地理信息 BIM到GIS的概念映射 （B2GM） 征求意见稿

1GB/TXXXXX—XXXX地理信息BIM到GIS概念映射(B2GM)本文件定义了从建筑信息模型（BIM）映射信息元素到地理信息系统（GIS）的概念框架和机制，以便根据特定的用户需求存取所需要的信息。将BIM信息映射到GIS的概念框架是与下面三种映射机制一起来定义的：——BIM到GIS的视角定义（B2GPD——BIM到GIS的元素映射（B2GEM——BIM到GIS的LOD映射（B2GLM）。因为BIM和GIS两个异构模型之间的物理模式集成或映射非常复杂，可能会引起各种模糊不清的问题，因此本文件不描述BIM和GIS模型之间的物理模式集成或映射。在BIM和GIS之间开发一个统一的信息模型不在本文件的范围内。本文件的范围包括：——对BIM到GIS概念性映射需求描述的定义；——从一个模式导出到另一个模式的映射的定义。以下概念不在本文件范围内：——对任何特定的映射应用要求和机制的定义；——对BIM和GIS之间坐标系映射的定义。注：对于基于GIS的BIM模型的位置和方向等与地理参考相关需求的案例,还存在其他关于地理参考的BIM的标准可供参考，比如ISO19111和buildingSMART的信息交付手册（InformationDeliveryMan——应用程序框架的实现。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ISO19103地理信息概念模式语言ISO19107地理信息空间图式ISO19109地理信息应用程序模式规则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。注：ISO和IEC用于标准化的术语数据库可于以下地址访问：2GB/TXXXXX—XXXX——ISO在线浏览平台：可在/obp访问——IECElectropedia：可在/访问3.1映射mapping一个系统、非空集合中的元素与另一个系统、非空集合中的元素之间的对应关系。3.2映射规则mappingrule映射所遵循的法则和章程。3.3应用程序application3.4应用程序模式applicationschema3.5类class<UML>描述了一组（3.9）共享相同属性、操作、方法、关系和语义的对象。[来源：ISO19103:2015,4.7,已将<UML>域添加到条目中。]3.6要素feature3.7元素element3.8复杂要素complexfeature3.9细节层次levelofdetail(LOD)），3GB/TXXXXX—XXXX3.10模型model对现实某些方面的抽象。[来源：ISO19109：2015,4.15]3.11对象object<UML>具有一个定义清晰的边界和封装了状态和行为的标识的对象实体。[来源：ISO19103：2015,4.25,已修改--<UML>域已添加到条目中。]3.12包package<UML>将元素（3.5）组织成组的通用机制。[来源：ISO19103：2015,4.27]3.13视角perspective<BIM>为用例环境所必要的数据和行为的定义。3.14运行时库runtime<BIM>由一个源元素编译时产生的，由代码和数据组成的元素集（3.5）。[来源：ISO/IEC1989：2014,4.168，已修改。]3.15系统system应用程序（3.1）、服务、信息技术资产或其他信息处理组件。[来源：ISO/IEC29134:2017,3.13]3.16系统属性systemproperty自动创建模型时使用的自定义的系统（3.13）设置。示例指南GUID4缩略语和符号4.1缩略语4GB/TXXXXX—XXXX5GB/TXXXXX—XXXX5一致性本文件在第7、8、9章中定义了需求类。6.1总则BIM到GIS概念映射（B2GCM）指的是从BIM模型到GIS模素、LOD和几何图形相关的转换规则集。——用户明确设计、预测和检查模型集成结果的方式；——从用户视角出发定义、连接和整合所需数据的方式——用户排除不必要的数据并确定所需数据量的方式。6.2概念概述图1展示了本文件中定义的B2GCM的概念概述，并介绍了——数据视图的视角定义表达。“视角”指根据用例来提取所需的数据。视角信息的表示取决于特定的用例，如用户设施管理。PD由三种机制组成，用于提取所需的外部数据。——从BIM到GIS模型的元素映射。为了将元素从BIM模型转换为GIS模型，有必要定义BIM到GIS的元素映射机制。元素映射从特定用例的角度描述了与元素映射机制相关的映射要求。——从BIM模型到GIS模型的LOD定义和映射。LOD模型定义了可视化机制。但是，在ISO167396GB/TXXXXX—XXXX图1B2GCM概念概述6.3机制使用本文件中定义的映射框架，可以从链接到含有BIM信息的数据库中查询信息。图2展示了从包含GIS和BIM信息元素的集成数据库中查询信息的使用案例。图2基于B2GCM用例的链接数据库和集成查询在表1中所列的BIM和GIS模型要求范围内，B2GCM支持BIM模型到GIS模型映射。如图3所示，BIM和GIS模型的几何形状的边界应该能够根据ISO19109通用特征模型（GFM）和ISO19107空间模式来定义。按模型包映射BIM模型到GIS模型的最低信息需求见表1中的定义。表1包要求7GB/TXXXXX—XXXX符合表1中定义的要求的BIM模型类结构可以用UML表示，如图4所示。图4UML表示的BIM模型概念图类似地，符合表1中定义的要求的GIS模型类结构也可以用UML表示，如图5所示。8GB/TXXXXX—XXXX图5UML表示的GIS模型概念图B2GCM中包与包之间关系如图6所示。图6UML表示B2GCM包关系表2B2GCM包要求），应为元素映射定义以下映射运算符。预定义的运算符可用于创建映射规9GB/TXXXXX—XXXXLM（LB→LG,LODname）7.1总则B2GPD支持根据具体用例而定的视角法的信息表示方法。为了定义绑定并使用BIM、GIS和外部数据集的信息视角，B2GPD包括以下方法：——需要哪些与BIM模型用例相关的数据。——如何提取和整合BIM、GIS和外部数据集之间的数据。——如何表示集成信息。7.2机制为了获得每个视角的信息视图，7.1中列出的方法已被划分为几个信息处理阶段，如根据视角的数据视图DataView（见7.2.1），用于信息转换的逻辑视图LogicView（见7.2.2），以及用于信息表达的样式视图StyleView（见7.2.3）。7.2.1数据视图数据视图将所需的数据表示为BIM对象属性。将这些属性与BIM对象结合在一起，再定义一个主键，如GUID。这些属性用公式（1）来表示。使用元数据和脚本提取的属性应被形式化为类别、属性名、属性值和属性类型。类别用来表示组内相似的属性。类型有整数、实数和字符串。属性={类别、名称、值、类型}7.2.2逻辑视图逻辑视图使用了ETL概念来表达提取和转换数据。为了处理基于BIM的FM数据，必须以一种易于使用的形式提取、转换和存储在分布式数据库中的聚合FM数据。这个过程是使用一个ETL平台来执行的。通过从各种地理空间数据源提取和细化数据，转换数据并将其存储于数据库中，提取的属性数据可用于提取或分析支持每个项目利益相关者角度的信息。提取的数据应具有一个已定义的与BIM对象结合的PK，例如GUID。7.2.3样式视图样式视图定义了在用户界面上显示数据的格式化方法。格式可以用XML形式表示（参见附件C）。表3列出了B2GPD样式视图、数据视图和逻辑视图类的类需求。表3B2GPD类要求GB/TXXXXX—XXXXPDPD_data_viewPD_logic_viewPD_style_viewPD_elementPD_categoryPD_propertyPD_propery_style表4B2GPD类描述GB/TXXXXX—XXXXPDname：CharacterStringBIM_model_destination：URI指向一个用于集成外部数据的BIM模型目的地的URPD_style_view-PD_data_view-PD_logic_viewexternal_data_souce：URIETL_module：CharacterStringPD_elementobjectGUID:GUIDPD元素与BIM对象结合的主键PD_categoryname:CharacterStringPD_propertyname:CharacterStringvaluetype:{Integer,Real,Character-String}PD属性的值类型可以是整数、实数或字符串PD_propery_stylecategory:CharacterStringproperty:CharacterString显示在用户界面上的PD属性值formattingOperation:Charac-terString在用户界面上表示PD属性值的格式化操作8.1总则为了将元素从BIM模型转换至GIS模型，应定义将BIM模型EM可以从具体用例的角度描述与对象映射机制相关的映射需求定义。8.2机制户等，见图8所示。GB/TXXXXX—XXXX图8基于B2GEM的元素转换机制概念图表5B2GEM类规则为了实现从BIM模型到GIS模型的元素转换，需要考虑一种LOD映射方法。例如，BIM数据库中的一堵墙根据具体的应用案例可以映射为GIS模型LOD2或LOD3级中的一堵墙。因为元素的LOD表示因用例而异，因此有必要考虑将LODs从BIM模型转换为GIS模型的LOD映射方法。B2GEM概念可以用UML表示，如图9所示。EM_rule图9UML表达的B2GEM概念图表6列出了与B2GEM相关的类成员定义。GB/TXXXXX—XXXX表6B2GEM类别定义EM_rulename:CharacterString元素映射规则名称PSet_operation：{Replace,Append}元素映射操作：1)替换：当元素映射时，映射源替换映射目的地。2)追加：当元素映射时，映射源被添加到映射目的地。EM_rulesetname:CharacterString元素映射规则集名称description:CharacterString元素映射规则集说明BIM_model_source：URIGIS_model_destination：URIEM_sourceelement:CharacterString元素映射的源元素名称。EM_destinationelement:CharacterString元素映射的目的地元素名称9.1概述在一定条件下，B2GLM应定义一种将LODs从BIM转换至GIS模型的方法。在GIS模型中，可能存在支持多种GIS应用（包括信息可视化）的LOD方案来表示不同细节的LODs。为了支持GIS中的LOD应用，BIM模型中的几何图形应足够完整。可以在各种LOD下做可视化工作，但是有的应用需要只在更高级别LOD中表示的信息来做可视化。如果无法从BIM模型中提取该信息，则需要从其他数据中获取。例如，一个早期阶段的“可视化”BIM模型不可能具有足够完整的几何图形来支持洪水建模，也不可能具有足够的纹理信息来支持噪声建模。GIS模型的LOD方案支持用各种LODs来表示GIS对象的几何信息。LODs定义了一个类似于边界数据结构的可视化机制和信息。但是，BIM模型中没有LOD方案。为了表示GIS中的BIM对象，需要从BIM模型中提取LOD信息。这个LOD信息可以由LOD映射规则集定义。9.2机制在将LODs从BIM映射到GIS模型之前，应考虑从BIM模型的几何图形中生成LOD信息的机制。B2GLM定义了将LODs从BIM转换到GIS模型的映射规则。表7B2GLM类需求LM（LB→LG,LODname）为了生成一个BIM模型的LOD，应定义LOD信息，并将其转换为一个GIS模型元素的LOD。这种LOD信息定义方法可以是一个包含简单的实体运算符在内的规则集，比如挤压、投影，以及诸如B2GLM规则集运算符之类的其他运算符。图10显示了以UML方式表达的定义LOD细节映射规则的类图。GB/TXXXXX—XXXX图10用UML表示的B2GLM概念图表8列出了B2GLM映射规则集定义所需的运算符。从BIM中提取的LOD是使用LM规则集运算符按GIS要求的LOD角度来创建的。表8B2GLM类定义规则集名称定义返回建筑物元素的覆盖区几何图形返回建筑物元素的OBB（定向边界框）返回映射到在枚举平面类型中指定的建筑几何元素的参考曲面上的2D几何图形在基准中指定的参考曲面上创建二维几何图形g的边界，并返回二维几何图形使用矢量方向v，将二维几何图形g挤出与高度一样多的几何图形，并返回该几何图形仅提取几何图形g的外表面，然后返回外表面几何图形仅提取几何体g的内表面，然后返回内表面几何图形仅返回建筑物元素的VOID类型元素。VOID类型元素指的是窗户、门和其他开口。返回几何图形g1和g2的并运算结果y返回几何图形g1和g2的减运算结果返回几何图形g1和g2交操作的结果OBB定义OBB的X轴成员GB/TXXXXX—XXXX表8（继续）定义三维矢量元素通过使用规则集和运算符，可以为每个GIS元素定义从BIM模型的几何表示生成LODs的方法。为了在语义上定义从BIM到GIS模型的LOD映射，需要一套映射规则。B2GLM的规则集由包含诸如简单实体建模函数和集合运算符（合并和相交,∪和∩)之类的运算符在内的规则组成。GB/TXXXXX—XXXX（规范性）抽象测试套件A.1.1BIMmodela)测试目的：验证一个应用程序模式或概述是否将BIM_model、element、property_set、relationship和具有边界（B_rep）数据结构的几何图形实例化为一个概念模型。如果应用程序模式或概要文件还实例化了property_set，则验证它是否包含带有属性名称和值的属性（参b)试验方法：检查应用程序模式或概述的文档。c)参考：ISO19166：2021，表1，要求BM1-BM4。d)测试类型：能力。A.1.2GISmodela)测试目的：验证一个应用程序模式或概述是否将GIS_model、element、property_set、relationship、LOD和具有边界（B_rep）数据结构的几何图形实例化为一个概念模型。如果应用程序模式或概述还实例化了property_set，则验证它是否包含带有属性名称和值的属性（参考表1以及图5）。b)试验方法：检查应用程序模式或概述配置文件的文档。c)参考：ISO19166：2021，表1，要求GM1-GM4。d)测试类型：能力。A.1.3B2GCM封装a)测试目的：验证是否定义了B2GPD、B2GEM和B2GLM。对于BIM-GIS概念映射，B2GPD和B2GEM是要求。每个组件的B2GLM可以是一个选项，具体取决于用例（参见表2）。请参阅A.2,A.3,A.4中的测试套件去了解每个组件的详细要求。b)试验方法：检查应用程序模式或概述的文档。c)参考：ISO19166：2021，表2。d)测试类型：能力。A.2B2GPD需求满足a)测试目的：验证一个应用程序模式或概述是否实例化了PD、PD_style_view、PD_data_view和PD_logic_view（参见表3）。作为概念的观点，PD_data_view应定义类似数据集结构的数据视图，并包含一个主键（PK），例如GUID。如果应用程序模式或概述还实例化了PD_logic_view，则验证它是否包含带有external_data_sourceURI的ETL_module。b)试验方法：检查应用程序模式或概述的文档。c)参考：ISO19166：2021，表3，要求PD1-PD6。d)测试类型：能力。A.3B2GEM需求满足GB/TXXXXX—XXXXa)测试目的：验证一个应用程序模式或概述是否满足A.1.1和A.1.2中的所有要求，并验证它是否支持在BIM模型与GIS模型之间的元素映射机制。作为概念的观点，B2GEM包应包含带有元素类名称的名为EM_rule、EM_source和EM_destination的规则集，以元素类名作为概念的视点（参见图9）。b)试验方法：检查应用程序模式或概述的文档。c)参考：ISO19166:2021，A.1.1，A.1.2，8.2，要求EM1（参见表5）。d)测试类型：能力。A.4B2GLM需求满足a)测试目的：验证一个应用程序模式或概述是否满足A.1.1,A.1.2和A.3的所有要求。并验证它是否支持在BIM模型和GIS模型几何图形之间的LOD映射机制。作为用例的观点，B2GLM包应包含并定义一个生成LODs的名为LM_rule的规则集（参见表4和图10UML图）。b)试验方法：检查应用程序模式或概述的文档。c)参考：ISO19166:2021,A.1.1,A.1.2,A.1.3,9.2,要求LM1（参见表7）。d)测试类型：能力。GB/TXXXXX—XXXX（资料性）B2GEM和LM示例附录B给出了一个使用XML定义B2GEM和LM规则集的示例，如图B.1所示。图B.1B2GEM和LM样例正如表B.1显示的，从一个特定用例的角度来看，可以使用映射规则，获得从IFC到CityGML的LOD模型。GB/TXXXXX—XXXX表B.1IFC-CityGMLLOD映射结果GB/TXXXXX—XXXX（资料性）使用B2GPD的实例示例附录C在图C.1中展示了一个例子，来定义遵从B2GPD需求的特定用例的视角。图C.1视角定义概念图GB/TXXXXX—XXXXCityGMLLOD模型与映射附录D在图D.1中展现了一种在BIM、GIS与异构数据之间进行连接和集成数据库的概念性机制。本附件在图D.1和D.2中展现了CityGML和IFC之间的几何模式差异。在IfcElement中IFC是几何模型，但是在GenericCityObject中CityGML是一个多重的LOD模型。为了映射这两个几何模型，应定义详细的LOD映射。图D.1CityGMLLOD模型GB/TXXXXX—XXXX图D.2将LOD从IFC转换为CityGML的B2GLM的LOD生成算子GB/TXXXXX—XXXXLOD映射规则描述示例为了在语义上定义从IFC到CityGML的LODs映射，需要一套映射规则。B2GLM的映射规则集包括简单的实体建模函数和诸如并集和交集之类的集合运算符如，如图E.1所示。图E.1B2GLM映射规则集示例GB/TXXXXX—XXXX参考文献[1]ISO13537,Spacedataandinformationtransfersystems—Referencearchitectureforspacedatasystems[2]ISO16739-1,IndustryFoundationClasses(IFC)fordatasharingintheconstructionandfacilitymanagementindustries—Part1:Dataschema[3]ISO19101-1:2014,Geographicinformation—Referencemodel—Part1:Fundamentals[4]ISO19104