Трехмерное городское информационное пространство 

УДК 681.32

В.Д. ШИПУЛИН, И.М. ПАТРАКЕЕВ, А.А. ЕВДОКИМОВ

ТРЕХМЕРНОЕ ГОРОДСКОЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ПРОСТРАНСТВО

Рассматривается геоинформационная технология, которая предназначена для создания и визуализации трехмерных моделей городских территорий и базируется на использовании аэрокосмической информации. Технология основана на взаимодействии программных продуктов Digital/Delta, ArcGIS, средств фотореалистической визуализации пространственных объектов SketchUp и представляет собой наиболее перспективное направление в области разработки и развития геоинформационных технологий.

Введение

Рассмотрим основные направления повышения эффективности управления городскими территориями на основе технологии трехмерной визуализации географических данных в сочетании с фотореалистической визуализацией зданий квартала города Харькова. Имеется возможность уже сейчас перейти к построению комплексных «виртуальных» сред обитания, делая геоинформационные системы и сервисы доступными и необходимыми не только для городской администрации, но и для каждого человека.

Необходимость повышения качества восприятия визуальной информации о городском пространстве, расширение состава муниципальных задач, для решения которых используются географические и информационные технологии, в настоящее время требует создания трехмерного городского геоинформационного пространства (ТГГП).

Цели создания ТГГП

Основной целью построения ТГГП является расширение круга решаемых задач, связанных с градостроительной деятельностью, например:

- планирование развития городских территорий;

- проектирование, реконструкция и эксплуатация зданий и сооружений;

- совершенствование и проектирование транспортных систем;

- ведение городского кадастра, риэлторская деятельность.

Помимо этого создание ТГГП позволит решить круг прикладных задач, таких как:

- обеспечение безопасности проживания на городской территории;

- обеспечение применения транспортно-навигационных систем;

- обеспечение мониторинга экологической обстановки в пределах городской территории;

- решение информационно-поисковых задач;

- обеспечение туристической и инвестиционной привлекательности городской территории и пр.

Применение ТГГП в сфере муниципального управления позволит привлечь широкий круг потенциальных инвесторов, консультантов, экспертов и обеспечит мероприятия, направленные на устойчивое развитие города, а также на создание благоприятной среды проживания и повысит степень архитектурной и инвестиционной привлекательности городских территорий.

Для повышения качества восприятия ТГГП выполнена фотореалистичная визуализация городской территории. Потребность в фотореалистичном отображении окружающего мира увеличивает значимость ТГГП. Трехмерная фотореалистичная визуализация городских территорий методами компьютерной графики и создание муниципальных трехмерных ГИС способны изменить технологию и практику управления городом, городского планирования окружающей среды, разработки и ведения проектов.

Основные этапы построения фотореалистической модели городского квартала Харькова

Создание ТГГП с фотореалистичной визуализацией требует больших усилий по сбору исходной информации, геометрическому моделированию зданий и сооружений и зависит от полноты и точности данных, представляющих ландшафт. При создании фотореалистичной ТГГП необходимо раздельно формировать модели поверхности городской территории и трехмерных объектов, расположенных на ней. Общую стратегию создания фотореалистичной ТГГП можно представить в виде схемы (рис. 1). В рамках этой стратегии и

выполнялись работы по созданию экспериментальной модели городского квартала Харькова.

Геометрию модели городской территории определяет система координат, в которой создана цифровая модель поверхности. Выбор местной прямоугольной системы координат позволяет упростить совмещение моделей местности и городских объектов, которые создаются в прямоугольной системе координат.

Фотореалистическая модель городского квартала Харькова разработана студентами кафедры геоинформационных систем и геодезии Харьковской национальной академии городского хозяйства под руководством авторов статьи. При этом была использована уникальная технология трехмерного картографирования, основанная на современных достижениях в области создания геоинформационных систем. Основные виды построенной фотореалистической модели ТГГП квартала города Харькова приведены на рис. 2 (а, б, в, г).

Рис. 1. Схема стратегии создания фотореалистической модели ТГГП

в г

Рис. 2. Основные виды построенной фотореалистической модели ТГГП квартала города Харькова

б

а

Технология получения трехмерных моделей городов основана на данных спутниковых и аэрофотоснимков с детальным воспроизведением инфраструктуры города. Данная технология дает возможность получать наглядное представление о городской среде и может использоваться в различных сферах как городского, так и областного управления.

Модель ТГГП квартала Харькова включает в себя:

- модель рельефа в районе национальной академии городского хозяйства;

- трёхмерные модели зданий с фотографическими текстурами;

- трёхмерные модели основных инженерно-технических коммуникаций;

- зелёные насаждения.

Информационно-справочная составляющая модели ТГГП обеспечивает вывод адреса интересующего объекта (здания) с показом любой дополнительной информации.

Разработанная модель ТГГП в рамках рассмотренной территории позволит решить следующие задачи:

- локализовать и устранить аварии, связанные с коммуникационными сооружениями, в том числе и подземными. При использовании визуально понятной схемы коммуникаций время поиска необходимых для ремонта точек доступа или управления сокращается до одной-двух минут, что приводит к уменьшению ущерба от аварии;

- выполнить оперативную прокладку маршрутов в случае аварии по внутридворовым территориям района. Если применяется система спутниковой навигации, то задача городской навигации может решаться в реальном масштабе времени;

- избежать конфликтных ситуаций при застройке городских территорий (например, выбор местоположения казино и игровых клубов вдали от жилых массивов); обеспечить проведение сплошного учёта объектов градостроительной деятельности, в том числе неучтённых и самовольно возведённых;

- выполнить мониторинг объектов градостроительной деятельности, привлечение инвестиций, а также ведение реестра объектов градостроительной деятельности с их визуализацией жилых зданий и детских учреждений.

Практическое использование фотореалистических моделей ТГГП Харькова позволит повысить эффективность управления городскими территориями по трем основным направлениям (рис. 3):

Рис. 3. Основные направления практического использования моделей ТГГП

1. Повышение эффективности моделирования архитектурно-планировочных решений:

- создание моделей реального визуального восприятия местности с различных точек наблюдения при различных вариантах застройки (после сноса зданий, реконструкции и размещения новых объектов);

- моделирование визуального восприятия местности по годам при различных вариантах озеленения с учётом вырастания деревьев.

2. Повышение эффективности мер по пресечению террористических актов, ликвидации чрезвычайных ситуаций и их последствий:

- разработка планов и отработка действий по предупреждению и пресечению противоправных актов;

- ликвидация пожаров и других чрезвычайных ситуаций на трёхмерных изображениях критически важных объектов города (с визуализацией внутренних помещений, проходов,

подходов, подъездных путей, окружающей застройки, с возможностью просмотра здания с любой стороны);

- оперативный контроль местоположения и координация транспортных единиц на маршрутах с учётом пространственно-временных условий движения городского транспорта (с использованием спутниковой навигации);

-моделирование маршрутов движения транспорта для перевозки опасных, ценных, крупногабаритных грузов с учётом пространственных характеристик городских улиц в целях заблаговременного и оперативного определения критических участков маршрута движения;

- оперативный текущий контроль местоположения маршрутного авто-и электротранспорта, координация их движения с учётом городской пространственной специфики местности.

Необходимо отметить, что при создании моделей ТГГП основным вопросом является временной фактор. Временные затраты связаны в первую очередь с необходимостью подготовки исходных данных, создания фотореалистичных моделей зданий и сооружений, импорта созданных моделей в 3D сцену. При работе с большими геопространственными базами данных время для компьютерной обработки и обновления данных может стать недопустимо большим. Все приведенные в статье сцены были созданы с использованием процессора Intel Xeon (двуядерный) 3,2 ГГц с 1 Гб операционной памяти. В процессе создания этих сцен авторы сталкивались с проблемами при использовании машин меньшей мощности.

Выводы

Таким образом, рассмотрены основные направления повышения эффективности управления городскими территориями на основе технологии трехмерной визуализации географических данных в сочетании с фотореалистической визуализацией зданий квартала города Харькова. Показана возможность уже сейчас перейти к построению комплексных «виртуальных» сред обитания, делая геоинформационные системы и сервисы доступными и для городской администрации и для каждого человека.

Научная новизна: впервые была представлена геоинформационная технология, предназначенная для создания и визуализации трехмерных моделей городских территорий, основанная на взаимодействии трех программных продуктов различных фирм разного предназначения: фотограмметрический редактор Digital/Delta, программный ГИС-пакет ArcGIS, пакет средств фотореалистической визуализации пространственных объектов SketchUp.

Практическое значение: создание ТГГП позволит решить круг прикладных задач, указанных выше.

Список литературы: 1. Agouris P., Stefanidis A. "Integration of photogrammetric and geografphic databases". International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B4. Vienna 1996.Р.24-29. 2. Wurlander R., Gruber M., Mayer H. "Photorealistic terrain visualization using methods of 3D-computer-graphics and digital photogrammetry" - International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B4. Vienna 1996.Р. 972-977. 3. Danahy J. "Visualsation data needs in environmental planning and design: Virtualising the 3D real world". GIM International, May 2000.Р. 12-15. 4. Кузнецов О.В., Леонов А.Л., Наумов С.В. «ГИС в городском планировании и моделировании». М.: DATA+, ArcReview № 3, 2001. С.20.

Поступила в редколлегию 20.03.2007 Шипулин Владимир Дмитриевич, канд. техн. наук, проф., зав. кафедрой геоинформационных систем и геодезии Харьковской национальной академии городского хозяйства. Научные интересы: использование геоинформационных систем в управлении земельными ресурсами. Адрес: Украина, 61002, Харьков, ул. Революции, 12, тел. 8-057-707-31-04.

Патракеев Игорь Михайлович, канд. техн. наук, доц. кафедры геоинформационных систем и геодезии Харьковской национальной академии городского хозяйства. Научные интересы: геоинформационные системы и технологии в управлении транспортом. Адрес: Украина, 61002, Харьков, ул. Революции, 12, тел. 8-057-707-33-58.

Евдокимов Андрей Анатолиевич, канд. техн. наук, доц. кафедры геоинформационных систем и геодезии Харьковской национальной академии городского хозяйства Научные интересы: использование геоинформационных систем в управлении инженерными системами. Адрес: Украина, 61002, Харьков, ул. Революции, 12, тел. 8-057-707-33-58.