建筑信息模型(Building Information Model,BIM)与三维GIS之间的数据融合正在获得越来越多的关注,融合后的数据正在被广泛的应用于城市基础设施管理、灾害评估、室内导航及建筑工程施工(Architecture Engineering Construction,AEC)等领域。但由于BIM主要是为建筑物的全生命周期进行管理提供实时、准确及充分的信息,其注重的是对现实时空世界的规划与管理;而GIS注重对既有客观现实世界的描述。因此,BIM与GIS对时空认知存在显著差异,其所描述的语义存在巨大的“语义鸿沟”,也为BIM与GIS数据融合提出了巨大挑战。本文从BIM与GIS领域分别最具代表性的工业基础类(Industry Foundation Classes,IFC)数据模型与City GML数据模型之间的融合入手,在语义融合、坐标系转换及几何结构转换等方面开展了二者之间的数据融合研究及应用研究工作,并对其他的三维数据模型的语义标注及空间分割等方法进行了初步研究。主要取得了以下几个方面的成果:(1)基于文本挖掘的语义匹配与筛选方法的提出采用基于文本挖掘的方式,对IFC与City GML数据交换与共享标准中定义的语义实体进行匹配,筛选出了正确的语义匹配项,提高了IFC与City GML数据融合的自动化程度。本文采用词哈希的表达方式来构造语义词向量,不仅省去了传统词向量构造方法的中的去停用词、词干提取等过程,而且算法最终获得的语义匹配精度及语义匹配能力都要优于传统的方法。在将所有的语义要素(语义实体名称、语义实体定义)纳入计算的前提下,基于词哈希表达构造的词向量,在采用夹角余弦进行语义相似度匹配时,在排名阈值小于60时,其匹配精度为100%,随着排名阈值的增大,匹配精度逐渐下降,但其召回率在排名阈值为200时,上升至最大的0.821。研究表明,本文的方法要优于传统的基于文本挖掘的语义匹配方法。(2)坐标系转换与几何结构转换在进行语义筛选之后,本文对IFC的空间坐标系与几何结构进行了分析。为了最终实现IFC局部坐标系向City GML全局地理坐标系的转换。本文首先探讨了实现坐标系转换的过程,并对基于泰勒级数展开方法和基于罗德里格方法的坐标系转换参数求解方法进行了对比研究。研究表明,在坐标系发生大角度旋转的情况下,基于罗德里格方法的坐标系旋转参数求解方法具有较高的精度。在几何结构转换方面,本文还研究了将IFC中的扫描实体向City GML中的边界表达模型进行转换的方法。最后,本文在上述研究基础之上,构建了基于IFC和City GML数据标准的中间本体,并以此为依据实现了二者数据之间的融合。(3)三维模型语义标注与空间分割针对目前大多数三维数据模型都缺乏语义描述的情况,本文借鉴了计算机图形学中的几何分析方法,构造了基于射线的几何特征构造方法,并采用支持向量机及超限学习机对三维模型进行有监督分类,实现了初步的语义标注。其次,针对三维网格模型索引、求交等分析处理过程中效率低下的问题,本文构建了网格模型的测地距离与形状直径函数等几何特征描述子,用于基于超限学习机的三维空间模型分割,结果表明,经过分割后的三维网格模型在空间求交分析中,效率获得了较大提高。(4)基于三维空间模型的路径规划应用研究本文首先研究了基于分离轴定律的空间三维模型体素化方法,并在此基础上研究构建了基于八叉树的空间划分方法,建立了基于哈希映射的线性八叉树空间数据组织方法,形成了用于进行室内路径规划的八叉树地图。另外,本文将二维空间中的A*算法拓展到三维空间,并采用三维空间中的26-邻域模型进行最短路径规划。研究结果表明,算法获得的最短路径能够有效地规避障碍物。本文研究的语义匹配与筛选方法,空间参照系统转换参数的求解方法及几何结构转换方法、三维模型语义标准、空间分割算法等为BIM与GIS数据的进一步融合奠定了坚实的理论与技术基础,在此基础上开展的路径规划应用研究为三维模型的应用提供了良好示范。