發展三維室內外模型與物聯網標準之整合平台

本項工作主要包含兩項內容。首先將探討三維室內外模型與物聯網標 準整合之策略及其優缺點分析。本項工作之第二項內容為進行三維模型與 物聯網標準整合之試辦。

根據初步文獻蒐集及分析，位於應用層端之客製化整合方法，大多沒 有遵循開放式標準的架構，而僅有少數研究基於開放式標準進行整合，但 整合方式也不具組織性，以下舉數篇相關研究為例。

Dynamizers 採用了嵌入式的方式，將 OGC Sensor Observation Service (SOS)加入 CityGML 的資料模型架構中(Chaturvedi & Kolbe, 2016)。透過與 SOS 之連結，此 CityGML 格式之三維模型中之物件，不僅可以取得對應的

94

感測資料及歷史觀測數據資訊，也保留了 CityGML 的語義特性，作者也提 到加入 OGC SensorThings API 為其未來工作之一。

在整合室內外三維城市模型的開放資料之案例中，CityGML 之城市模 型並無具備描述空間與空間中連接關係特性的能力，而 IndoorGML 利用節 點與邊的架構來組成空間中之對應關係，也定義了描述不同特性的多階層 型態。透過定義明確的資料模型對應關係，可以用來連接兩種開放標準，

達到標準之間整合的效果(Kim et al., 2014)，同時具備 CityGML 之空間描述 以及語義以及具備導航能力之多階層式室內網路。

近年來，許多研究已經解決了將 IFC 模型與 CityGML 互相轉換的方法 (Deng et al., 2016; El-Mekawy et al., 2011)，但是並沒有辦法在完全沒有遺漏 的情況下將兩個資料模型進行對應，此問題是由於兩個標準所定義之語意 描述不同所致。因此，使用外部描述關聯資訊的方式，可以同時對兩種數 據進行查詢(Vilgertshofer et al., 2017)，進而達到兩種標準整合的效果。

透過以上之文獻蒐集，將開放式標準間的整合策略分為三類，包含「嵌 入式整合」、「索引參照」、及「外部連結」，此三類策略各具其特色及 優缺點，本項工作將據此三類進行分析。

(1) 嵌入式整合：將資料直接嵌入於其中一方，例如將感測資料嵌入模 型，或將模型資料嵌入於感測資料。整合過後，資料將以某一方之 標準格式記錄所有資訊。此策略之優點為僅以其中一種開放標準格

95

式來描述兩方資訊，在資料交換與使用上較為便利。而其缺點為資 料所占空間龐大，且難以更新動態資訊。

(2) 索引參照：在其中一方的資料中加入所對應資訊之網路位址，在欲 取得該資料時，透過位址取得資訊。例如於模型物件之屬性加註該 物件之感測資料連結，或於感測資料嵌入模型之獲取連結。此策略 之優點為個別資料大小較為輕量化，且被連結之資料可獨立建置並 保留原始資訊，被連結資料亦可支援動態更新。而其缺點為索引方 資料本身並非單一獨立資料，於建置時須考量被索引方資料之設計 以確保其對應關係，並需透過連結取得資訊。

(3) 外部連結：保留模型與感測資料之原始資料，透過額外建置之表單 描述資料間的連結與對應關係。此方法如同於資料庫創建額外表格，

以各自主鍵連結另外兩個獨立資料表格。此策略之優點為各方資料 可獨立建置且保留原始資訊。連結的方式較索引參照策略更具彈性，

亦可支援資料的動態更新。而其缺點為若資料分別獨立建置時，模 型與感測資料之對應關係可能較為複雜，甚至可能無法找到相對應 的資料進行描述。

整體而言，本項工作透過文獻蒐集及討論，開放式標準間的整合不僅 可以達成跨資料領域之應用外，也可結合各標準之特性，達到資訊整合的 目標。而各種開放式標準整合的策略分析，可供系統建構時參照，選擇合

96

適的整合策略。

本項工作之第二項內容為進行三維模型與物聯網標準整合之試辦，建 立三維地形圖資與物聯網資源整合之應用案例。本項工作選定之試辦區範 圍為東區地下街，考量試辦地點之可用資源，所設計之物聯網物件網路如 圖 4-4-2-7 所示，其中共 34 個黑點為裝置位置、1 個紅星符號代表閘道器位 置。裝置位置根據現場可用之市電插座位置決定，閘道器位於東區地下街 管理處辦公室。

裝置使用 Arduino Uno 微控制器、DHT22 溫濕度感測器、及 ZigBee 之 XBee 通訊模組建立。閘道器則以筆記型電腦連接 XBee 通訊模組建立。此 外，本年度所架設之物聯網物件網路利用前述 4.4.2 小節所提之第一種開放 式物聯網架構建立，物件間以 ZigBee 通訊，傳遞資訊至閘道器，再透過網 際網路上傳至 SensorThings API 服務。圖 4-4-2-8 為所架設之感測器照片。

裝置之取樣頻率為 15 分鐘 1 筆溫濕度資料，統計至 2018 年 11 月 2 日 止已儲存 224695 筆溫濕度感測資料。圖 4-4-2-9 為其中一個裝置之時序資 料。其中溫濕度之變化規律，在夜晚無空調時之溫濕度皆上升，而早晨空 調開啟時溫濕度下降。圖 4-4-2-10 為透過前述外部連結策略進行三維室內 模型與感測資料整合之系統介面，使用者可於 Cesium 三維展示系統瀏覽三 維 模 型 及 物 聯 網 裝 置 位 置 。 點 擊 至 物 聯 網 裝 置 後 ， 此 系 統 將 動 態 至 SensorThings API 服務取得最新的溫濕度資料，並展示於此三維系統介面之

97

98 (a) 溫度資料

(b) 濕度資料

圖 4-4-2-9、物聯網 6 號裝置之時序感測資料

(a) 整合平臺遠視角觀看 (b) 整合平臺近視角觀看

圖 4-4-2-10、三維模型與物聯網物件之整合平台

本計畫所探討之物聯網技術研發與這兩年所推動之前瞻基礎建設計畫 民生公共物聯網有所關係。首先，民生公共物聯網所供應之感測資料將以 SensorThings API 網路服務協定提供，與本計畫所使用之標準相同。民生公

99

共物聯網在資料彙整上較無探討物聯網底層資訊的流通及與 SensorThings API 之結合，其主要原因為市場上無通用的解決方案，建置單位常各自提出 不同專有方法，造成底層架構之異質性。而本計畫所探討之開放式物聯網 架構則可作為統一架構之參考方向。此外，物聯網資訊皆具有位置資訊，

與二維及三維模型的整合亦是民生公共物聯網目前正在開發及探討的方向，

本計畫所分析之整合策略及試作或可作為後續資訊整合之參考。