ГИС в городском планировании и моделировании

Кузнецов О.В., Леонов А.И., Наумов С.В.,
ЗАО «Совинформспутник»,
e-mail: serhio@sovinformsputnik.com

Городское планирование в современных условиях просто немыслимо без фазы моделирования. Дополнительные сложности, помимо общего роста компактности застройки, связаны с повышенными требованиями к комфортности проживания, экологии, охране окружающей среды, сохранению исторического облика города и сложившихся традиций градостроительства в том или ином регионе или городе. В процессе моделирования создается прообраз будущих построек, которые долгие годы призваны служить интересам населения города, бизнеса, туризма и т.д. Мы рассмотрим некоторые вопросы трехмерного моделирования на основе геоинформационных технологий, оставив за скобками возможности мониторинга городской среды при помощи средств дистанционного зондирования.
Моделирование новых зданий и архитектурных комплексов традиционно выполнялось на листе ватмана или посредством создания макетов зданий (как правило, из пенопласта), моделирования ландшафта местности — всеми доступными средствами, начиная от картона, поролона и заканчивая самым обыкновенным мхом. На создание таких макетов уходило очень много усилий и времени. При проектных институтах еще совсем недавно существовали специальные модельные отделы и даже цеха. Сегодня все они безвозвратно канули в Лету. И не только из-за недостаточного финансирования, что, конечно же, имеет место быть, но и по причине неповоротливости, неоперативности и трудоемкости. Что же пришло или приходит на смену старым добрым пенопластовым кубикам ?
В последнее время большое внимание уделяется 3D технологиям, применяемым в ГИС, в том числе и в продуктах компаний ESRI и ERDAS. Что же могут предложить эти знаменитые программы для архитектуры и градостроительства?
Итак. Посредством ArcView с дополнительным модулем 3D Analyst Вы можете в считанные минуты создать трехмерную модель местности. Конечно, при том условии, что у Вас есть доступ к муниципальной ГИС (если ее еще нет, срочно позаботьтесь о том, чтобы она была), или хотя бы, например, цифровая карта местности со зданиями (и их высотами), улично-дорожной сетью, рельефом в виде горизонталей, слоем растительности и гидрографии. Такими электронными картами теперь уже никого не удивишь — с той или иной полнотой и достоверностью они присутствуют практически во всех городах России.
Обладая такой ГИС и/или картой (основой которых является большая база данных), Вы можете также легко внедрить в существующий ландшафт проектируемые здания или целые архитектурные комплексы и проводить различного рода анализ проекта и его взаимодействия с окружающей обстановкой. Можно возразить, что стандартные функции 3D Analyst позволяют выводить на экран только примитивные коробки зданий, и принять окончательное решение при таком виде зданий достаточно сложно. Да это так, но не совсем.
Во-первых, ArcView с 3D Analyst позволяет весьма грамотно решить основополагающие, принципиальные вопросы проекта:

• Правильно выбрать место для строительной площадки с учетом рельефа местности, крутизны склонов, существующей застройки и ландшафта. Кроме того, Вы никогда не попадете впросак, размещая площадку под новое строительство, например, в водоохранной зоне, в зоне газо-нефтепровода, в санитарно-защитной зоне промышленного предприятия и т.д. (конечно, если в Вашем распоряжении имеются соответствующие данные).
• Правильно ориентировать здание относительно сторон света с учетом освещенности в различное время суток.
• Поскольку проектирование выполняется не на плоскости, а на модели реальной местности, оценить объемы предстоящих земляных работ.
• В случае необходимости, определить наличие видимости между различными объектами и построить профили местности по различным направлениям.

Кроме того, Вы можете достаточно быстро менять детали проекта, перемещать здания и другие элементы проекта и посредством последовательных приближений достигать желаемого результата. При этом, средства 3D Analyst позволяют Вам не только взглянуть на проектируемый объект со стороны, но также и «увидеть» то, что будет находиться за окнами нового здания. В наше время это также имеет большое значение.
Во-вторых, уже существует дополнительное программное обеспечение для 3D Analyst, которое позволяет создавать весьма реалистичные объемные визуализации местности с отрисовкой зданий с учетом их внешнего вида. Другим способом более реалистичного отображения зданий является отрисовка их в среде САПР-программ и последующее внедрение их в 3D Analyst (ArcView «понимает» файлы форматов dgn, dwg, dxf напрямую без импортирования). Более того, если в Вашем распоряжении имеются аэро- или космические снимки высокого разрешения, то после соответствующей их обработки можно воссоздать картину местности — вплоть до отдельно стоящих деревьев и прочих достаточно мелких деталей. За счет этого Вы сможете оценить свой проект еще и с эстетической точки зрения.
В-третьих, большим плюсом данного подхода является то, что Вы работаете не в системе координат бумажного листа, а в реальной географической системе (пусть даже и местной). В этом случае Вы можете оценивать свой проект не в отрыве от городской среды, а интегрированным в ней с учетом прохождения инженерных коммуникаций, транспортной доступности, влияния различных источников загрязнения, в том числе шумового, окружающей среды, и т.д. (опять же требуется муниципальная ГИС).
Таким образом, после того, как решены принципиальные вопросы проекта, Вы можете приступать к детальной его проработке, создавать чертежи будущих зданий, прорабатывать фасады и т.д. Данную фазу проектирования, конечно же, лучше выполнять в специализированных САПР пакетах. Однако, по окончании проектирования Вы можете внедрить готовый трехмерный чертеж в тот же 3D Analyst, провести последний анализ и принять окончательное решение.

Рис.1.	Рис.2.
Рис.3.	Рис.4.

На примерах трехмерных моделей участков городов Мекка (Саудовская Аравия), Варшава (Польша), Гарбзен (Германия), Эр-Рияд (Саудовская Аравия), представленных, соответственно на рис. 1-4, демонстрируется применение программных средств ERDAS и ESRI для создания, интегрирования и визуализации трехмерных моделей городских ландшафтов для последующего анализа. Также приведен фрагмент проектирования в среде САПР (рис. 5). Все работы выполнены специалистами ЗАО «Совинформспутник» в среде ArcView с модулем 3D Analyst и ERDAS IMAGINE 8.4. При подготовке данных использовались российские космические снимки высокого разрешения. Используемое ПО предоставляет возможность гибкого интегрирования в модель городского ландшафта различных типов объектов, таких как SHP покрытия, TIN поверхности, снимки, данные САПР.

Рис.5.