基于CityGML城市建模研究——以桥梁监测模型为例

摘要

近年来随着数字地球、数字城市的提出，简单的二维GIS技术已经不能满足人们对大规模三维连续空间数据处理的需求。面向数字城市建立大规模三维城市的需求，OGC推出了三维城市通用信息模型—城市地理标记语言CityGML。CityGML对城市中各类地物进行统一分类，并考虑几何特征及地物之间到拓扑关系。桥梁在现代交通运输中起着举足轻重的作用，对桥梁进行建模并监测其健康状况，是保障交通安全的重要技术手段之一。本文基于城市建模需求，选择具有复杂结构特征的桥梁为例进行城市建模技术研究及其应用，对城市所有类型复杂三维实体建模具有重要意义。
　　论文针对国内外CityGML研究与应用现状，提出利用CityGML进行城市三维建模的思路。在梳理CityGML基础技术及其发展历程的基础上，对其五层细节层次、模块化、封闭面、地形相交曲线、几何语义一致聚合、应用领域扩展等特性进行了深入重点分析。以桥梁模型为例，建立了基于CityGML的城市建模技术流程，重点对数据采集与处理、AutoCAD建模生成dwg文件、dwg文件转换CityGML文件等关键步骤的具体过程与方法进行了研究，并实现了具体实例桥梁模型的CityGML建模。针对CityGML模型的后续应用需求，对模型的三维可视化、向其它格式转换、有限元分析应用等的过程与方法进行了研究与实现。
　　论文基于C(l)tyGML城市建模思路，研究桥梁三维建模流程与关键技术，并通过对具体桥梁模型进行CityGML建模与应用，从技术验证了使用CityGML进行三维GIS建模的可能性，从效果上验证了建模方法的实用性与可操作性。CityGML能够减少数据冗余、加强拓扑关系描述，能为将来进行大规模三维城市建模提供一定参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 技术背景

1．1．2 问题的提出

1．2 研究意义及思路

1．3 国内外研究现状

1．4 论文研究内容以及组织结构

1．4．1 论文研究内容

1．4．2 论文结构组织

1．5 小结

第2章 CityGML相关技术

2．1 CityGML基础技术

2．1．1 XML技术

2．1．2 GML技术

2．1．3 GML核心组成

2．1．4 GML实际应用建模

2．2 CityGML核心技术

2．3 CityGML的重要特点

2．3．1 CityGML的五层层次LOD模型

2．3．2 CityGML具有高度模块化的特性

2．3．3 语义——几何一致聚合性

2．3．4 封闭面特征

2．3．5 应用领域扩展特征

2．3．6 地形相交曲线特征

2．4 小结

第3章 模型桥梁CityGML建模

3．1 CityGML建模辅助桥梁监测意义

3．1．1 桥梁检测意义

3．1．2 CityGML应用于桥梁检测建模

3．2 CityGML桥梁建模数据采集与建模

3．2．1 使用激光扫描进行初始数据采集

3．2．2 手动测量进行初始数据采集

3．2．3 AutoCAD进行dwg格式建模

3．3 dwg文件转换CityGML格式

3．4 模型桥梁CityGML建模结果

3．4．1 桥梁主框架

3．4．2 桥梁拱形组成

3．4．3 桥梁接合部分

3．4．4 桥梁主体部分

3．5 模型入库

3．6 小结

第4章 CityGML可视化及转换

4．1 CityGML建模可视化

4．2 CityGML格式转换

4．2．1 转换为vtk格式文件

4．2．2 转换为xml格式文件

4．2．3 转换为kml格式文件

4．3 有限元分析应用

4．4 小结

第5章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 不足之处与下一步工作方向

参考文献

附录

攻读学位期间主要的研究成果

致谢