智能建筑等领域关注的热点之一,是室内开展精细化、人性化、智能化应用与服务不可回避的问题。本文首先回顾了室内空间建模的发展现状,总结归纳了室内空间的四个显著特点,然后比较分析了三类常用室内空间建模方法的优缺点,最后重点介绍了CityGML,BISDM,indoorgml,BIM四个数据模型的基本内容,并从不同角度进行了横向对比。

关键词：室内空间建模数据模型 CityGML BISDM indoorgml BIM