CityGML Einführung, Modellierung und Anwendung

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1 CityGML Einführung, Modellierung und Anwendung Joachim Benner und Karl-Heinz Häfele INSTITUT FÜR ANGEWANDTE INFORMATIK KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Agenda Kurze Vorstellung der Arbeitsgruppe "Raumbezogene Daten" Einführung CityGML Historie Organisation Konzepte Datenmodell CityGML 2.0 Anwendungen Anwendungsbeispiel: Automatisierte Bauantragsprüfung CityGML Weiterentwicklung Zusammenfassung 2

3 Agenda Kurze Vorstellung der Arbeitsgruppe "Raumbezogene Daten" 3

4 Modellierung und Verarbeitung räumlicher Daten Datenmodelle IFC, CityGML, XPlanGML, gbxml, ALKIS, STEP, INSPIRE... Modelltransformationen IFC CityGML Shapefile XPlanGML SVG XPlanGML INSPIRE PLU SVG UML XML HTML Prüfung und Zertifizierung (Verfahren, Werkzeuge) Zertifizierung IFC Prüfung XPlanGML Qualitätshandbuch CityGML Anwendungen Energiebedarfsberechnung Automatisierte Bauantragsprüfung 4

5 Softwareentwicklung 1 IFCExplorer /FZKViewer CityGML Terrain Building Bridge Tunnel Vegetation WaterBody Transportation Appearance Integration CityGML XPlanGML ALKIS OpenStreetMap 5

6 Softwareentwicklung 2 XPlanGML-Toolbox Shapefile XPlanGML SVG XPlanGML INSPIRE PLU SVG 6

7 Agenda Einführung CityGML Historie Organisation Konzepte Datenmodell CityGML 2.0 Anwendungen 7

8 CityGML Historie 1 8. Mai 2002: Kickoff Meeting der SIG3D im Rahmen der GDI-NRW 35 Institutionen (Unis, Kommunen, Firmen) Gründung von Arbeitsgruppen (z.b. "Basismodellierung", "Anwendungsmodellierung", " Dienste") : Entwicklung des ersten Modells Basiskonzepte Gebäude, Relief, Texturen Diskussion GML IFC Pilot3D 8

9 CityGML Historie : Weiterentwicklung Weitere Themen (Transport, Gewässer, Vegetation, Landnutzung) ADE-Konzept, Lärmschutzkartierung Internationalisierung, Open Web Services (OWS-4) Testbed 17. Juni 2007: CityGML als "OGC Best Practices" Document angenommen 20. August 2008: CityGML 1.0 als "OGC-Standard" angenommen 4. April 2012: CityGML 2.0 als "OGC-Standard" angenommen 9

10 Organisation Special Interest Group 3D (SIG3D) als Arbeitskreis der GDI-DE AG "Modellierung" AG "Qualität" AG "Fortführung" AG "ALKIS 3D" CityGML als OGC-Standard 3D Information Management (3DIM) Working Group CityGML Standards Working Group (CityGML SWG) 10

11 CityGML Konzepte GML-3 Anwendungsschema Modularisierung LOD-Konzept Appearance Explizite Modellierung der Darstellung Codelisten Prototypen, implizite Geometrie Application Domain Extensions (ADE) 11

12 Building CityFurniture CityObjectGroup LandUse Relief Transportation Vegetation WaterBody Tunnel Bridge CityGML 2.0 Module Application Domain Extensions (ADE) Generics Appearance CityGML Core GML

13 Levels of Detail (LOD) Modellierung von Objekten der realen Welt in unterschiedlicher geometrischer und semantischer Detaillierung Ebene Fläche Prismatisches Blockmodell Generalisierte Außenhülle Detaillierten Außenhülle Innenraummodell CityGML LoD 0 CityGML LoD 1 CityGML LoD 2 CityGML LoD 3 CityGML LoD 4 13

14 Explizite Modellierung der Darstellung Zur Erzeugung photorealistischer 3D-Visualisierungen ist es notwendig, Darstellungsinformationen auf Objektebene zu unterstützen. CityGML unterstützt dies Konzept durch Objektspezifische Farbinformationen Objektspezifische Texturen Keine Farben und Texturen definiert; Farbgebung erfolgt durch den Feature Typ Texturen für jede Begrenzungsfläche definiert 14

15 Implizite Geometrie Skaliert Gedreht Verschoben Referenzspunkte Original Original Geometrie kann in CityGML definiert oder eine Referenz auf externe Objekte (z.b. VRML, DXF, X3D) sein 15

16 Codelisten Für semantische Klassifikationen oder attributabhängige Darstellungsvorschriften ist es notwendig, den Wertebereich von Textattributen festzulegen. Im Gegensatz zu Enumerationen werden Codelisten außerhalb des XML-Schemas definiert. Das Konzept ist nur mit Unterstützung durch eine geeignete Infrastruktur (Codelist Registry) sinnvoll nutzbar. <bldg:function codespace= </bldg:function> 1020 hostel <bldg:function codespace=" </bldg:function> 1020 Wohnheim 16

17 Application Domain Extension (ADE) Trotz seiner hohen Komplexität unterstützt CityGML keine spezifischen Fachanwendungen. Es ist aber möglich, das Datenmodell fachspezifisch zu erweitern: Bildung neuer Klassen durch objektorientierte Ableitung Ergänzung existierender Klassen um Attribute und Relationen 17

18 Datenmodell CityGML 2.0 UML Package Diagramm 18

19 Datenmodell CityGML 2.0 CityGML Core Modul (Auszug) 19

20 Datenmodell CityGML 2.0 AbstractCityObject BuildingFurniture CityGML_Core::Address Room AbstractCityObject AbstractBuilding AbstractSite AbstractCityObject IntBuildingInstallation BuildingPart Building BuildingInstallation AbstractCityObject AbstractOpening AbstractCityObject Door AbstractCityObject AbstractBoundarySurface Window CityGML Building Modul (vereinfacht) 20

21 Datenmodell CityGML 2.0 BuildingFurniture AbstractCityObject CityGML_Core::Address AbstractBuilding AbstractSite Room AbstractCityObject + class: BuildingClass [0..1] + function: BuildingFunction [0..*] + usage: BuildingUsage [0..*] + yearofconstruction: Year [0..1] AbstractSite + yearofdemolition: Year [0..1] + rooftype: RoofType AbstractBuilding [0..1] + measuredheight: Length [0..1] + storeysaboveground: int [0..1] + storeysbelowground: int [0..1] + storeyheightsaboveground: MeasureList [0..1] + storeyheightsbelowground: MeasureList [0..1] + lod0footprint: GM_MultiSurface [0..1] + lod0roofedge: GM_MultiSurface [0..1] AbstractCityObject + lod1solid: GM_Solid [0..1] BuildingPart + lod1multisurface: GM_MultiSurface [0..1] + lod1terrainintersection: GM_MultiCurve [0..1] IntBuildingInstallation + lod2solid: GM_Solid [0..1] + lod2multisurface: GM_MultiSurface [0..1] AbstractCityObject + lod2multicurve: GM_MultiCurve [0..1] + lod2terrainintersection: GM_MultiCurve [0..1] AbstractOpening + lod3solid: GM_Solid [0..1] AbstractCityObject + lod3multisurface: GM_MultiSurface [0..1] + lod3multicurve: GM_MultiCurve [0..1] BuildingInstallation + lod3terrainintersection: GM_MultiCurve [0..1] + lod4solid: GM_Solid [0..1] + lod4multisurface: GM_Surface [0..1] + lod4multicurve: GM_MultiCurve AbstractCityObject [0..1] + lod4terrainintersection: GM_MultiCurve [0..1] AbstractBoundarySurface Building Window Door AbstractBuilding 21

22 Datenmodell CityGML 2.0 AbstractCityObject BuildingFurniture CityGML_Core::Address AbstractCityObject Room AbstractCityObject AbstractSite AbstractBoundarySurface + lod2multisurface: GM_MultiSurface AbstractBuilding [0..1] + lod3multisurface: GM_MultiSurface [0..1] + lod4multisurface: GM_MultiSurface [0..1] WallSurface BuildingInstallation RoofSurface AbstractCityObject IntBuildingInstallation OuterFloorSurface AbstractCityObject GroundSurface FloorSurface BuildingPart AbstractCityObject AbstractBoundarySurface AbstractOpening CeilingSurface AbstractCityObject Building OuterCeilingSurface InteriorWallSurface Window ClosureSurface Door Boundary Surfaces 22

23 Anwendungsbeispiele Lärmschutzkartierung Solarpotentialanalyse / Energieatlas Katastrophenschutz Städtebau / Stadtplanung Baugenehmigungsverfahren Facility Management Stadtmarketing / Tourismus... 23

24 Agenda Anwendungsbeispiel: Automatisierte Bauantragsprüfung 24

25 Digitales Assistenzsystem Bauantragsprüfung 25 Dr. Joachim Benner

26 Systemarchitektur Formularteil Bauantrag XBau-FHH IFC Geometrische Prüfung und Auswertung CityGML Bauantragsprüfung XML Geometrieteil Bauantrag Geofachdaten: BPlan, Geländerelief Flurstücke Bebauung XPlanGML NAS Shape Prüfprotokoll 26 Dr. Joachim Benner

27 Geometrischer Teil Bauantrag Verwendung von IFC Geometrische Aufbereitung und Auswertung Identifikation von Vollgeschossen Identifikation von Aufenthaltsräumen Identifikation spezieller Gebäudeteile wie Balkone oder Loggien Horizontale und vertikale Georeferenzierung Transformation der relevanten Daten in das CityGML-Format (ADE "Digitaler Bauantrag") 27 Dr. Joachim Benner

28 CityGML ADE "Digitaler Bauantrag" «FeatureType» ADE_DBA:Baumasse «FeatureType» ADE_DBA:Gebaeudegrundflaeche +baumassenanteil 0..* +grundflaechenanteil 0..* «FeatureType» ADE_DBA:Geschossflaeche +ueberbauteflaeche «FeatureType» ADE_DBA:UeberbauteFlaeche +geschossflaechenanteil 0..* ueberbauteflaeche 0..1 «FeatureType» ADE_DBA:Geschoss +hatgeschoss 0..* «ADEElement» ADE_ABA:_AbstractBuilding «FeatureType» _AbstractBuilding +interiorroom 0..* +interiorroom 0..* «ADEElement» ADE_DBA:Room «FeatureType» Room 0..* +raumgrundflaechenanteil «FeatureType» ADE_DBA:GrundflaecheRaum 28 Dr. Joachim Benner

29 Prüffunktionen -1- Überprüfung der überbaubaren Grundstücksfläche 29 Dr. Joachim Benner

30 Prüffunktionen -3- Überprüfung bestimmter Maßzahlen der baulichen Nutzung 30 Dr. Joachim Benner

31 Ergebnisse des Pilotprojektes Es ist prinzipiell möglich, bestimmte Teilprüfungen im Verlauf des Baugenehmigungsverfahrens softwareunterstützt durchzuführen. Die existierenden Datenformate (IFC, CityGML, XPlanGML, ALKIS/NAS) sind für die Integration von Antragsdaten und Geofachdaten prinzipiell geeignet. Es fehlt ein standardisiertes Datenformat zur Integration des digitalen Lageplans. Eine flächendeckende Verfügbarkeit der relevanten Geofachdaten über Internet-Services (WFS) ist noch nicht gegeben. Die Nutzung des IFC-Formats durch Architekten und Bauplaner ist derzeit noch die Ausnahme. 31 Dr. Joachim Benner

32 Agenda CityGML Weiterentwicklung 32

33 Zentrale Herausforderungen für CityGML 3.0 Effektivere Wartung und Pflege des CityGML Modells und der zugehörigen Dokumentation Transformation UML XML-Schema Teilautomatische Generierung der Dokumentation Definitionen für alle CityGML Klassen, Attribute und Relationen Überarbeitung des LOD Konzeptes Fachliche Ergänzung existierender Module (z.b. "Material" oder "Stockwerke") Entwicklung weiterer fachlicher Module (z.b. "Versorgungsnetzwerke") oder ADEs 33

34 Jetziger Workflow XML-Schemata UML-Diagramme Dokumentation 34

35 Zukünftiger Workflow XML-Schemata UML-Diagramm mit Tagged Values Feature Definitionen Feature Catalogue (XML) Feature Catalogue (HTML) 35

36 Relief CityFurniture Water Body Building Überarbeitung des LOD Konzeptes LoD 1 LoD 2 LoD 3 LoD 4 36

37 Zusammenfassung CityGML ist ein weltweit genutzter Standard zur Modellierung virtueller 3D Stadtmodelle. Es gibt viele potentielle Einsatzmöglichkeiten, insbesondere in Kombination mit anderen Geodatenstandards. Bei der Weiterentwicklung müssen neue Fachthemen erschlossen und etablierte Konzepte überarbeitet werden. Wichtig ist auch, zukünftig effektive Software-Werkzeuge zur Pflege des Datenmodells und zur Generierung der Dokumentation einzusetzen. 37

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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