[論文レビュー] Ontologies for the Integration of Air Quality Models and 3D City Models

Claudine Métral, Gilles Falquet+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2012

3D Modeling in Geospatial Applications参考文献 12被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、都市の持続可能性計画を支援するため、3次元都市モデル（CityGML）と大気質モデルをオントロジーに基づいて統合するフレームワークを提案する。OUPP（都市計画プロセスのオントロジー）を拡張し、大気質モデルのオントロジーを構築することで、意味的相互運用性を実現し、幾何学的および大気のデータに基づいた都市の大気質の正確なシミュレーションを可能にする。実際の都市データを用いた概念実証実験において、成功裏に実装された。

ABSTRACT

The holistic approach to sustainable urban planning implies using different models in an integrated way that is capable of simulating the urban system. As the interconnection of such models is not a trivial task, one of the key elements that may be applied is the description of the urban geometric properties in an "interoperable" way. Focusing on air quality as one of the most pronounced urban problems, the geometric aspects of a city may be described by objects such as those defined in CityGML, so that an appropriate air quality model can be applied for estimating the quality of the urban air on the basis of atmospheric flow and chemistry equations. In this paper we first present theoretical background and motivations for the interconnection of 3D city models and other models related to sustainable development and urban planning. Then we present a practical experiment based on the interconnection of CityGML with an air quality model. Our approach is based on the creation of an ontology of air quality models and on the extension of an ontology of urban planning process (OUPP) that acts as an ontology mediator.

研究の動機と目的

• 都市計画における3次元都市モデルと大気質モデルの間で意味的相互運用性を実現すること。
• 持続可能な開発の応用において、異種の都市モデルを統合する課題に対処すること。
• 都市の幾何学的データと環境シミュレーションモデルの間を仲介する再利用可能なオントロジー枠組みを開発すること。
• 実際の都市環境において、CityGMLと大気質モデルをオントロジーで接続する可能性を実証すること。
• 幾何学的、大気的、化学的モデリング要素を統合することで、包括的な都市システムのシミュレーションを支援すること。

提案手法

• 著者は、入力・出力・プロセスを表現するための、大気質モデルの分野特化型オントロジーを開発した。
• 都市モデリングと環境シミュレーションの間を仲介するため、都市計画プロセスのオントロジー（OUPP）を拡張した。
• 3次元都市幾何学の表現としてCityGMLを標準として採用し、大気質モデリングの空間的文脈を提供した。
• 空気質モデルのオントロジーとOUPPの間の意味的マッピングにより、データおよびプロセスの整合性を実現した。
• 都市の形状に基づいた大気質拡散のシミュレーションを実施するため、実際の都市データを用いた概念実証実験を実施した。
• RDF、OWLを含む意味ウェブ技術を活用することで、モデル間の機械処理可能な相互運用性を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3次元都市モデルと大気質モデルをどのように意味的に統合することで、都市の持続可能性計画を支援できるか？
• RQ2 都市の幾何学的データと環境シミュレーションモデルの間を仲介するオントロジーベースのフレームワークは何か？
• RQ3 既存の標準（例：CityGML）をどれだけ拡張すれば、環境モデリングのニーズを満たせるか？
• RQ4 異種のモデル間の接続を、意味的一致性を保ちながら実現するにはどうすればよいか？
• RQ5 都市の幾何学から都市の大気質のエンドツーエンドのシミュレーションを可能にするために、オントロジーを用いることはどれほど実現可能か？

主な発見

• 提案されたオントロジー枠組みにより、CityGMLに基づく3次元都市モデルと大気質モデルの意味的統合が成功裏に実現された。
• OUPPに大気質モデルの意味論を拡張することで、都市の環境プロセスの一貫性あるモデリングが可能になった。
• 標準オントロジーと意味ウェブ技術を用いることで、意味的相互運用性を達成できることを実証した。
• 概念実証により、CityGMLからの都市の形状データが、大気質シミュレーションを効果的に駆動できることを示した。
• 持続可能な計画を支援するための、スケーラブルかつ拡張可能な都市システムモデリングを支援する。
• 本フレームワークは、大気質モデル以外の他の都市モデルを接続する再利用可能な基盤を提供する。