CityGML-mallien monet mahdollisuudet
Kirjoittaja: Anna Erving, TKK, Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen laboratorio, anna.erving[at]tkk.fi
Artikkeli pdf-muodossa (Positio 1/2008)
Kolmiulotteisuus yhdistettynä semantiikkaan tuo paikkatietojen käyttöön neljännen ulottuvuuden.
Paikkatietosovelluksissa käytetään jo melko paljon hyväksi aineiston kolmiulotteisuutta. Hyvä esimerkki on virtuaalinen museo, jossa vierailija pääsee tietokonepelin tavoin liikkumaan mallinnetussa ympäristössä. Yksittäistä kohdetta klikattaessa käyttäjä saa tietoa museossa esillä olevista kohteista. Tällöin kyseessä on semanttinen malli, eli normaalin geometriatiedon lisäksi kohde sisältää myös muuta tietoa itsestään. CityGML on tietomalli ja työkalu semanttisten mallien tekemiseen.
Semanttiset mallit sisältävät tietoa kohteen rakenteesta, ominaisuuksista ja suhteista muihin kohteisiin. Ne mahdollistavat erilaiset simulointitehtävät, kyselyt ja analyysit kohteesta. Esimerkiksi: ”näytä rakennukset, joissa on enemmän kuin kymmenen kerrosta” tai ”näytä kaikki sellaiset rakennukset, jotka on rakennettu vuoden 2000 jälkeen”. Näissä tapauksissa kohteista on tiedossa niiden kerroslukumäärä ja rakennusvuosi.
CityGML on erikoistunut kolmiulotteisen rakennetun ympäristön käsittelemiseen ja tallentamiseen. Sen perustana on normaali GML, Geography Markup Language, joka on XML-pohjainen ja standardimuotoinen paikkatiedon esitysmuoto.
CityGML-tietomallia kehittää Sig3D (Special Interest Group 3D). Ryhmä koostuu joukosta yrityksiä, kuntia ja tutkimuslaitoksia Saksasta, Sveitsistä, Itävallasta ja Isosta-Britanniasta, jotka työskentelevät 3D-mallien ja geovisualisoinnin parissa. Myös EuroSDR (European Spatial Data Research) on mukana toiminnassa. Työn käynnisti GDI NRW (Geodata Infrastructure North-Rhine Westphalia) vuonna 2002.
Tavoitteena on luoda yleinen tietomalli, jonka muotoon kaikki 3D-mallit voitaisiin tulevaisuudessa rakentaa. CityGML on vielä kehitysvaiheessa, joten sitä ei ole tähän mennessä käytetty kovinkaan laajasti. Tietomallin määrittelevä raportti (Implementation specification) on saanut nyt syksyllä OGC:n (Open Geospatial Consortium) Best Practice Paper -statuksen, joten se lienee melko varmasti matkalla kohti virallisen standardin asemaa.
Koska CityGML:stä on tulossa avoin standardi, se mahdollistaa useiden erilaisten aineistojen ja ohjelmistojen yhteiskäytön, jolloin tiedon jakaminen, käsittely, tallennus ja esittäminen helpottuvat huomattavasti. Toki käytössä on jo vastaavan tyylisiä tietomalleja, mutta ne on rakennettu yleensä jonkin tietyn ohjelmiston tarpeisiin. Tietoa ei näin ollen ole helppo jakaa sellaisille käyttäjille, jotka haluaisivat hyödyntää aineistoa jossain muussa ympäristössä.
Kaupunkisuunnittelua huoneen tarkkuudella
CityGML sisältää kattavasti erilaisia kohdetyyppejä kaupunkialueiden kuvaamiseen. Tällöin juuri sellaiset kohteet, jotka ovat ominaisia rakennetuille alueille, on helppo sisällyttää tietomalliin. Näitä ovat esimerkiksi maastomallit, rakennelmat, kasvillisuus, vesialueet, liikennealueet sekä muut ympäristöön kuuluvat asiat kuten liikennemerkit. Kohdetta kuvataan sen geometrian, topologian, ominaisuustietojen ja ulkoasun perusteella.
Geometriatietoa ovat esimerkiksi kaikki pisteet, viivat ja monikulmiot. Topologian avulla määritetään, mitkä asiat ovat yhteydessä toisiinsa. Esimerkiksi pääsy huoneista toisiin huoneisiin ja ulos rakennuksesta voidaan kuvata topologian avulla. Ominaisuustieto tarkoittaa kaikkea sellaista aineistoa, joka on liitetty kuvaamaan kohdetta. Näitä ovat esimerkiksi rakennuksen osoite, käyttötarkoitus ja omistajan nimi. Kohde voi sisältää myös linkin johonkin ulkoiseen tietokantaan, kuten kiinteistörekisteriin. Ulkoasu käsittää kohdemallin visuaalisen puolen väreinä ja muina pintatekstuureina. Vaatimuksena on, että kohdetta kuvaavat asiat ovat loogisesti yhteensopivia. Jos ominaisuustiedoissa kerrotaan, että rakennuksen seinä sisältää kaksi ikkunaa, täytyy sama ominaisuus päteä myös geometrian puolella.
CityGML erittelee viisi eri yksityiskohtatasoa (LOD). Kohteet muuttuvat sitä yksityiskohtaisemmiksi, mitä korkeammalle tasolle noustaan. Eri tasot mahdollistavat sen, että tarkasteltaessa mallia läheltä se paljastaa paljon yksityiskohtia. Vastaavasti kauempaa katsottuna kohteet yksinkertaistuvat.
Sovelluskohteita semanttisille kaupunkimalleille löytyy lukemattomia, kuten kaupunkisuunnittelu ja luonnonkatastrofien tuhojen simulointi. Kyselyjen ja analyysien ansiosta sovellusala laajenee entisestään. CityGML-malleja on hyödynnetty esimerkiksi matkapuhelinverkkojen suunnittelussa. Kun tiedetään kohdealueella sijaitsevat tukiasemat, rakennukset ja muu geometria, voidaan helposti selvittää verkon katvealueet. Mallin avulla pystytään optimoimaan verkkojärjestelmää, jotta kuuluvuus olisi mahdollisimman hyvä ilman turhia päällekkäisyyksiä.
Mitä jäi veden alle?
3D-mallit ovat myös apuna tuhoalueilla esimerkiksi maanjäristyksen sattuessa. Mallin avulla tuhon laajuus voidaan selvittää nopeasti, pelastajat osataan ohjata oikeisiin paikkoihin ja vaurioituneet kohteet korjata entiselleen.
Vastaavasti malleja voidaan käyttää hyväksi tulvien vaikutusten ennustamisessa. Aineiston avulla voidaan visualisoida tulvan aikainen tilanne, josta nähdään helposti veden alle jäävät alueet.
Tällä hetkellä on jo olemassa muutamia ohjelmia, joiden avulla aineisto voidaan muuntaa CityGML-muotoon. Yksi esimerkki on 3D Geon kehittämä LandXplorer Studio. Ohjelmaan voi tuoda erilaisia aineistoja, kuten maastomalleja, rakennusten 3D-malleja, maa- ja ilmakuvia ja vektoriaineistoa. Kohteisiin voi liittää CityGML:n mukaista ominaisuustietoa ja myös linkitys ulkoiseen tietokantaan onnistuu.
Valmiissa mallissa voidaan valita tietty kohde ja hakea kaikki tähän kohteeseen liittyvä tieto. Ohjelma siis yhdistää visuaalisesti korkealaatuisen 3D-mallin ja kohteiden tiedot sisältävän tietokannan. Ohjelmasta on olemassa ilmainen versio (LandXplorer CityGML Viewer), jolla kuka tahansa voi pyöritellä malleja ja tarkastella niiden sisältämää tietoa.
Lisätietoja CityGML-tietomallista löytyy osoitteesta www.citygml.org
30.6.2010 08:28