По материалам Esri
Building a University of the Future
В проектировании университетского городка используются программное обеспечение ArcGIS for Server и принципы ГеоДизайна. Создание 3D моделей новых объектов строительства проводится с применением лидарных данных. Интеграционный подход к разработке и реализации проекта уже позволил сэкономить тысячи долларов.
Университет Калгари в провинции Альберта является одним из ведущих учебных и исследовательских заведений Канады. В нем обучается свыше 29 тысяч студентов и работает более 4000 научных сотрудников и лиц обслуживающего персонала. Университет применяет геоинформационные технологии (ГИС) в научных исследованиях уже 20 лет и к настоящему времени принял в качестве стандарта управления географической информацией технологию Esri. Среди более полусотни других высших учебных заведений Канады и более полутора тысяч университетов во всем мире, этот университет давно пользуется всеми преимуществами, которые предоставляет общеуниверситетская лицензия на ГИС-продукты Esri (Esri Campus-Wide Site Licenses), снимающая все ограничения на применение ПО ArcGIS в пределах кампуса. Понимая значение географического анализа для повышения качества принимаемых решений, университет Калгари перешел к использованию ГИС для управления не только учебно-научными, но и другими институциональными и административными данными.
Создание «умного» кампуса
Только главный кампус университета насчитывает более 20 учебных корпусов на территории более 200 гектаров, что превышает площадь всей центральной части города Калгари. В 2008 году университет начал $1,5-миллиардный проект расширения кампуса, самый большой проект капитальной реконструкции в своей истории. Сознавая, что реализация проекта такого масштаба и одновременное обслуживание стольких зданий требуют понимания всех особенностей кампуса (его ландшафта, людей, зданий и прочей инфраструктуры), университетские планировщики начали широко использовать возможности ArcGIS и принципы ГеоДизайна для анализа и оценки последствий того или иного строительного решения уже на самом раннем этапе выполнения проекта.
Университет Калгари использует ArcGIS для управления $1,5-миллиардным проектом расширения кампуса, обслуживания зданий и инфраструктуры на 200 гектарах университетской территории.
Институциональные данные университета, используемые для административно-хозяйственного управления, находятся в централизованном хранилище данных. Внешним интерфейсом служит технология ArcGIS for Server компании Esri, через которую осуществляется доступ к данным компании ARCHIBUS (из г. Бостон, штат Массачусетс), партнера Esri и автора решения для управления пространственными данными и информацией о земельной собственности, инфраструктуре и зданиях. Благодаря интеграции этих систем пользователи могут визуализировать и анализировать объекты как внутри, так и вне зданий, что важно для понимания текущих проблем кампуса. Уяснение особенностей территории и оценка того, насколько хорошо они используются (обыгрываются), являются ключевыми шагами процесса изменения ландшафта методом ГеоДизайна. Оценка текущего состояния дел позволяет определить базис и ключевые метрики для сравнения вариантов проектных решений. Результатом является лучшее планирование мест для строительства и оптимизация проектов зданий на основе требований экономии ресурсов и экологичности уже на стадии предварительных изысканий и проектных работ.
Столь же важно понимание физических ограничений территории. Для выбора площадок под строительство планировщики и ландшафтные архитекторы должны, например, знать, куда на территории кампуса стекает вода. Этот вопрос встал на стадии проектирования, когда группа АХУ попросила команду ГИС университета создать модель водосборного бассейна кампуса. Хотя на территории кампуса нет резких уклонов, но имеются низкие места. Учитывая высокий уровень грунтовых вод в Калгари, понимание этих природных особенностей было важным моментом при проектировании. Постройка цокольного этажа в некоторых местах может увеличить вероятность затопления. Знание направлений стока дождевой воды позволило группе увидеть области возможных ливневых паводков и, соответственно, уменьшить риски затопления зданий.
Понимание физического рельефа местности и его влияния на особенности стока воды имело важное значение. Модель водосборного бассейна была использована при планировании новых объектов строительства и расширении системы ливневой канализации, в том числе в инновационном проекте по ускорению фильтрации поверхностных вод до их поступления в канализационную систему.
3D данные нужны везде
Для создания модели водосбора группа ГИС скомбинировала лидарные данные с ортоисправленными аэрофотоснимками высокого разрешения. Эти данные проектировщики просматривали и обрабатывали в 3D среде приложения ArcGIS ArcScene для анализа воздействия новых объектов строительства на прилегающую территорию.
Использование лидара для картографирования территории кампуса позволило получить данные не только о голом рельефе (собственно земной поверхности), но и о деревьях. Они зафиксировали и обработали высоту каждого дерева, чтобы иметь дополнительную информацию для восстановления ландшафта по завершении проекта расширения кампуса, а также для моделирования затенения проектируемых зданий. Эта информация помогла команде оптимизировать посадку новых деревьев вместо старых в пропорции 5 новых вместо каждых 3, изъятых при строительстве, а также местной растительности, не требующей частого полива, в целях снижения водопотребления и эмиссии парниковых газов.
Построив модели поверхности, группа создала 3D модели зданий для моделирования степени затенения от них для следующего этапа работ. Традиционно эти модели используются, чтобы убедиться в том, что новые здания не будут загораживать вид из окон существующих зданий. В данном случае моделирование затенения использовалось для оценки количества солнечной энергии, которое будет поступать в здание через окна и ограждающие конструкции. Подобный метод оптимизации механики отопления зданий важен для такой северной местности как Калгари, где высота солнца над горизонтом существенно изменяется в зависимости от времени года. Летом солнце поднимается высоко, и тени укорачиваются, а зимой верно обратное. 3D моделирование затенения с учетом изменения высоты солнца над горизонтом помогло вычислить, сколько времени то или иное здание будет находиться в тени в разное время года, чтобы определить потребность в отоплении и оценить затраты на поддержание в нем комфортной температуры.
Как часто бывает в ГИС-проектах, приложение, разработанное для решения одной задачи, оказывается полезным и для других. Когда уже были разработаны модели поверхности и определены места строительства, возникла срочная потребность в создании модели ирригационной системы кампуса. Было разработано приложение для картографирования изменений в системе, вносимых строительными работами. Это новаторское приложение используется также для мониторинга водопотребления и инвентаризации оборудования. Оно содержит схему 8500 водяных форсунок на территории кампуса и помогает персоналу, ухаживающему за территорией, управляться с этой сложной системой. Зная расход воды и угол наклона каждой форсунки, университет теперь может вычислять объем разбрызгиваемой воды и покрываемую площадь. Приложение может использоваться в повседневной жизни кампуса и позволяет экономить воду за счет уменьшения перекрытия струй и исключения разбрызгивания воды на дороги и пешеходные дорожки.
Координация решений
Благодаря применению методологии ГеоДизайна были обнаружены новые возможности повышения эффективности управления кампусом, даже там, где изначально и не ожидалось. Параллельно с проектом расширения кампуса, департамент информационных технологий (ИТ), стремясь достичь синергетического эффекта, с помощью ArcGIS объединил ресурсы нескольких компьютерных центров, ранее обслуживавших удаленные компьютерные системы. Эта консолидация позволила высвободить физическое пространство для реализации других целей и улучшила координацию систем связи и компьютерных сетей кампуса. Она также позволила сократить расходы на электропитание и систему охлаждения помещений.
Интерактивный поисковик помещений позволяет определить текущее положение пользователя и оптимальный маршрут к пункту назначения.
«Использование ГИС в качестве инструмента принятия решений – это эффективный метод сбора всей известной вам информации в одном месте с тем, чтобы увидеть разом всю картину, – говорит Том Маккафри (Tom McCaffrey), координатор ГИС Университета Калгари. – Работа с каждым слоем данных как с отдельной сущностью – это одно; а сочетание вместе нескольких слоев разной тематики для комплексного решения сложной проблемы – совсем другое. Это, по сути, различие между двумерным мышлением и мышлением в трех или четырех измерениях».
Понимая эти преимущества ArcGIS, группа ИТ-телекоммуникаций обратилась к специалистам ГИС с просьбой помочь создать приложение, показывающее расположение линий телекоммуникационной сети, трасс инженерных коммуникаций, монтажных шкафов и шахт для инженерных коммуникаций на территории кампуса. При отсутствии должного управления обслуживание инженерных коммуникаций и компьютерных сетей может отнимать много времени и усилий. Созданное веб-приложение на основе ArcGIS for Server предоставляет 3D схемы сетей, которые администраторы в любой момент могут проанализировать и отредактировать. А техники по обслуживанию могут трассировать, быстро находить и устранять неполадки в кабелях и оборудовании. Система позволяет получать данные в режиме реального времени, планировать развитие сетей и предотвращать возникновение дорогостоящих технических проблем.
Улучшение управления активами и уменьшение рисков
Согласно проекту, университету нужно провести замену и текущий ремонт наружной поверхности крыш более чем 90 зданий в нескольких секторах кампуса. Чтобы сделать этот процесс более эффективным, группа ГИС создала картографическое веб-приложение, позволяющее редактировать и обновлять соответствующие данные, выполнять измерения и создавать отчеты о расходовании государственных средств на замену крыш в кампусе. Используя возможности ArcGIS, группа теперь может более эффективно отслеживать жизненный цикл кровельных материалов и гарантийные обязательства по ним, что поможет сэкономить тысячи долларов при производстве кровельных работ. Данные о конструкциях, включаемые в отчеты для госорганов, теперь подробно документируются с помощью точного пространственно-временного метода, который обеспечивает строгий учет использования государственных средств. ГИС фактически устранила нужду в ручных промерах крыш, отнимающих время и средства и небезопасных для работников.
В области управления рисками университет с помощью ArcGIS повысил общественную безопасность. Встроив в текущую модель кампуса актуальные поэтажные планы зданий, он разработал планы аварийной готовности и эвакуации. Созданные модели и процессы были обсуждены с представителями местных властей и экстренными службами, и по итогам обсуждения был выработан стандарт карты, который был передан этим организациям. Группа обеспечения безопасности рассмотрела различные сценарии и определила несколько возможных маршрутов эвакуации из зданий. Эти планы опубликованы на центральном веб-сайте, чтобы пожарным было легче понять схемы эвакуации. Университет также намеревается интегрировать потоки данных реального времени от камер наблюдения в защищенное веб-приложение типа «приборная панель» (dashboard) для создания мобильного командно-контрольного ситуационного центра кампуса.
С помощью ArcGIS были разработаны и модели наружного освещения для университетских программ безопасности пешеходов. Качество наземного освещения в этих моделях оценивалось по типу осветительной арматуры и воздействию растительности или тени от зданий. Созданные карты были переданы обслуживающему персоналу для принятия необходимых мер по улучшению освещения потенциально опасных зон.
Повышение удобства передвижения по кампусу
Чтобы помочь студентам и посетителям уверенно передвигаться на территории кампуса, университет разработал интерактивное приложение – поисковик помещений, в котором используются институциональные данные. Пользователи могут ввести название здания и номер помещения, которое нужно найти, и приложение сгенерирует подробную карту с поэтажным планом, на котором выделено нужное помещение. С помощью онлайн-инструмента посетители могут определить путь и найти ближайшую парковку перед посещением кампуса. Это делает их визит более комфортным и помогает посетителям сэкономить время.
Интерактивный поисковик помещений скоро станет доступным и на мобильных устройствах. Например, пользователи могут сфотографировать указатель на стене, определить по нему свое текущее местоположение и ввести нужный пункт назначения. Карта покажет несколько вариантов маршрута: кратчайший путь, маршруты внутри и снаружи здания, проход к лифту для людей с физическими ограничениями или к лестнице для тех, кто любит зарядку.
Другой перспективный проект с использованием административных данных поможет студентам выбирать учебные аудитории по принципу пространственной близости. Разрабатываемое приложение позволит студентам вводить их ID-номера и создавать карты, показывающие расположение учебных аудиторий и близость к очередной аудитории в конкретный день и время. Оно поможет студентам быстрее освоиться на территории кампуса и выбрать учебный план с разумными затратами времени на перемещение между аудиториями.
«Технология ГИС предлагает безграничные возможности для совершенствования рабочих процессов, – говорит Маккафри. – То, что занимало недели, теперь выполняются за минуты. Возможность видеть разом всю картину – это то, чего у нас прежде не было. ГИС позволяет нам осуществлять планирование на гораздо более высоком уровне, чем мы даже могли представить. Теперь мы постоянно ищем всё новые способы просмотра возможных вариантов и выбора наилучших управленческих решений».
Увеличенное изображение в поисковике помещений.
Значительно повысив эффективность исследовательских, институциональных и административных процессов за счет использования технологии Esri, Университет Калгари претендует на высшую оценку за применение принципов ГеоДизайна и уверенно идет к тому, чтобы стать университетом будущего.
Дополнительную информацию по практическому применению концепций ГеоДизайна можно посмотреть на www.esri.com/products/technology-topics/geodesign.
