【学习心得】OGC城市地理标记语言（CityGML）编码标准_模块化

7. 模块化

CityGML在其数据模型的主题和几何拓扑级别上都是一个丰富的标准。在其主题级别上，CityGML定义了城市中 最相关的地形对象的类和关系，以及包含建筑结构、高程、植被、水体、城市家具等的区域模型。除了几何和外 观内容之外，这些主题组件还允许在不同的应用领域(如模拟、城市数据挖掘、设施管理和主题查询)中使用虚 拟3D城市模型来完成复杂的分析任务。

CityGML是一个框架，为地理空间三维数据提供了足够的空间，让其在生命周期内可以在几何、拓扑和语义方面 增长。因此，城市对象的几何和语义可以被灵活地结构化，从纯粹的几何数据集到复杂的有几何拓扑和空间语义 的数据。通过这种方式，CityGML定义了一个适用于3D城市建模的连续过程、具有单一的对象模型和数据交换的 格式，建模过程从几何数据获取、数据分类到特定终端用户应用的数据准备，允许迭代数据丰富和无损信息交 换(cf. Kolbe et al. 2009)。

基于这个框架，应用程序不需要支持所有的CityGML主题字段以符合标准，但可以使用与应用领域或过程步骤相 关需求对应的构造子集。CityGML逻辑子集的使用限制了整体数据模型的复杂性，并明确允许实现有效部分。对 于CityGML标准的2.0版本，CityGML模块定义并包含了数据模型的子集。CityGML模块是标准的集合，由一个符 合标准的系统作为整体。CityGML由一个核心模块和若干主题扩展模块组成。

CityGML核心模块定义了CityGML数据模型的基本概念和组件。它被看作是整个CityGML数据模型的通用下限， 是所有主题扩展模块的基础。因此，核心模块是唯一的，且任何符合要求的系统都必须实现。基于CityGML核心 模块，每个扩展模块都包含一个逻辑上独立的CityGML数据模型主题组件。核心的扩展是通过对整个CityGML数 据模型进行垂直切片而得到的。由于每个扩展模块都包含（或引用）核心模块，因此它的概念和组件对所有扩展 模块都是通用的。CityGML标准2.0版引入了以下13个主题扩展模块。它们与本文档的条款相关，每个条款都涵 盖了CityGML相应的主题领域：

• 外观（参见第9条），

• 桥梁（参见第10.5条），

• 建筑 (参见第10.3条），

• 城市家具（参见第10.9条），

• 城市对象组合（参见第10.11条），

• 通用（参见第10.12条），

• 土地利用（参见第10.10条），

• 地形（参见第10.2条），

• 交通（参见第10.7条），

• 隧道（参见第10.4条），

• 植被（参见第10.8条），

• 水体（参阅第10.6条），和

• 带纹理的表面[已弃用]（参见第9.8条)

CityGML数据模型的按主题模块进行分解，允许实施者支持扩展模块与核心模块的任意组合。因此，扩展模块可 以根据应用或应用领域的信息需求而任意组合。一个模块的组合称为CityGML专用文件（profiles）。所有模块的联合体被定义为CityGML基本专用文件（base profile）。基本专用文件在任何时候都是唯一的，并形成了整个CityGML数据模型的上限。任何其他CityGML专 用文件必须是基本专用文件的有效子集。通过遵循CityGML模块和专用文件，CityGML的部分数据模型以一种定 义明确的方式实现是有效的。

至于未来的发展，每个CityGML模块都可以由专家小组和信息社区独立地进一步发展。由此产生的对模块的建议 和更改可能会被引入到CityGML标准的修订中，而不会影响其它模块的有效性。此外，当前CityGML数据模型未 覆盖的主题组件可以通过主题扩展模块添加到标准的未来版本中。这些扩展模块可与任何其它现有的CityGML模 块建立依赖关系，但至少应依赖于CityGML核心模块。因此，随着新扩展模块的添加，CityGML基本专用文件可 能也会变化。但是，如果一个特定的应用程序需要的建模和交换的信息超出了CityGML数据模型的范围，这些应 用数据也可以使用CityGML的 Application Domain Extension 机制（参见第10.13条）或使用通用城市对象和 属性（参见第10.12章）纳入现有模块中。

引入的模块化方法支持CityGML作为数据建模框架和通用数据交换格式，以解决各种应用领域和三维城市建模的 不同步骤。为了清晰起见，应用程序应该通过声明所使用的CityGML专用文件来宣布与CityGML标准的一致性水 平。由于核心模块是所有专用文件的一部分，这应该通过列举已实现的主题扩展模块来实现。例如，如果一个实 现除了支持核心模块外，还支持 Building、 Relief 和 Vegetation 模块，则应该通过“CityGML [Building,Relief,Vegetation]”来表示。如果支持基本专用文件，则应该用“CityGML [full]”表示。

7.1. CityGML核心和扩展模块

每个CityGML模块都由自己的XML模式定义文件指定，并被定义在一个单独且全局唯一的XML目标命名空间中。 根据模块之间的依赖关系，每个模块还可以导入与CityGML相关模块关联的命名空间。但是，一个命名空间不能 直接包含在两个模块中。因此，所有属于一个模块的元素都只与该模块的命名空间相关联。通过这种方式，保证 了模块元素在CityGML实例文档中被适当地分离和区分。

与1.0之前的CityGML版本相比，前面提到的命名空间约定给数据文件带来了额外的复杂性，因为不再有单独 的CityGML命名空间。相反，不同CityGML模块的组件以及不同命名空间的组件可以任意混合在同一个CityGML 实例文档中。此外，一个应用程序可能必须要解析包含模块元素的实例文档，而这些模块本身并不被应用程序所 采用。不过，这些解析问题可以很容易地被非“模型感知”的应用程序克服，即那些不以通用方式解析和解 释GML应用模式的应用程序。来自不同命名空间的与应用程序所使用的CityGML专用文件所声明的不同的元素， 可能会被跳过。在使用CityGML的应用领域扩展机制（参见第10.13条）时，必须进行类似的观察。

CityGML标准的2.0版本，没有两个互相依赖的主题扩展模块，所有的扩展模块都是真正相互独立的。然而 ，CityGML核心模块是任何扩展模块的依赖项，这意味着定义扩展的每个XML模式文件都要导入核心模块的XML 模式文件。

图8使用UML包图说明了CityGML模块之间的依赖关系。每个模块都由一个包表示，包名与模块名对应。图中的 虚线箭头表示箭头尾部的模式依赖于箭头头部的模式。对于CityGML模块，当一个模式另一个模式以 及相应的XML命名空间时会产生依赖关系。例如，扩展模块建筑导入CityGML核心模块的模式。表4给出了每个 模块的简短描述。

展示CityGML独立模块及其模式依赖关系的UML包图。每个扩展模块（由叶子包表示）进一步导 入GML 3.1.1模式定义，以表示其主题类的空间属性。为了便于阅读，省略了相应的依赖项

表4: CityGML核心和主题扩展模块概述

      7.2. CityGML专用文件（profile）

CityGML专用文件是主题扩展模块与CityGML核心模块之间的一个任意组合。每个CityGML实例文档应使用与所 提供数据相适应的CityGML专用文件。一般来说，在实例文档中使用CityGML专用文件有两种方法:

1. CityGML专用文件的定义内嵌在CityGML实例文档中

可以使用在XML模式实例命名空间 http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance （通常与前缀 xsi 相关联）中定义的 schemaLocation 属性，将CityGML专用文件绑定到实例文档。 xsi:schemaLocation提供了一种定位实例文档中定义的命名空间的XML模式定义的方法。它的值是一个由空格分隔的统一资源标 识符（URIs）列表，其中每一对包含一个命名空间，后面跟着该命名空间的XML模式定义的位置，通常是 一个.xsd文件。 通过这种方式，各个CityGML模块的命名空间应在CityGML实例文档中定义。这个 xsi:schemaLocation 属性提供每个模块各自的XML模式定义的位置。附件G中给出的所有示例文件都遵 循第一种方法。

2. CityGML专用文件的定义由单独的XML模式定义文件提供

CityGML专用文件也可以由它自己的XML模式文件指定。这个模式文件应该通过导入相应的XML模式定义来 组合适当的CityGML模块。为此，应使用XML模式命名空间中定义的 import 元素 http://www.w3.org/ 2001/XMLSchema （通常与前缀 xs 相关联）。对于 xs:import 元素，须声明导入的CityGML模块的 命名空间以及命名空间的XML模式定义的位置。为了将CityGML专用文件应用到实例文档，须使用 xsi :schemaLocation 属性将专用文件的模式绑定到实例文档。CityGML专用文件的XML模式文件不得包含 其它内容。 专用文件模式的 targetNamespace 应该与导入的CityGML模块的命名空间不同。与专用文 件相关联的命名空间应该由实例文档的发起者确定，并且必须以未使用的全局唯一URI的形式给出。专用文 件的XML模式文件必须对解析CityGML实例文档的所有人都可用（或在互联网上可访问）。 

 第二种方法由以下CityGML的基本专用文件的XML模式定义的示例来说明。由于基本专用文件是所有CityGML模 块的并集，相应的XML模式定义将导入每个CityGML模块。通过这种方式，CityGML数据模型的所有组件都可以 通过引用基本专用文件的实例文档进行交换。基本专用文件的模式定义随CityGML模式包一起提供，可以访问： http://schemas.opengis.net/citygml/profiles/base/2.0/CityGML.xsd 。

下面的CityGML数据集摘录说明了如何应用基本专用文件模式 CityGML.xsd 到CityGML实例文档。该数据集包 含两个建筑对象和一个城市对象组合，由CityGML定义基本专用文件 CityGML.xsd 是使用根元素的xsi:schemaLocation 属性引用的。因此，所有CityGML模块都由实例文档使用，不需要进一步引用CityGML模 块的XML模式文档。