[논문 리뷰] Ontologies for the Integration of Air Quality Models and 3D City Models

Claudine Métral, Gilles Falquet외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 01. 31.

3D Modeling in Geospatial Applications참고 문헌 12인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 도시 지속 가능성 계획을 위한 3D 도시 모델(CityGML)과 대기 질 모델을 온톨로지 기반 프레임워크로 통합하는 것을 제안한다. OUPP(도시 계획 과정 온톨로지)를 확장하고 대기 질 모델 온톨로지를 구축함으로써 의미적 상호운용성을 가능하게 하여 기하학적 및 대기 데이터 기반으로 정확한 도시 대기 질 시뮬레이션을 가능하게 하며, 실제 도시 데이터를 사용한 성공적인 개념 증명 구현을 수행하였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 도시 계획을 위한 3D 도시 모델과 대기 질 모델 간의 의미적 상호운용성을 가능하게 하기 위해.
• 지속 가능한 개발 응용 분야에서 이질적인 도시 모델을 통합하는 과제를 해결하기 위해.
• 도시 기하학과 환경 시뮬레이션 모델 간을 매개하는 재사용 가능한 온톨로지 프레임워크를 개발하기 위해.
• 실제 도시 환경에서 CityGML과 대기 질 모델을 온톨로지로 연결하는 것이 가능한지를 입증하기 위해.
• 기하학적, 대기 및 화학 모델링 구성 요소를 통합함으로써 통합적인 도시 시스템 시뮬레이션을 지원하기 위해.

제안 방법

• 저자는 입력, 출력 및 프로세스를 표현하기 위해 대기 질 모델을 위한 도메인 특화 온톨로지를 개발하였다.
• 도시 모델링과 환경 시뮬레이션 간의 매개체로 기능하기 위해 OUPP(도시 계획 과정 온톨로지)를 확장하였다.
• 3D 도시 기하학을 표현하기 위한 표준으로 CityGML을 사용하여 대기 질 모델링을 위한 공간적 맥락을 제공하였다.
• 공통의 의미적 맵핑을 통해 대기 질 모델 온톨로지와 OUPP 간의 통합을 달성함으로써 데이터 및 프로세스 일치를 가능하게 하였다.
• 도시 형태 기반 대기 질 확산을 시뮬레이션하기 위해 실제 도시 데이터를 사용한 개념 증명 실험을 수행하였다.
• 기계 처리 가능한 상호운용성을 보장하기 위해 의미 웹 기술(RDF, OWL)을 활용한 방법을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3D 도시 모델과 대기 질 모델을 어떻게 의미적으로 통합하여 도시 지속 가능성 계획을 지원할 수 있는가?
• RQ2 어떤 온톨로지 기반 프레임워크가 도시 기하학 데이터와 환경 시뮬레이션 모델 간을 매개할 수 있는가?
• RQ3 기존 표준인 CityGML이 환경 모델링 요구사항을 얼마나 잘 확장할 수 있는가?
• RQ4 이질적인 모델 간의 연결을 어떻게 실현할 수 있으며, 이 과정에서 의미 일관성을 유지할 수 있는가?
• RQ5 도시 기하학에서부터 도시 대기 질의 종단 간 시뮬레이션을 가능하게 하기 위해 온톨로지를 사용하는 것이 얼마나 실현 가능한가?

주요 결과

• 제안된 온톨로지 프레임워크는 CityGML 기반 3D 도시 모델과 대기 질 모델 간의 의미적 통합을 성공적으로 구현하였다.
• 대기 질 모델 의미를 OUPP에 통합함으로써 도시 환경 프로세스의 일관된 모델링이 가능해졌다.
• 표준 온톨로지와 의미 웹 기술을 활용함으로써 의미적 상호운용성이 달성될 수 있음을 입증하였다.
• 개념 증명 실험을 통해 CityGML의 도시 형태 데이터가 대기 질 시뮬레이션을 효과적으로 주도할 수 있음을 보여주었다.
• 이 통합은 지속 가능한 계획을 위한 도시 시스템의 확장성 있고 확장 가능한 모델링을 지원한다.
• 이 프레임워크는 대기 질 이외의 다른 도시 모델을 연결하는 데도 재사용 가능한 기반을 제공한다.