№3(59)
Сентябрь 2017
ISSN
1990-4126

English

«Архитектон: известия вузов» № 30 - Приложение Июль 2010

Урбанистика


 Рафикова Светлана Дамировна

студент УралГАХА Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Г.Б. Захарова Уральская государственная архитектурно-художественная академия, г. Екатеринбург, Россия

 Вдовин Алексей Сергеевич

предодаватель кафедры ИТ УралГАХА, Уральская государственная архитектурно-художественная академия, г. Екатеринбург, Россия

ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ ТЕРРИТОРИИ СРЕДСТВАМИ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ


Разработана технология трехмерного моделирования архитектурных объектов, включающая комплексный анализ прилегающей территории. Визуализация объекта и соответствующего рельефа, дополненная мощными аналитическими возможностями, выполняется предложенным эффективным набором инструментов в среде геоинформационной системы.

Ключевые слова: геоинформационная система, цифровая модель местности, трехмерное моделирование, комплексный анализ территории.


В настоящее время наблюдается устойчивый интерес к трехмерному представлению объектов городской среды и города в целом. Фотореалистичные трехмерные модели ряда городов США можно, например, увидеть на портале от Microsoft Live Search (maps.live.com), олимпийский Ванкувер также был доступен для виртуальной прогулки. В Екатеринбурге создан интересный проект cityscanner.ru, основанный на технологии сферической фотосъемки и создания виртуальных туров, разрабатываются проекты по Санкт-Петербургу [1, 2], и это только начало списка – тематика становится все более актуальной и привлекает внимание исследователей. Помимо создания эффекта визуального присутствия, такие объекты ориентированы на различные социальные и коммерческие проекты. Однако дополненные мощными аналитическими возможностями современных географических информационных систем (ГИС), 3D-модели, содержащие информацию обо всех ресурсах города, могут стать эффективным объектом управления всеми его основными фондами. За рубежом подобные работы уже находят практическое применение (например, в г. Вудланд в США действует соответствующее приложение в среде ГИС), а в нашей стране подход не нашел пока широкого распространения.

Тем не менее, работы ведутся, поскольку комплексный анализ территории позволит решить существенно более важные и новые задачи, неразрешимые классическими средствами и методами. Вот некоторые из задач, перспективные с точки зрения современных информационных технологий [3, 4]:

• визуализация всех существенных природных и искусственных объектов,
• планирование капитального ремонта, реконструкции и сноса объектов,
• точный учет наклона и неровности земной поверхности,
• поиск и проведение инвестиционной оценки земельных участков под застройку,
• осуществление интегрированных в карту систем подсчёта стоимости недвижимости и земельных наделов в зависимости от расположения, состояния, рельефа местности и т.д.,
• моделирование вида строящегося объекта с учетом природного ландшафта,
• получение полного обзора из окна и с балкона окружающей панорамы,
• осуществление виртуальных туров, экскурсий по культурным и историческим местам города,
• более удобное управление информационными, электрическими, водопроводными, канализационными и другими сетями, каналами, коммуникациями и сооружениями,
• отображение в привязке к реальному ландшафту всех видов инженерных коммуникаций: воздушных, наземных, внутренних, подземных и подводных,
• хранение и использование многоформатных данных в одном месте, что позволит отслеживать и анализировать прошлые данные для прогнозирования и сравнения изменения ситуации,
• возможность создания глобальных информационных систем в одной системе координат без потери детальности.

В основном для решения градостроительных и управленческих задач используются такие программные продукты как Autodesk 3D’s MAX и AutoCAD, а возможности ГИС в нашей стране пока не нашли широкого применения в практике архитектурного проектирования.

В данной работе представлена новая технология – совмещение программного обеспечения (ПО) «ArcGIS» и «Autodesk 3D’s MAX». На сегодняшний день ПО «ArcGIS» является безусловным мировым лидером среди географических информационных систем. Данный продукт разработан американской компании ESRI.Inc (Environmental Systems Research Institute — Институт исследований систем окружающей среды).

ПО «ArcGIS» состоит из 3 основных компонентов:

- ArcMap – позволяет создавать карты и работать с ними: визуализация, редактирование и анализ пространственных данных, создание отчетов, графиков и макетов компоновки карт.

- ArcCatalog – управление хранением пространственных данных, структурой баз данных, записью и просмотром метаданных.

- ArcToolbox – набор инструментов для выполнения множества отдельных задач, пространственных и других операций с данными. В последних версиях «ArcGIS» эти инструменты включены в ArcMap и ArcCatalog в виде отдельной панели инструментов.

Каждый из продуктов семейства «ArcGIS» имеет возможность расширения за счет подключения дополнительных модулей (extensions). К числу наиболее распространенных относятся:

- Spatial Analyst – обработка и анализ растровых данных в формате GRID;

- 3D Analyst (ArcScene) – работа с моделью данных TIN, моделирование 3D ландшафтов;

- Image Analysis – работа с данными дистанционного зондирования.

Совмещение ПО «ArcGIS» и «Autodesk 3D’s MAX» имеет ряд неоспоримых преимуществ, главным из которых является создание высокореалистичной цифровой модели местности (ЦММ) с использованием полученных пространственных данных.

raf1.jpg

Рис.1. Технологическая схема совмещения данных пакетов

На рис. 1 представлена предложенная нами технологическая схема совмещения данных пакетов. Большой набор инструментов обработки и анализа геоданных ПО «ArcGIS» помогает архитектору провести комплексный анализ территории и решить широкий круг следующих профессиональных вопросов:

1. Построение высокоточной гидрологически корректной цифровой модели рельефа, необходимой для ведения проектных работ.

2. Проведение расчета объема земляных работ, необходимого на начальном этапе строительства.

3. Вычисление геометрических характеристик проектируемых и существующих объектов (длин, площадей, периметров) с учетом рельефа местности; выполнение расчета свободной площади и определение расстояния между жилыми, общественными и производственными зданиями.

4. Создание высокореалистичной визуализации существующих и проектируемых объектов, причем, возможности ПО «ArcGIS» позволяют использовать в рабочем проекте полученные данные в самых различных форматах и системах координат.На рис. 2 представлена модель рельефа с реально существующими зданиями, где здания обозначены «коробками». В предложенной технологии была осуществлена привязка к своим координатам в «ArcGIS» жилого дома и детского садика, разработанных в среде ПО «Autodesk 3D’s MAX». Такими высокореалистичными объектами можно заменить все «коробки».

raf2.jpg

5. Проведение расчета экспозиция склона, теплового и ветрового режимов. Экспозиция определяет направление наиболее крутого склона от ячейки до ее ближайших соседей. Можно выяснить освещенность солнцем каждой точки территории при изучении биоразнообразия в какой либо области: определить, где в первую очередь будет таять снег при изучении опасности затопления жилых районов паводком; определить плоские участки при поиске места для аварийной посадки самолета. Каждый цвет обозначает определенную сторону света. Серый – это плоская поверхность (рис 3).

raf3.jpg

6. Определение крутизны склонов, направлений стока вод и зон затопления. Уклон нужен для определения наиболее ровного и пологого участка рельефа. С помощью уклона можно определить наиболее благоприятное расположение необходимого объекта для строительства. Чем меньше значения уклона, тем ровнее территория; чем больше значение уклона, тем круче склоны. Красные участки обозначают наиболее крутые склоны. Зеленые – более ровные. Уклон можно вычислить в форме градуса и процента (рис 4).

raf4.jpg

7. Построение зон видимости и обзорных панорам. Возможности ПО ArcGIS позволяют определить, какая часть территории будет видна из каждой точки наблюдения. Зеленым цветом показаны видимые участки, красным – невидимые (рис 5). Также для анализа освещенности или затенения рельефа используется отмывка рельефа. Отмывку рельефа можно использовать и для определения длительности и интенсивности освещения каждой точки солнцем. При графическом отображении отмывка может значительно улучшить качество изображения рельефа.

raf5.jpg

Хранить и просматривать информацию можно: в виде векторных карт, космических снимков, фотографий, трехмерных моделей, схем, планов, диаграмм, графиков, таблиц, баз данных, мультимедийной информации и текстовых документов, поскольку необходимо сравнивать и анализировать новые и старые данные в пространстве и во времени, прогнозировать события и т.д.

ЦМР повышает эффективность решения градостроительных задач и предназначена для использования государственными структурами (министерствами, федеральными агентствами, ведомствами, префектурами и муниципалитетами), архитекторами, дизайнерами, проектировщиками, застройщиками, риэлторами, инвесторами.

Таким образом, трёхмерное представление и отображение объектов в привязке к соответствующей территории значительно расширяет сферы применения геоинформационных систем и является мощным аналитическим инструментом.


Библиография

1. Аврутин В.Д., Руденко В.Ю. О трехмерной модели городского пространства города Санкт-Петербурга / В.Д. Аврутин, В.Ю. Руденко // ГИС Review.– 2009. –№4.

2. Степанов Д.И, 3D моделирование [Электронный ресурс] / Д.И. Степанов // ООО «НПП «Бента». – Режим доступа: http://www.benta.spb.ru/work/foto/3d_model/index.html  

3. КИБЕРнетика среды обитания [Электронный ресурс] – Сайт компании ЗАО "Киберсо". – Режим доступа: http://kiberso.com/page.php?p=services&id=30/  

4. Сайт группы компаний «Информап» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.informap.ru


ISSN 1990-4126  Регистрация СМИ эл. № ФС 77-70832 от 30.08.2017 © УрГАХУ, 2004-2017  © Архитектон, 2004-2017