序言?

CityGML 2.0.0版本和CityGML 1.0.0版本（OGC doc No.08-007r1）之間的重大變化：

? 表達隧道和橋梁表示的新主題模塊；

? 用于建筑和建筑部件外殼語義分類的附加邊界表面（OuterCeilingSurface, OuterFloorSurface）；

? 建筑物和建筑部件中的底面輪廓和屋頂邊界的LOD0表達；

? 表達城市對象相對于周圍地形和水面位置的附加屬性（relativeToTerrain, relativeToWater）； ? 測量值和屬性集的附加通用屬性。

? CityGML代碼列表機制的重新設計（枚舉屬性現在屬于 gml：codetype 類型，有助于提供枚舉其可能屬 性值的附加代碼列表）。

將現有的CityGML 1.0實例遷移到有效的2.0實例，只需要將文檔中的CityGML命名空間和模式位置值更改 為CityGML 2.0即可。

0. 引言

0.1. 動機

越來越多的城市和公司正在為城市規劃、移動通信、災害管理、三維地籍、旅游、車輛和行人導航、設施管理和 環境模擬等不同的應用領域構建虛擬三維城市模型。此外，在歐洲環境噪聲導則（END，2002/49/EC）的實施 過程中，三維地理信息和三維城市模型發揮了重要作用。

近年來，大多數虛擬三維城市模型被定義為純圖形或幾何模型，忽略了語義和拓撲方面的內容。因此，這些模型 幾乎只能用于可視化目的，而不能用于主題查詢、分析任務或空間數據挖掘。由于模型的有限可重用性抑制了三 維城市模型的廣泛應用，因此必須采用一種更通用的建模方法，以滿足不同應用領域的信息需求。

CityGML是一種用于表示三維城市對象的通用語義信息模型。CityGML可在不同應用程序之間共享，對于3D城市 模型的低成本、可持續維護尤為重要，這可允許相同數據在不同領域里的復用。可顯著應用CityGML的領域包括 城市規劃、建筑設計、旅游休閑活動、環境模擬、移動通信、災害管理、國土安全、房地產管理、車輛和行人導 航、培訓模擬器等。

CityGML是一種基于XML的格式地開放數據模型，用于虛擬三維城市模型的存儲和交換。它是作為GML3的一個 具體應用模式實現，GML3是由OGC和ISO TC211發布的空間數據交換和編碼的可擴展國際標準。CityGML基 于ISO 191xx系列、OGC、萬維網聯盟（W3C）、Web3D聯盟(W3D)和結構化信息標準推進組織（OASIS）的多 種國際標準。

CityGML定義了城市和區域模型中最相關的對象類別及之間的關系，涉及到其幾何、拓撲、語義和外觀屬性。“ 城市”的定義很寬泛，不僅包括建筑結構，還包括高程、植被、水體、城市家具等等。CityGML也包括了主題 類、聚合、對象之間的關系和空間屬性之間的細節層次模型。CityGML同時適用于大區域和小區域，可以表示不 同細節層次的地形和三維對象。由于CityGML可以表示沒有拓撲和語義的單一簡單模型，也可以表示具有完整拓 撲和細粒度語義差異的復雜多尺度模型，因此CityGML可以實現不同地理信息系統和用戶之間的信息無損交換。

0.2. 歷史背景

CityGML自2002年起由SIG 3D的成員開發。自2010年以后，該小組成為GDI-DE的一部分。2010年之前，SIG 3D 隸屬于北萊茵-威斯特伐利亞地理數據基礎設施計劃（GDI-NRW）。SIG 3D是一個開放的小組，由來自德國、英 國、瑞士和奧地利的70多家公司、政府部門和研究機構組成，致力于開發可操作的三維城市模型和地理可視 化。SIG 3D工作的另一個工作成果是提出了網絡三維服務（W3DS），這是一個3D繪制服務，也是OGC正在討論 的（OGC Doc. No. 05-019 and OGC Doc. No. 09-104r1）。

2005年，GDI-NRW的 Pilot 3D 項目首次成功實施并評估了CityGML的一部分內容。與會者來自德國各地，展 示了CityGML在城市規劃方案和旅游上的應用。2006年初，EuroSDR的CityGML項目也開始關注歐洲的三維城市 建模協調。2006年6月至12月，CityGML在OWS-4的CAD/GIS/BIM專題中得到應用和評估。自2008年以來 ，CityGML（1.0.0版本）成為OGC的一個標準。

從這個時間節點開始，CityGML已經在全世界傳播。德國和歐洲其他國家的城市使用CityGML提供了各自的三維 城市模型（僅舉幾個例子，柏林、科隆、德累斯頓和慕尼黑）。在法國，Bati3D項目（IGN France）定義 了CityGML LOD2的一個專用文件，并提供了巴黎和普羅旺斯艾克斯、里爾、南特和馬賽市中心的數 據。CityGML在荷蘭的三維試點項目中也發揮了重要作用，支撐其三維地理信息標準和三維基礎設施。歐洲的許 多城市，如摩納哥、日內瓦、蘇黎世、利沃登，丹麥的城市（LOD2和3，部分是LOD4）都使用CityGML LOD2 或3來進行數據的表達與交換。CityGML對歐盟委員會INSPIRE倡議的建筑模型（2.0版本）產生了重大影響，該倡議旨在創建一個歐洲空間數據基礎設施，以互操作方式提供公共數據。在亞洲，伊斯坦布爾（LOD1和LOD2） 、多哈、卡塔爾（LOD3）和橫濱（LOD2）的三維城市模型也使用CityGML進行數據的表達與交換。此外 ，CityGML在馬來西亞的三維空間數據基礎設施中起著至關重要的作用。

今天，許多商業和學術工具通過接口的方式來支持CityGML的使用。其中典型案例是三維城市數據庫（3D City Database），該數據庫是一個免費的開源3D地理數據庫，主要用于存儲、表示和管理由柏林理工大學提供 的Oracle 10g R2和11g R1/R2+的虛擬三維城市模型。它完全支持CityGML，并附帶了一個用于導入和導 出CityGML模型的工具。此外，柏林技術大學還提供了一個用于處理CityGML模型（citygml4j）的開源Java類 庫和API。Safe軟件公司的轉換工具FME（要素操作引擎）是ESRI的ArcGIS交互性擴展的一部分，它也具 有CityGML的讀寫接口。同樣，Bentley Systems的BentleyMap等CAD工具，以及CPA Geo Information 的SupportGIS等GIS工具也提供CityGML的讀寫接口。目前部分3D查看器（都是免費提供的）也為CityGML提供 讀取接口。例如，波恩大學的Aristoteles Viewer、Autodesk 的 LandXplorer CityGML Viewer（studio版本 非免費）、KIT Karlsruhe的FZKViewer for IFC and CityGML以及Bitmanagement Software GmbH的BS Contact（通過地理空間擴展工具BS Contact Geo提供了CityGML插件）。關于CityGML轉換工具正在日漸增 多。如有需要，可訪問CityGML的官方網站 http://www.citygml.org 以及 http://www.citygmlwiki.org。

0.3. CityGML 2.0 新功能

CityGML 2.0是針對CityGML國際標準1.0版本（OGC Doc. No. 08-007r1）的主要更新，為CityGML的主題模型引 入了大量的新增內容和新功能。修訂版最初計劃是對1.1版的一個小更新。修訂過程的主要努力是確保在概念模 型成名和CityGML實例文檔層面的向后兼容性。然而，某些更改無法按照 OGC政策（參見OGC文件 No.135r11 ）里關于小修訂和向后兼容性的要求進一步實施。因此，考慮到CityGML社區的更新需求，將主要版本號更改 為2.0，以符合OGC版本控制策略。

CityGML 2.0版本以下意義上向后兼容1.0版本：每個有效的1.0實例都是有效的2.0實例，前提是需要將文檔中 的CityGML命名空間和模式位置更改為對應的2.0名稱，因為CityGML版本號編碼已在源碼中更新。

以下條款概述了CityGML2.0的新增功能。

新主題模塊：橋梁和隧道

橋梁（ Bridge ）和隧道（ Tunnel ）是城市和景觀模型中的重要對象。它們是交通基礎設施的重要 組成部分，通常是城市的標志性建筑。CityGML1.0一直缺乏專門用于橋梁和隧道的主題模塊，因此必須 使用 GenericCityObject 作為代理來建模和交換此類對象（參見第10.12章）。CityGML2.0現在引入 了兩個新的主題模塊，明確表示橋梁和隧道。這是對CityGML主題模型的補充：橋梁模塊（參見第10.4 章）和隧道模塊（參見第10.5章）。

橋梁和隧道可以用LOD1–4表示，基礎數據模型與 Building 模型具有一致的結構。例如，可以將橋梁 和隧道分解為多個部分，可以使用帶有開口的主題邊界面對殼體的各個部分進行語義分類，并且可以表 示裝置以及內部建造的結構。這種連貫的模型結構有助于對語義實體的理解，并有助于減少軟件實現工 作量。橋梁和隧道模型分別介紹了特定于橋梁和隧道的更多概念和模型元素。

對現有主題單元的補充

? CityGML核心模塊（參見第10.1章） ? 對抽象基類 core:_CityObject 添加了兩個新的可選屬性： CityGML Core 中的 relativeToTerrain 和 relativeToWater 。這些屬性以定性的方式表示地物相對于地形和水 面的位置，從而便于簡單有效的查詢（例如，查詢地下建筑物的數量），不需要額外的數字地 形模型或水體模型。

? 建筑物模塊

? LOD0 表示

? 建筑物現在可以使用LOD0對建筑底地面輪廓和/或屋頂邊界進行表示。可以將現有的 二維數據和來自航空和衛星圖像的屋頂重建數據易于整合到一個三維城市模型中。目前僅 限于水平的三維表面。

? 附件的專題邊界表面

? 為了從語義上，對既不是水平墻面也不是屋頂部分的建筑外殼進行分類，引入了兩個 附加的邊界表面： OuterFloorSurface 和 OuterCeilingSurface 。

? 與專題邊界表面的附加關系

? 除了 _AbstractBuilding 和 Room ， BuildingInstallation 和 IntBuildingInstallation 的表面幾何圖形現在可以使用主題邊界表面進行語義分類。例 如，對于建模為 BuildingInstallation 的老虎窗（譯注：即斜屋頂上的天窗），有助于 對其屋頂和墻壁表面進行語義區分。

? 隱式幾何的附加使用

? 除了BuildingFurniture外，隱式幾何圖形（參見第8.3章）現在還可用于表示 _Opening 、 BuildingInstallation 和 IntBuildingInstallation 。使用隱式幾何后，這 些城市對象的原型可以在局部坐標系事先存儲，并在三維城市模型的不同位置進行實例 化。

? 泛型模塊（參見第10.12章）

? 泛型模塊中添加了兩個泛型屬性： MeasureAttribute 和 GenericAttributeSet 。 MeasureAttribute 有助于表示測量值以及對所用單位的引用。 GenericAttributeSet 是任 意泛型屬性的命名集合。它提供了一個codeSpace屬性(可選)，用來表示定義該屬性集的組 織。

? 土地利用模塊（參見第10.10章）

? LandUse 地貌類型的范圍已經擴大，包括地球表面專門用于特定土地利用的區域和具有特 定土地覆蓋的區域，無論是否有植被。

? 屬性類、函數和用法（所有模塊）（參見第10.10章）

? 為了協調 class , function 和 usage 的使用，對于在CityGML 1.0中提供了一個及以上 屬性的所有要素類，都補充了該三元組。

對CityGML代碼列表機制的補充

CityGML中，在代碼列表里提供了類、函數和用法等枚舉屬性的數值。該代碼列表可以由任何組織或社區根據其 特定的信息需求在CityGML模式之外指定。然而，這種機制并沒有完全反映在CityGML 1.0編碼模式中，因為 在CityGML 1.0實例文檔中，相應的屬性不能指向具有所用代碼列表值的字典。這一點在CityGML 2.0中得到了糾 正：所有從代碼列表中獲取值的屬性都屬于 gml:CodeType ，遵循GML 3.1.1機制對代碼表值進行編碼(參見第 章10.14了解更多信息）。這個 gml:CodeType 為枚舉屬性添加了數值，該功能允許提供指向相應字典 的URI。

CityGML 2.0的變更日志

附件F中提供了XML模式組件級別的更改。

對規范文檔的進一步編輯

? 細節層次模型（LOD）的精度要求（參見第6.2章） 第6.2章中提出的不同CityGML LOD精度要求是非規范性的。然而，CityGML 1.0中第6.2章的措辭與這一事 實不一致，因此已針對CityGML 2.0進行了澄清。

? 修改CityGML示例數據集（參見附錄G） 附錄G中提供的CityGML示例已被修改和擴展。現在，在示例中展示了用五種LOD等級表示的同一建筑模型 ，演示了不同LOD中建筑的語義和幾何形態，以及使用XLinks在要素之間共享幾何元素。數據集與CityGML XML模塊包一起提供，可在以下網址中找到 http://schemas.opengis.net/citygml/examples/2.0/ 。

? 應用領域擴展使用的新示例（參見附件一） 附件一中增加了泛在網絡機器人服務領域，該案例為使用應用領域擴展的第二個例子。

總結

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