По материалам ESRI
Трехмерная цифровая карта Вены расширяет возможности городского планирования, управления и обеспечения безопасности.
В Вене, столице Австрии, трехмерная географическая информация используется при решении таких задач, как городское планирование, управления подземным транспортом, защита от шума. Поскольку, в идеале, эта информация должна быть доступна пользователям городской ГИС, она постепенно переносится в базу данных, на основе которой строится трехмерная модель города. Данные регулярно обновляются, и к ним могут обращаться пользователи ArcGIS. Созданием и ведением цифровой модели города занимается департамент геодезии – центральное ведомство по всем сервисам, связанным с вопросами геосъемки.
Трехмерная модель Вены сейчас включает универсальную цифровую карту города, называемую MehrZweckKarte (MZK), цифровую модель рельефа, несколько сотен тысяч трехмерных моделей зданий (рис. 1), а также сеть подземного рельсового транспорта. Цифровая карта и модель рельефа управляются с помощью ArcSDE. Трехмерные изображения зданий и сеть подземного транспорта смоделированы и управляются на основе программной системы CityGRID от австрийской компании Geodata IT GmbH.
Рис. 1. Слева: здание представлено линейной структурой из базы данных трехмерных объектов. В центре: добавлена модель поверхности здания. Справа: сверху наложена фототекстура.
Формат данных ESRI мультипатч позволяет создавать трехмерные модели, доступные через ArcSDE. Мультипатч – это хранящийся в шейп-файлах ESRI тип геометрии для представления внешней поверхности объектов, занимающих отдельную площадь или объем в трехмерном пространстве.
Для просмотра трехмерной модели города могут применяться приложения ArcScene и ArcGlobe модуля ArcGIS 3D Analyst (рис. 2)
Рис. 2. Фрагмент: модель города вместе с геоданными цифровой карты MZK показана в ArcScene.
Для управления элементами MZK, цифровой моделью рельефа и предоставления линейных кадастровых данных в Вене также применяется ArcSDE. Для работы с этими 2,5-мерными геоданными в основном используется ПО ArcGIS, установленное примерно на 100 рабочих станций. В качестве решения для создания моделей зданий и подземных структур была выбрана система CityGRID (www.citygrid.at), совместимое с имеющейся программной средой. Она внедрялась поэтапно с начала 2003 года. С ее помощью была обработана топология геоданных, результат сохранен в базе трехмерных данных с возможностью постоянного обновления моделируемых объектов.
Создание модели города
На первом этапе была создана модель надземной части города с ландшафтом крыш путем дополнения уже имеющихся геоданных фотограмметрической информацией на основе аэросъемки. Для выполнения этой задачи потребовались всего двое сотрудников отдела геодезии, в то время как для выполнения задач, связанных с построением MZK, было задействовано 30 сотрудников. Точная модель рельефа и хорошо организованная цифровая карта, такая как MZK, вместе могут составлять порядка 90% всей модели города.
При этом следует учитывать, что уже имелись данные по 500 тыс. зданий, представленных упрощенными моделями их крыш, а по 25 000 строений имелись детализированные модели геометрии крыш. По запросу на модели геометрии крыш в изображении может быть быстро наложена текстура стен с помощью фотографий зданий, сделанных с земли.
В 2005 году был разработан расширенный интерфейс под ArcGIS. Он предоставил возможности извлечения и отображения различных элементов, включая:
- Трехмерные модели зданий и других конструкций в формате мультипатч, которые можно просматривать в приложениях ArcScene и ArcGlobe модуля ArcGIS 3D Analyst.
- 2,5-мерные грид модели, представляющие рельеф и крыши, по которым можно определять зоны видимости средствами ArcGIS 3D Analyst.
- Полигональные слои для представления площадей застройки и крыш в ArcMap. Их дополнительные атрибуты, такие как высота зданий, также могут применяться для выполнения пространственного анализа.
- Линейная тема «Фасады» со ссылками на соответствующие текстуры.
Модель города может быть использована и с двухмерными геоданными в ArcGIS, и с трехмерными данными в приложениях ArcScene и ArcGlobe.
Анализ шумового загрязнения города
Трехмерная модель надземной части города в первую очередь используется сотрудниками, занимающимися вопросами городского планирования и защиты от шума. Для имитирования распространения шума по большой территории требуется полная модель города. Департаменты города по защите от шума отвечают за документирование существующего шумового фона в виде карт и моделирование эффекта от установки заграждений и введения ограничений. Поскольку топография местности и строения оказывают существенное влияние на распространение шума, трехмерная модель города особенно важна при расчете шумового загрязнения в городе (рис. 3).
Рис. 3. Моделирование распространения шума: сверху – без, внизу – с шумозаградителями (показаны зеленым цветом).
Судя по накопленному опыту, выполнение типичного проекта шумозащитных работ с использование модели города позволяет на 90% сократить затраты времени на подготовку геометрических исходных данных, необходимых для расчета шумового фона в экспертной системе.
При использовании трехмерных данных в качестве исходных для систем оценки защиты от шума, модель города должна быть представлена в виде блоковой модели в формате шейп-файла. Крыши в упрошенном виде должны представляться призмами поверх зданий, если имеется атрибутивная информация о средней высоте карнизов и высоте конька. Также в MZK хранится информация о дорогах и озеленении, которая помогает учесть различия в поглощении звука в этих местах.
Городское планирование
Наибольший интерес для инвесторов представляют высотные здания коммерческого назначения. В то же время, планировщики при определении оптимальной высоты нового здания стараются избежать негативных моментов, когда здание своим видом будет грубо нарушать сложившийся городской ландшафт, или оно будет видно из мест с традиционной для города застройкой и других важных обзорных точек. Используя традиционные методы, корректно провести такую высотную оптимизацию практически невозможно. А при использовании трехмерной модели города эта процедура занимает всего несколько часов (рис. 4). На основе точно представленных в модели города крыш домов можно построить ГИС-совместимую модель высот в формате грид и провести по ней детальный анализ видимости средствами ArcGIS 3D Analyst.
Рис. 4. Анализ видимости для проекта высотного строительства в Вене. Красным показаны части города, откуда четыре высотных зданию будут видны пешеходам.
Архитектурные конкурсы
Разработки дизайнеров, представляемые на архитектурные конкурсы, должны оцениваться объективно. Трехмерная модель города может предоставить стандартную рабочую среду всесторонней оценки таких проектов. Поданные на конкурс разработки могут быть смоделированы и рассмотрены в разных вариантах в режиме интерактивной трехмерной визуализации с помощью приложений ArcScene и ArcGlobe (рис. 5).
Рис. 5. Модель проектируемого здания и окружающей территории можно отобразить в ArcScene.
Трехмерная модель подземной части города
Добавление подземных структур в модель города начато в 2005 году. Изначально в модель были встроены все элементы, связанные с 35 километрами пути подземного транспорта. Исходными материалами стали эскизные чертежи, имевшиеся в основном только в бумажном виде. Трехмерное моделирование выполнялось в системе CityGRID путем оцифровки структурных линий подземных сооружений. Также были смоделированы основные элементы интерьера станций подземки и 9км подземной линейной сети Viennese в центральной части города. Эта сохраненная в базе трехмерных данных информация может отображаться в двумерном виде в ArcMap или в трехмерном – в ArcScene и ArcGlobe (рис. 6).
Рис. 6. Трехмерное представление в ArcScene системы метрополитена. Данная модель подземного пространства используется и для анализа инженерных коммуникаций.
Прокладка дополнительных линий подземных коммуникаций, особенно в центре города, должна тщательно планироваться. Множество уже проложенных коммуникаций осложняет новое строительство и проведение земляных работ, создаваемые ими сложности необходимо учитывать и сводить к минимуму. Точная информация о подземных инженерных сетях позволяет экономить время и средства, например, в случае, когда трубопровод пересекает линию метро. Формат мультипатч позволяет точно отобразить трехмерные подземные структуры в ArcGIS. Таким образом, можно избежать ошибок при планировании, поскольку трехмерное моделирование и оптимизация могут выполняться на ранних стадиях процесса проектирования (рис. 7).
Рис. 7. Двухмерное представление подземной станции (показана светло-голубым) вместе с зонами, где находятся канализационные коллекторы (показаны красным), позволяет быстро определить места возможных осложнений.
Все элементы кадастра инженерных коммуникаций доступны в двухмерном виде. Система метро также имеется и в трехмерном виде в модели подземной части города. Городской департамент обработки электронных данных создает трехмерный вид и для кадастра линий коммуникаций. Значения z для координат вершин берутся из имеющейся информации о высотах, так как ArcSDE поддерживает структуру трехмерных данных.
Трехмерная информация повышает безопасность
Подземные станции метро имеют сложную структуру, особенно станции пересадок. Кроме нескольких уровней и лестничных пролетов для пассажиров, станции также включают в себя служебные помещения, систему вентиляции, соединительные переходы. Как правило, в каждом помещении имеются датчики пожарной тревоги. При возгорании датчик передает в центральный офис код помещения. Но найти реальное местоположение помещения с использованием традиционного двухмерного плана часто бывает непросто. Трехмерное представление станции очень помогает сотрудникам аварийных и спасательных служб как можно быстрее попасть в нужное место. Отображение пространства подземных станций в ГИС является важным компонентом современной системы экстренного реагирования. А модель надземной части города предоставляет важную информацию об окружении станции.
За более подробной информацией о модели города Вена можно обращаться к Лайонелу Дорфнеру (Lionel Dorffner, E-mail: lionel.dorffner@m41.magwien.gv.at), Муниципальный департамент геодезии Вены, или Джеральду Форкерту (Gerald Forkert, E-mail: forkert@geodata.at), директору-распорядителю компании Geodata IT GmbH.
