По материалам Esri
3D Modeling of Rail System Landscape in Honolulu
Власти Гонолулу применили методы геодизайна для разработки рабочей концепции внутригородской железнодорожной трассы. В основу проекта положены три базовые ГИС-модели: пешей доступности, роста города и увеличения плотности населения. Для дополнения базы данных созданной на основе ArcGISгеоинформационной системы 3D геометрией и текстурами объектов использовались инструменты приложения EsriCityEngine. Одним из результатов разработки стали впечатляющие визуализации для наглядного представления вариантов реализации общегородского проекта всем заинтересованным официальным лицам и общественности.
Те, кто приезжает отдохнуть на Гавайи, невольно погружаются в ауру неторопливого и безмятежного путешествия, по их мнению похожего на райскую жизнь островитянина. Однако жители Гонолулу вряд ли скажут вам, что ездят по своему раю безмятежно, хотя и действительно неторопливо, поскольку Гонолулу претендует на пальму первенства по дорожным пробкам среди городов США. Проблема усугубляется переселением граждан в пригороды в поисках доступного и комфортного жилья, что приводит к стихийному росту города и еще больше увеличивает нагрузку на дороги за счет множества людей, ежедневно ездящих в центр на работу.
Помимо возросшей нагрузки на дороги, быстрый рост Гонолулу имеет и такие негативные последствия, как загрязнение окружающей среды, вторжение в естественную среду обитания диких животных, сокращение площади сельскохозяйственных земель и даже ухудшение здоровья и благополучия людей. В попытке несколько улучшить ситуацию на дорогах власти города и округа Гонолулу одобрили и начали строительство надземной железнодорожной линии, соединяющей Восточный Каполей с торговым центром Ала Моана. Новая железная дорога с 21-й станцией призвана не только облегчить передвижение жителей и туристов по городу, но и позволит применить новую концепцию планирования и развития территорий, прилегающих к железнодорожной трассе, так называемую Застройку, ориентированную на общественный транспорт (ЗООТ, от англ. TOD; transit-oriented development).
Планировщики рассматривают ЗООТ в качестве универсального решения, позволяющего учесть будущее увеличение численности населения, контролировать стихийный рост города и снизить потребность в личном автотранспорте за счет плотной застройки смешанного назначения, привязанной к сети общественного транспорта. При такой застройке жители могут легко добираться до магазинов и прочих благ цивилизации пешком или пользуясь различными видами общественного транспорта. Но, в то же время, смена парадигмы городского развития, предусматривающая строительство зданий средней и высокой этажности и надземной железнодорожной линии, которые существенно изменят городской ландшафт, может вызвать недовольство части местных жителей. В функции планировщиков входит убеждение граждан в преимуществах ЗООТ путем вовлечения их в процесс планирования и взаимного обмена информацией и идеями в отношении развития города. Рассказывая о грядущих переменах, планировщики и консультанты должны показать обе стороны монеты, упомянув все основные плюсы и минусы разных сценариев развития городской инфраструктуры. Для этого они используют развитые средства визуализации, помогающие местным жителям изменить отношение к этому новому и необычному методу строительства в их островном раю.
Модель города Гонолулу, созданная в CityEngine, показывает многоуровневый путепровод в центре города и предлагаемую концепцию городской застройки, ориентированной на общественный транспорт, с тем, чтобы граждане и планировщики могли увидеть в динамике будущие перемены в облике города.
В качестве основного инструмента для демонстрации преимуществ ЗООТ власти города и округа Гонолулу использовали уже неоднократно ранее ими опробованную в разных проектах и, по сути, ставшую традиционным инструментом технологию геоинформационных систем (ГИС). Городской отдел ГИС освоил и применил на практике новаторский метод геодизайна, заключающийся во включении географического знания в процесс проектирования. Такая интеграция позволяет более эффективно проанализировать, сравнить и визуализировать различные варианты новой застройки для жителей районов, которые будут затронуты новым строительством. Чтобы сделать концепцию ЗООТ более понятной и привлекательной, отдел ГИС должен был помочь планировщикам показать жителям такие преимущества, как: безопасный доступ к железной дороге; перемены в облике их района за счет изменения зонирования; положительный эффект от прекращения стихийной застройки для их района и всего города.
Отдел выделил три базовые модели, которые могли понадобиться в процессе геодизайна ЗООТ, а именно модели пешей доступности, роста города и увеличения плотности населения. Как и в любом другом проекте, в начале были определены ресурсы данных, необходимые для проведения анализа, и наличие (или потребность в разработке) соответствующих баз данных. Большая часть базовых данных, таких как дороги, зонирование и здания, уже имелась в подробной базе геоданных Гонолулу, создававшейся в течение долгого времени. Поскольку визуализация – это ключевой компонент геодизайна и мощный инструмент презентации, для планируемого транспортного коридора требовалось построить 3D модель физической среды. Задача облегчалась тем, что модель города Гонолулу частично уже была готова: имелись 3D геометрии центральных районов города, в том числе ключевых зданий с текстурами.
Однако модель была неполной и нуждалась в улучшении, поскольку более 3000 зданий не имели текстуры, а некоторые были представлены только горизонтальным контуром на земной поверхности. С помощью приложения CityEngine компании Esri (см. https://www.esri-cis.ru/products/cityengine/detail/review/), предназначенного для представления в среде ГИС реалистичного городского ландшафта, команда усовершенствовала модель, создав 3D геометрии и добавив текстуры на основе специального набора правил. Власти Гонолулу хотели добиться реалистичного отображения городской инфраструктуры и для этого собрали детальные фотоснимки фасадов зданий, чтобы создать пользовательский набор текстур. Эти текстуры применялись по заданным правилам сразу ко многим зданиям. Были определены также правила создания 3D геометрий, в соответствии с которыми простые горизонтальные (2D) контуры зданий трансформировались в сложные объемные структуры с текстурами. В завершение, в 3D модель города из имевшихся технических чертежей была добавлена проектируемая надземная железная дорога.
Новая линия легкой железной дороги в Гонолулу (проект).
На следующем шаге процесса геодизайна был проведен анализ эффективности планируемого типа застройки (ЗООТ) и созданы альтернативные сценарии для того, чтобы планировщики могли показать ее преимущества для данного района и всего города. С этой целью были использованы как базовые средства ArcGIS, так и возможности дополнительных модулей ArcGIS 3D Analyst и ArcGIS Spatial Analyst и приложение ModelBuilder для визуального моделирования. С их помощью отдел ГИС разработал модели пешей доступности, роста города и увеличения плотности населения многократного использования, в которых для оценки различных сценариев можно было изменять значения переменных. Ключевым моментом концепции ЗООТ является обеспечение легкого и безопасного пешего или велосипедного доступа к остановкам общественного транспорта. Для определения расстояний от конкретного дома или места работы до остановки общественного транспорта в модели пешей доступности использовались инструменты геообработки модуля Spatial Analyst.
Ознакомившись с результатами этого анализа, граждане могли понять, насколько удобно им будет пользоваться общественным транспортом. Поскольку для одобрения концепции ЗООТ общественностью требовались более веские аргументы, нежели просто демонстрация прогнозируемого пассажиропотока, планировщикам необходимо было убедительно показать, что такая застройка выгодна для Гонолулу в любом варианте, с железной дорогой или без нее. Для этого отдел ГИС не ограничился вариантом ЗООТ и создал альтернативные сценарии городского развития. Планы ЗООТ для районов вокруг каждой железнодорожной станции были проанализированы в моделях роста города и увеличения плотности населения с использованием инструментов модулей Spatial Analyst и 3D Analyst.
В завершение, с помощью приложения CityEngine на основе заданных правил для 3D геометрий и текстур были созданы новые модели, с большей детальностью демонстрирующие предпочтительный, по мнению разработчиков, сценарий. На них можно было увидеть ряд важных особенностей планировки: новое строительство сосредоточивалось вокруг станций; плотность застройки была низкой или средней; обширная территория оставалась незастроенной. Затем был смоделирован будущий облик города в условиях его предполагаемого роста и при сохранении существующего зонирования. Он представлял собой бескрайнее море домов, возникшее в результате стихийной застройки, и резко контрастировал со сценарием ЗООТ.
Таким образом, геодизайн вооружает планировщиков мощными инструментами и аналитическими данными, в данном случае убедительно показавшими гражданам, что можно улучшить их жизнь и как этого можно достичь. Для популяризации проекта развития города власти Гонолулу избрали уникальный метод визуализации сценариев ЗООТ с использованием наглядных картографических 3D веб-представлений.
Кроме того, при содействии компании Zebra Imaging из города Остин, штат Техас, лидера в области 3D визуализации и партнера Esri, отделу ГИС также удалось создать реалистичное отображение результатов анализа в виде голографических 3D изображений. С помощью программы для работы с изображениями Zebra Imaging, модуля ArcGIS 3D Analyst и приложения Esri CityEngine были созданы тысячи уникальных голографических 3D видов, сформированных путем экспорта моделей ГИС-данных, представляющих вариант проекта планирования и развития территорий на основе сценария застройки, ориентированной на общественный транспорт (ЗООТ). По этим 3D ГИС-представлениям создавались голографические дифракционные решетки, которые записывались на пленку с помощью лазеров. И тогда при правильном освещении того, что казалось просто кусочком пластика, создавалось цветное 3D изображение с полноценным параллаксом над поверхностью пленки. Это впечатляло, зрители получали дополнительную визуальную информацию о проекте а разработчики – дополнительные аргументы в его пользу.
Подготовить эту модель для голографической печати и отображения столь же просто, как и добавить текстуры, сохранить проект и загрузить модель в ArcGIS для работы в программе Zebra Imaging.
От редакции ArcReview: Этот проект был по достоинству оценен как властями города и округа Гонолулу, так и всем ГИС-сообществом в лице участников Международной конференции пользователей ПО Esri и проходившего в г. Редландс очередного, уже четвертого саммита по геодизайну. На этих популярных гео-форумах полученные результаты были представлены в виде интересных выступлений с живыми демонстрациями. А исполнители проекта получили награду за особые достижения в области ГИС из рук Президента Esri. Соответствующее видео можно посмотреть на сайте video.esri.com, задав в окне поиска ключевое слово Honolulu. (Полное название видео «City and County of Honolulu Use 3D to Analyze Transit-Oriented Development», его продолжительность около 15 минут).
