[论文解读] 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 14

一句话总结

本文提出了一种基于本体的框架，将三维城市模型（CityGML）与空气质量模型集成，以支持城市可持续性规划。通过扩展城市规划过程本体（OUPP）并创建空气质量模型本体，该方法实现了语义互操作性，能够基于几何数据和大气数据准确模拟城市空气质量，且已通过使用真实城市数据的成功概念验证实现。

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.

研究动机与目标

• 实现三维城市模型与空气质量模型之间的语义互操作性，以支持城市规划。
• 解决在可持续发展应用中集成异构城市模型的挑战。
• 开发一种可重用的本体框架，作为城市几何数据与环境模拟模型之间的中介。
• 证明使用本体将CityGML与空气质量模型链接在实际城市环境中的可行性。
• 通过整合几何、大气和化学建模组件，支持城市系统的整体模拟。

提出的方法

• 作者为空气质量模型开发了领域特定本体，以表示其输入、输出和过程。
• 扩展了城市规划过程本体（OUPP），用作城市建模与环境模拟之间的中介。
• 使用CityGML作为表示三维城市几何的标准，为空气质量建模提供空间上下文。
• 通过空气质量模型本体与OUPP之间的语义映射实现集成，实现数据与过程的对齐。
• 使用真实城市数据进行了一项概念验证实验，基于城市形态模拟空气质量扩散。
• 该方法利用语义网技术（RDF、OWL）确保模型之间机器可处理的互操作性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何实现三维城市模型与空气质量模型的语义集成，以支持城市可持续性规划？
• RQ2 何种基于本体的框架可作为城市几何数据与环境模拟模型之间的中介？
• RQ3 现有标准（如CityGML）在多大程度上可被扩展以满足环境建模需求？
• RQ4 如何实现异构模型之间的连接，同时保持语义一致性？
• RQ5 使用本体实现从城市几何到城市空气质量端到端模拟的可行性如何？

主要发现

• 所提出的本体框架成功实现了基于CityGML的三维城市模型与空气质量模型之间的语义集成。
• 通过扩展OUPP以包含空气质量模型语义，实现了对城市环境过程的一致建模。
• 该方法证明了可使用标准本体和语义网技术实现语义互操作性。
• 概念验证表明，CityGML中的城市形态数据可有效驱动空气质量模拟。
• 该集成支持城市系统可扩展且可扩展的建模，以支持可持续规划。
• 该框架为链接除空气质量外的其他城市模型提供了可重用的基础。