Трехмерное моделирование участков городских территорий для проектирования инженерных объектов

УДК 528.1: 631.4

А.В. Середович, О.А. Дементьева, Е.И. Горохова СГГ А, Новосибирск

ТРЕХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УЧАСТКОВ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ

В современных условиях быстрорастущей инфраструктуры городов важной задачей является «вписывание» новых сооружений в существующее городское пространство. Архитекторы и проектировщики все более активно внедряют в практику трехмерное моделирование ситуации, рельефа и коммуникаций, которое позволяет более наглядно оценивать взаимосвязи между объектами. В статье предлагается технология создания трехмерных моделей городских территорий на основе данных наземного лазерного сканирования, которые могут сочетаться с результатами тахеометрической съемки и существующими картографическими материалами. Предлагаемая технология позволяет создавать трехмерные модели позволяющие значительно повысить качество проектирования инженерных объектов.

A.V. Seredovich, O.A. Dementyeva, Ye.I. Gorokhova SSGA, Novosibirsk

3D MODELING OF THE CITY TERRITORIES SITES FOR ENGINEERING PROJECTS DESIGNING

Under the current conditions of the rapidly growing city infrastructure it is often important to “squeeze” new structures into the already existing city space. The architects and designers are doing their best to introduce 3D modeling of the situation, terrain and communications, which enables more vivid estimation of the interrelation between the projects. The article offers technologies for developing 3D models of the city territories on the basis the terrestrial laser scanning data, which may be combined with the tacheometric survey results and the existing map materials. The offered technology permits developing 3D models and, thus, improving the quality of engineering projects designing.

В современных условиях быстрорастущей инфраструктуры городов важной задачей является «вписывание» новых сооружений в существующее городское пространство. Архитекторы и проектировщики все более активно внедряют в практику трехмерное моделирование ситуации, рельефа и коммуникаций, которое позволяет более наглядно оценивать взаимосвязи между объектами. Существует несколько методов сбора исходных данных для моделирования, среди которых одним из наиболее эффективных является наземное лазерное сканирование (НЛС). Это связано с преимуществами НЛС: бесконтактный способ получения информации, высокая точность измерений, высокая степень детализации, что актуально для работы на городской территории.

В Региональном центре лазерного сканирования СГГА разработана технология создания трехмерных моделей городских территорий на основе данных наземного лазерного сканирования, которые могут сочетаться с результатами тахеометрической съемки и существующими картографическими

материалами [1]. Основные аспекты моделирования подобных объектов приведены в работах [2], [3].

Рассмотрим некоторые особенности моделирования некоторых объектов городских территорий.

При моделировании стен зданий и сооружений трудоемким процессом является создание оконных проемов. Для этого окна сначала моделируются в виде замкнутых полигонов, которые затем вырезаются из трехмерных моделей стен зданий. При этом следует учитывать, необходимы ли проектировщику оконные проемы или достаточно показать габариты здания с учетом выступающих элементов (балконы, козырьки и прочее) и крыши. На рис. 1 представлен фрагмент трехмерной модели городской территории, созданной для целей проектирования переходного моста. При выполнении данной работы оконные проемы не моделировались, а отображались только балконы, козырьки, лестницы, внешние элементы освещения.

Рис. 1. Фрагмент трехмерной модели здания без оконных проемов

Как показывает опыт работ - большая часть времени тратится на построение моделей объектов, имеющих мелкие детали: ограждений, осветительных столбов, светофоров, дорожных знаков. Объекты одного типа по большей части имеют одинаковую форму, поэтому, опоры, например целесообразно строить в полуавтоматическом режиме, а остальные элементы размножить путем копирования и вписывания в точечную модель. На рис. 2 представлен пример трехмерных моделей фонарных столбов и ограждений.

Рис. 2. Трехмерные модели фонарных столбов и ограждений

Особое внимание следует уделить моделированию отдельно стоящих деревьев и кустарников. Предлагается выполнять моделирование ствола дерева в полуавтоматическом режиме, а контуры кроны показывать двумя полигонами. При этом полученная модель дерева точно опишет его местоположение и габариты в пространстве. На рис. 3 представлен фрагмент трехмерной модели с отдельно стоящими деревьями.

Рис. 3. Фрагмент трехмерной модели с отдельно стоящими деревьями

Для моделирования различных архитектурных элементов и крыш сложных форм предлагается строить каркас из отдельных линий, и в дальнейшем «заполнить» его полигонами.

Объекты имеющие сложную или неправильную геометрическую форму следует моделировать с использованием трехмерных полилиний и профилей, для точной передачи формы и сокращения времени работ. Этот метод зарекомендовал себя при моделировании каркасных конструкций, например опор ЛЭП и переходных мостов (рис. 4).

Рис. 4. Трехмерная модель опоры ЛЭП и пешеходного моста

Особое внимание следует уделить моделированию воздушных линий электропередачи и связи. Для этого предлагается следующий подход: оси

проводов моделируются сперва на плоскости, а затем перемещаются по высоте до совмещения с точечной моделью. На рис. 5 представлен фрагмент трехмерной модели воздушных кабельных линий.

Цифровая модель рельефа (ЦМР) создается по методике, ранее описанной в работах [4] и [5], при этом элементы дороги, такие как бортовой камень и трамвайные пути моделируются аналогично с каркасными конструкциями (рис. 6).

Рис. 5. Фрагмент трехмерной модели воздушных кабельных линий

Рис. 6. Трехмерная модель проезжей части

Точечная модель не всегда позволяет дешифрировать (особенно на проезжей части) наземные люки колодцев, сточные решетки. Поэтому их необходимо координировать иными методами (например, тахеометрическим). На рисунке 6 показана часть ЦМР с трехмерными моделями элементов дорожного полотна.

Создание трехмерных моделей подземных инженерных коммуникаций предлагается выполнять в следующей последовательности:

1. моделирование планового положения осей коммуникаций на основе традиционной съемки или топографических планов (векторных или растровых);

2. редактирование высотного положения узловых точек осей коммункаций

на;

3. построение трехмерных моделей коммуникаций путем «выдавливания» профилей по полученным трехмерным осям с учетом диаметров объектов.

На последней стадии ЦМР, трехмерные модели надземных и подземных объектов объединяются в единую трехмерную модель участка городской территории, пример которой представлен на рис. 7.

Рис. 7. Фрагмент объединенной трехмерной модели городской территории

Объекты трехмерной модели для дальнейшей работы необходимо разнесли по тематическим слоям, для наглядности можно представить в разных цветах. Для приданий реалистичности можно выполнить фототекстурирование элементов модели.

Предлагаемая технология позволяет создавать трехмерные модели позволяющие значительно повысить качество проектирования инженерных объектов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Середович, В.А. Особенности создания цифровых моделей городских территорий средствами наземного лазерного сканирования [Текст] / В.А. Середович, А.В. Середович, А.В. Комиссаров, А.В. Радченко, О.А. Дементьева, Л.К. Радченко, А.В. Усиков // Сб. матер.ГУ Международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2009»,20-24 апреля 2009г., Новосибирск.- Новосибирск: СГГА, 2009. - 136 - 140.

2. Комиссаров, Д.В. Особенности обработки результатов наземного лазерного сканирования в программном продукте Cyclone [Текст] / Д.В. Комиссаров, О.А. Дементьева, Е.В. Миллер// ГЕО-Сибирь-2005. Т. 5. Геодезия, картография, маркшейдерия: Сб. материалов научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2005», 25-29 апреля 2005 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2005.- 210-212 с.

3. Комиссаров, А.В. Построение трехмерных моделей электроподстанций по данным наземного лазерного сканирования. [Текст] / А.В. Комиссаров, А.В. Середович, Т.А. Широкова, О.А. Дементьева, А.В. Иванов, В.А. Середович // GeoinfoCAD-Europe 2008. XII Международная научно-практическая конференция. «Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости». 25 мая - 5 июня 2008 г., Италия. -Новосибирск, СГГА, 2008. - 73-78 с.

4. Комиссаров, А.В. Исследование точности построения цифровой модели рельефа по данным наземного лазерного сканирования [Текст] / А.В. Комиссаров// ГЕО-Сибирь-2006. Т. 1. Ч.2 Геодезия, картография, маркшейдерия: Сб. материалов научн. конгресса

«ГЕ0-Сибирь-2006», 24-28 апреля 2006 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2006. - С. 150-153.

5. Комиссаров, А.В. Применение наземного лазерного сканирования для планирования зон перспективного строительства. [Текст] / А.В. Комиссаров, О.А. Дементьева и др.// Геодезия и картография. 2009. - №10. - С. 13-16.

© А.В. Середович, О.А. Дементьева, Е.И. Горохова, 2010