Трехмерные ГИС приходят в Россию. Autodesk Infrastructure Modeler как инструмент создания 3D ГИС

Галина Емельянова
Директор Департамента ГИС, ЗАО «НЕОЛАНТ»

Иван Спивак
Генеральный директор ООО «Риэл Гео Проджект» (офис «НЕОЛАНТ» в Дубне)

Александр Шатохин
Ведущий специалист Департамента ГИС, ЗАО «НЕОЛАНТ»

О тенденциях мирового рынка и использовании 3D­представления объектов в ГИС

В настоящее время технологии геоинформатики применяются практически во всех сферах деятельности. При этом наибольшее распространение получили классические двумерные геоинформационные системы. Однако с развитием технологий трехмерного моделирования и возможностей компьютерной техники всё более очевидными становятся такие недостатки двумерных геоинформационных систем (ГИС), как:

• невозможность визуализации проектируемых объектов в трехмерном ландшафте;
• отсутствие пространственного анализа объектов с разных точек зрения с учетом их атрибутивных характеристик;
• проблемы с поиском объектов и переключением с одного объекта на другой при пересечении объектов, расположении их друг над другом и пр.;
• трудоемкий процесс представления в удобном виде нескольких альтернативных вариантов планирования территории, сложность их корректирования.

Все эти и многие другие недостатки влекут за собой потери времени и денег в процессе разработки и согласования проектов. Переход к трехмерному представлению объектов на местности открывает новые возможности и позволяет решить следующие задачи:

• создание трехмерных визуализаций ландшафта территории, градостроительного окружения и инфраструктуры в масштабах сотен километров;
• всестороннее представление проекта, включая возможность подготовки нескольких вариантов проекта и его фотореалистичной визуализации в 3D (особенно это важно в случае, когда проект демонстрируется неподготовленной аудитории);
• планирование развития территорий, эскизная проработка различных вариантов развития территории в режиме реального времени;
• проведение ландшафтного анализа, оценки высотных характеристик объектов и взаимодействия объектов друг с другом и с окружающей средой;
• анализ пространственных данных в объеме и представление результатов анализа в удобном для восприятия виде;
• создание качественных презентационных материалов и видеороликов и т.д.

Таким образом, трехмерные ГИС эффективны для применения в самых разных сферах деятельности человека. Поэтому сегодня одной из основных тенденций мирового рынка в области проектирования является переход от двумерного проектирования к трехмерному моделированию, а также внедрение современных трехмерных геоинформационных систем и их выход на первый план.

О программном продукте AIM и областях его применения

Одним из самых мощных доступных на рынке решений по созданию трехмерных ГИС является Autodesk Infrastructure Modeler (AIM) — программный продукт, предназначенный для концептуального проектирования инфраструктуры. Это решение может использоваться для проектов гражданского строительства, развития транспортной инфраструктуры и городского планирования любого масштаба. Кроме того, AIM также может применяться в архитектурной практике при размещении 3D­моделей зданий в окружающем ландшафте.

Autodesk Infrastructure Modeler помогает инженерам и градостроителям быстро создавать проектные предложения, а городским службам и органам власти — анализировать, «что может быть», в контексте того, «что уже есть».

Основные функциональные особенности Autodesk Infrastructure Modeler:

• быстрое создание моделей существующей инфраструктуры (рис. 1­3). На базе AIM могут быть интегрированы в единую трехмерную модель уже используемые в архитектурно­строительных компаниях разные типы данных: чертежи из 2D САПР, ГИС­данные, в том числе из СУБД, информационные модели зданий (BIM), растровые данные (космоснимки для покрытия рельефа, текстуры для моделей);
• создание и сравнение множества вариантов развития территории: и проектировщики, и инвесторы получают возможность быстрого переключения между несколькими вариантами и оценки влияния каждого из них на окружающую обстановку и объекты;
• создание виртуальных облетов территории. Можно самостоятельно выбрать маршрут движения, идти вслед за камерой, медленно перемещающейся вдоль улицы, повернуть на другую улицу, посмотреть панорамный вид понравившегося места, получить дополнительную информацию о встретившихся зданиях или двигаться по заданной траектории движения камеры. На основе облетов территории можно получать высококачественное видео и скриншоты.

Рис. 1. Добавление и стилизация дороги

Рис. 2. Добавление элементов городской обстановки

Рис. 3. Добавление и стилизация зданий

Кроме того, в AIM можно накладывать на карту данные о зонах с особыми условиями использования территории — например природоохранных, культурного наследия — и планировать развитие инфраструктуры с их учетом.

Городские службы и органы власти могут использовать Autodesk Infrastructure Modeler при решении самых разнообразных задач, например:

• разработка концепций застройки;
• презентация территорий и инфраструктуры потенциальным инвесторам;
• разработка инвестиционных планов развития территорий (в том числе с учетом ресурсной обеспеченности и возможностью предварительной оценки проекта за счет оперативного получения данных из других ведомств);
• оценка влияния планируемых к постройке зданий на внешний вид исторической застройки, оценка обзорности с учетом высотности сооружений;
• моделирование действий спецслужб и путей эвакуации в чрезвычайных ситуациях; мониторинг социально значимых объектов для решения задач МЧС (установленные ограждения, подъездные пути, внешний и внутренний облик зданий и внутридомовых территорий, расположение инженерных коммуникаций, пожарных щитов и пр.);
• мониторинг состояния внутридомовых территорий (с точки зрения благоустройства);
• мониторинг доступности социально значимых объектов для лиц с ограниченными возможностями — информация о транспортной доступности, этажности, наличии пандусов в аптеках, клиниках и других общественных местах;
• мониторинг исторических сооружений для контроля сохранения исторического облика города (возможна интеграция с реестрами культурного наследия) и т.д.

Созданная с помощью AIM трехмерная геоинформационная модель объекта (здания, города и т.д.), для управления которой не требуется никаких специальных технических знаний, облегчает процесс взаимодействия проектировщиков и инвесторов, позволяет ускорить принятие решений и повысить их эффективность.  Возможность анализа пространственных данных и представление результатов анализа в удобном для восприятия виде позволяет сосредоточить свои усилия на поиске наилучшего и оптимального решения, не тратя время на осмысление разнородных данных.

О компании «НЕОЛАНТ» и ее опыте по разработке геоинформационных систем

Сегодня компания «НЕОЛАНТ» — один из лидеров рынка межсистемной интеграции среди предприятий топливно­энергетического комплекса и государственного сектора. Специализация компании — консалтинг и внедрение информационных систем по поддержке принятия управленческих решений на основе интеграции самых современных информационных технологий. Она создает решения на платформах Autodesk, Oracle, Bentley, DocsVision, ESRI, Hewlett­Packard, IBM, Intergraph, MapInfo, Microsoft, OpenText, Wonderware и др. Индивидуальный подход к каждому клиенту позволяет максимально эффективно удовлетворять потребности заказчиков.

Одним из важнейших и динамично развивающихся направлений деятельности компании является разработка геоинформационных систем. В проектах по разработке ГИС применяются следующие принципы работы:

• оптимальные сроки и стоимость выполнения проектов за счет создания информационных систем на базе готовых компонентов: специализированных разработок «НЕОЛАНТ», базовых модулей и бесплатных приложений других производителей;
• использование современных технологий и программного обеспечения (ПО) различных вендоров, что позволяет эффективно решить задачи клиентов, которые работают с ПО на разных платформах;
• решение задач по интеграции ГИС с другими типами информационных систем (САПР, PLM, PDM, СЭД, АСУП, АСУТП, MES и др.), что необходимо для эффективного централизованного управления всеми объектами и системами предприятия.

Опыт компании «НЕОЛАНТ» в области разработки ГИС включает реализацию крупнейших ГИС­проектов, например:

• геоинформационная система информационной поддержки деятельности полномочных представителей Президента Российской Федерации в федеральных округах (ГИС ППП). Разработана в 2009­2010 годах по заказу Федеральной службы охраны Российской Федерации. Система стала удобным инструментом для информационной поддержки решения задач управления федеральным округом и подготовки информационно­аналитических материалов по различным социально­экономическим показателям деятельности федерального округа. Она позволяет осуществлять сбор и визуализировать показатели деятельности федерального округа в различных сферах, таких как образование, здравоохранение, демография, экономика, протестная активность населения, политические предпочтения, события техногенного характера и т.д. Система помогает лицам, принимающим решения, анализировать огромные потоки информации о ситуации в федеральном округе в удобном для восприятия визуальном виде;
• территориально распределенный программный комплекс «Мониторинг и анализ кризисных ситуаций в социально­экономической, политической, экологической и техногенной сферах жизнедеятельности страны» (Кризис­СЭФ), созданный для Федеральной службы охраны Российской Федерации в 2010 году. Система предназначена для информационно­аналитической поддержки принятия управленческих решений по организации и координации деятельности федеральных и региональных органов исполнительной власти в условиях кризисных ситуаций социально­экономического, политического, техногенного и природного характера;
• муниципальная геоинформационная система г.Дубны. Разрабатывается с 2005 года по заказу администрации города. Система предназначена для повышения эффективности принятия управленческих решений администрацией города за счет качественной организации взаимодействия различных городских служб, ведомств и организаций, оперирующих данными об инфраструктуре города. В настоящее время в систему внесена оцифрованная топографическая основа, система постоянно пополняется данными космо­ и аэрофотосъемки, заносятся данные геодезических изысканий. Кроме администрации г.Дубны, системой пользуются различные коммунальные службы города, которым предоставлена возможность работы с необходимыми свдениями в едином геоинформационном пространстве;
• не менее интересная разработка — ГИС «Историко­культурный опорный план» (ИКОП), созданная по заказу Департамента культурного наследия г.Москвы. Целью проекта являлось создание единой информационной системы по недвижимым объектам историко­культурного наследия, прилегающей территории, зонам охраны, градостроительным элементам и сооружениям, представляющим историко­культурную ценность. Система находится в промышленной эксплуатации с 2007 года, около 50 сотрудников постоянно используют ее в своей работе. В 2011 году были разработаны трехмерные модели некоторых объектов, а также произведена интеграция системы с единым геоинформационным пространством города Москвы;
• цифровой дежурный план Калининграда, созданный по заказу администрации города. В ходе проекта было разработано множество подсистем, имеющих отношение к градостроительной, инженерной и прочим видам деятельности Комитета архитектуры городской администрации. Подсистемы, входящие в комплекс, дают возможность визуализировать и анализировать в пространственной привязке данные для решения задач городского управления;
• единая геоинформационная система газораспределительной компании (ОАО «Сибирьгазсервис»). Разработка началась в конце 2009 года. Назначение системы — поддержка принятия управленческих решений по учету активов, техническому обслуживанию, аварийно­восстановительным работам и развитию газового хозяйства г.Новосибирска. В результате проекта путем интеграции разнородных данных в единой базе было сформировано единое картографическое пространство, разработан электронный архив, интегрированный с ГИС, подготовлены автоматизированные места для различных групп пользователей. В настоящее время система активно эксплуатируется, и в этом году планируется ее дальнейшее развитие.

Помимо разработки традиционных ГИС, компания «НЕОЛАНТ» ведет работы по внедрению трехмерных ГИС и созданию трехмерных моделей больших территорий.

О создании 3D ГИС г.Дубны и об интеграции ИКОП и 3D ГИС

Появление в 2011 году продукта Autodesk Infrastructure Modeler позволило по­новому взглянуть на перспективы создания трехмерных ГИС на основе уже существующих баз векторных и растровых данных. Так, администрация г.Дубны проявила интерес к разработке пилотного проекта трехмерной ГИС города на базе действующей ГИС «Дубна» (рис. 4). Были сформулированы следующие задачи:

• повышение качества презентационных материалов по градостроительным вопросам, предоставляемых на заседания земельной комиссии и публичные слушания;
• проработка отображения подземных коммуникаций в 3D;
• анализ данных по качеству оказания услуг ЖКХ в 3D.

Рис. 4. Рабочее пространство ГИС «Дубна»

Рис. 5. 3D-модель г.Дубны в Autodesk Infrastructure Modeler

Рис. 6. 3D-модель г.Дубны в Autodesk Infrastructure Modeler

Для решения поставленных задач специалистами компании «НЕОЛАНТ» в Autodesk Infrastructure Modeler была создана интерактивная 3D­карта г.Дубны, состоящая из базовой цифровой модели рельефа (ЦМР), которая построена по данным топосъемки, данным аэрофотосъемки, наложенным на рельеф, векторных картографических слоев, а также из 3D­моделей зданий, полученных из векторных данных (рис. 5 и 6). Далее в 3D­карту были добавлены модели строящихся зданий и существующие проекты развития городской инфраструктуры.

Новые возможности позволили поднять на качественно новый уровень процедуру обсуждения и согласования строительства новых объектов в городе.

Интерес к технологии трехмерной ГИС также проявил Департамент культурного наследия города Москвы, поскольку традиционные 2D ГИС не позволяют решить весь спектр стоящих перед ним задач. В частности, невозможно оценить, какой эффект на окружающий ансамбль произведет новое здание или сооружение, возводимое в непосредственной близости от объекта культурного наследия, так как необходим комплексный анализ видимости объекта из разных точек пространства с учетом окружающего ландшафта.

В конце 2011 года специалистами компании «НЕОЛАНТ» был реализован пилотный проект на базе решений Autodesk, в результате которого в тонких клиентах 2D ГИС (АИС «Историко­культурный опорный план» — рис. 7) появилась возможность просматривать трехмерные модели ансамблей объектов культурного наследия (рис. 8 и 9). По результатам работы было решено создать в Autodesk Infrastructure Modeler упрощенную интерактивную трехмерную модель города Москвы для последующего всестороннего анализа архитектурно­строительных проектов вблизи объектов культурного наследия города Москвы и подготовки отчетных материалов.

Рис. 7. АИС «Историко-культурный опорный план г.Москвы»

Рис. 8. 3D-модель Мариинской больницы

Рис. 9. 3D-модель усадьбы «Кусково»

Сегодня также идет разработка систем управления инфраструктурой коммунальных служб, где особенно важно иметь представление о взаимном расположении объектов. Системы позволяют анализировать данные в разных разрезах (в том числе по качеству оказания услуг ЖКХ) (рис. 10); отображать не только наземную инфраструктуру, но и подземные коммуникации (рис. 11).

Рис. 10. Возможности анализа данных в Autodesk Infrastructure Modeler на примере 3D-модели города

Рис. 11. Подземные коммуникации

О перспективах и актуальности применения технологии 3D ГИС в России

28 февраля текущего года компании «НЕОЛАНТ» и Autodesk провели совместно семинар «3D ГИС — реальность сегодняшнего мира. Задачи, инструменты, опыт реализации», посвященный технологии 3D ГИС, перспективам и актуальности ее применения в России.

Участниками мероприятия стали представители столичных и российских министерств и ведомств: ГУП «НИ и ПИ Генплана Москвы», Департамента экономической политики и развития города Москвы, ГК «Олимпстрой», Мосгосстроя, Министерства культуры Российской Федерации и Московской области, МЧС России и других государственных и коммерческих организаций. Они оценили функционал Autodesk Infrastructure Modeler для решения своих задач.

«Схематичное представление объектов на плоской карте, используемой в ГИС, постепенно вытесняется другим, более реалистичным — в 3D. В некоторых странах уже сейчас формат представления картографической информации в 3D считается стандартом де­факто. 3D ГИС — реальность сегодняшнего дня», — убеждена Галина Емельянова, директор Департамента ГИС компании «НЕОЛАНТ».

С использованием Autodesk Infrastructure Modeler уже созданы 3D­модели инфраструктуры таких городов, как, например, Гавр (Франция), Ванкувер (Канада), Манчестер (Великобритания).

На мероприятии компания «НЕОЛАНТ» предложила начать использовать Autodesk Infrastructure Modeler при разработке концепции «новой Москвы», где его возможности будут высоко востребованы. Еще одна актуальная задача, стоящая перед столицей, — предотвращение разного рода технологических аварий и катастроф. Для этого было бы очень полезно создать информационную инженерную модель инфраструктуры Москвы на 3D ГИС­основе.

«Сейчас 3D ГИС еще кажется чем­то удивительным и невероятным, но завтра это будет работать у всех, а послезавтра на каждом столе будут стоять 3D­принтеры, печатающие физические модели из виртуальных. Будущее наступит очень быстро», — считает Елена Конвисар, директор Департамента маркетинга компании «НЕОЛАНТ».

САПР и графика 3`2012