Информационная модель — основа «умного города»

Владимир Талапов

В последнее время в нашей стране, как и во всем мире, резко возрос интерес к «цифровизации» различных отраслей экономики, в том числе строительства и эксплуатации созданных объектов. Это логично приводит нас к созданию систем управления как небольших комплексов зданий, так и крупных инфраструктурных объектов, городов и даже территорий. Быстро входит в моду термин «умный город», правда в разных пониманиях. Попробуем во всем этом разобраться, а также уточнить роль и место информационного моделирования в реализации концепции «умного города».

Что такое «умный город»

Сразу отметим, что сегодня единого и общепринятого определения «умного города» нет, существует много его толкований и описаний специфики. Однако последнее, как ни странно, никому в мире не мешает развитию в этом направлении, появлению государственных программ и объявлению уже сейчас некоторых городов «умными».

Чаще всего под «умным городом» понимают интеграцию различных информационных и коммуникационных технологий и Интернета вещей для управления городским хозяйством (активами, инфраструктурой, отношениями властей и граждан и т.п.). Целью создания «умного города» является улучшение качества жизни людей. Создаваемая система управления должна позволять городской власти напрямую взаимодействовать с сообществом жителей, городской инфраструктурой, быть в курсе имеющихся проблем и оперативно их решать, а также прогнозировать новые проблемы и заранее предпринимать действия по их недопущению или решению.

Кроме того, достаточно распространенным, хотя и в меньшей степени, является более технократическое понимание «умного города», когда все пространство увешано видеокамерами и датчиками, регулярно и автоматически сообщающими в «центр» определенную информацию, а «центр» также автоматичес­ки реагирует на эту информацию. Яркий пример такого подхода — автоматическое выписывание штрафов автомобилистам через установленные на дорогах камеры видеонаблюдения.

И все же в понимании «умного города» доминирует возможность анализа городской жизни, определение настоящих и будущих проблем и выработка их решений. При этом любое толкование термина предполагает сбор и обработку достоверной информации о городской среде в некотором едином центре, анализ этой информации и оперативное принятие решений, причем последняя стадия (да и предыдущие тоже) предполагает обязательное участие в анализе и принятии решений человека. Таким образом, в концепции «умного города» четко просматривается процесс информационного моделирования.

В нашей стране направление «Умный город» включено в программу «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденную распоряжением Правительства России №1632­р
от 28 июля 2017 года. Его развитие предусматривает, в том числе, и широкое использование технологии информационного моделирования.

Очень хочется, чтобы на этот раз при развитии «цифровизации» городской среды нам удалось избежать прежних ошибок. В частности, создание «умных городов» в России желательно начинать не с плана работы или «дорожной карты», а с полноценной концепции, определяющей содержание термина «умный город» для нашей страны, основные цели и круг решаемых задач (общероссийских и местных), принципы реализации, заказчиков, исполнителей и операторов «умных городов», вклад федеральных министерств и местных властей в общую программу, этапность и направления развития, интеграцию с иными программами, а также многое другое, без чего самые полезные начинания могут «топтаться на месте».

Информационная модель города

Информационную модель любого населенного пункта можно четко разложить на две составляющие: индивидуальные информационные модели существующих объектов и модель общей среды.

О том, как выглядит информационная модель здания или сооружения (BIM), можно прочитать, например, в статье автора [1]. Но для полноты изложения мы приведем здесь ее общую схему (рис. 1).

Рис. 1. Общая схема информационной модели здания или сооружения

Перейдем теперь к моделированию городской среды. Здесь также просматривается два компонента: моделирование реальности и информационное моделирование городской инфраструктуры (последнее также можно с определенной степенью условности отнести к BIM, поскольку его реализация производится практически тем же BIM­инструментарием, что и для зданий и сооружений) — рис. 2.

Рис. 2. Общая схема информационной модели города

Моделирование реальности — это в первую очередь трехмерная модель рельефа местности (требуемого уровня точности) со всеми имеющимися искусственными сооружениями и точной геодезичес­кой привязкой. Более подробно о методах моделирования реальности можно прочитать в статье автора [2].

Трехмерная модель рельефа содержит в себе массу весьма важной геодезической информации. Но у нее есть один существенный недостаток — имеющееся сегодня ПО не позволяет привязывать к геодезическим объектам дополнительную информацию. Выход из этой ситуации напрашивается довольно естественный — использовать в дополнение к геометрической модели рельефа так называемые BIM­объекты, к которым уже можно применять всю мощь инструментария BIM­программ, в частности присоединение и обработку информации. Если приплюсовать сюда то, что практически все объекты городской инфраструктуры также создаются BIM­программами, мы получаем весьма простую формулу:

Информационная модель города = «Модель реальности» + BIM

Технически добавление BIM­объектов к модели реальности не должно представлять собой простого «слияния» моделей, поскольку неизбежно приведет к перегрузке компьютерных ресурсов. На практике такое наполнение общей модели реализуется ссылками на отдельно хранящиеся полноценные модели объектов, а в основную модель для оперативности работы можно кроме ссылки вставить «усеченную» копию модели сооружения.

Приведенные на рис. 3 и 4 иллюстрации взяты из пилотного проекта — информационной модели жилого массива «Восточный», успешная реализация которого привела к значительному продвижению мэрии Новосибирска в понимании путей движения к «умному городу». В настоящее время идет подготовка договора мэрии с Сибирским государственным университетом геосистем и технологий (СГУГИТ) о создании основы для полноценной информационной модели всего Новосибирска.

Рис. 3. Информационная модель жилого массива «Восточный» в Новосибирске: вверху — модель реальности со встроенными информационными моделями отдельных зданий; внизу — добавлены новые BIM-объекты «границы земельных участков» с присоединенной к ним кадастровой информацией (СГУГИТ, 2018)

Рис. 4. Информационная модель жилого массива «Восточный» в Новосибирске: присоединение информации к упрощенным идентификаторам отдельных зданий (СГУГИТ, 2018)

Информационная модель — основа «умного города»

Общая схема «умного города» также довольно проста — это информационная модель города с «пристройкой» сбора данных и «надстройками» анализа и управления (рис. 5).

Рис. 5. Принципиальная схема организации «умного города» позволяет оперативно обрабатывать информацию
и находить ответы на возникающие вопросы

Поступление информации из внешних источников — важнейшая часть общей схемы. Это должны быть как интерактивный сбор информации (например, текущая загазованность районов города), так и архивные материалы (например, статистика по погоде за последние сто лет). Главные требования к такой информации: своевременность, достоверность и достаточный охват территории. Информационная модель в этом случае выступает как хорошо организованное хранилище данных.

Казалось бы, все идейно просто. Но пилотные проекты вы­явили, что на самом деле вопрос сбора информации таит массу довольно серьезных проблем, основные из которых:

• техническое обеспечение интерактивного сбора информации (датчики, каналы передачи информации, форматы данных и т.п.);
• нежелание (невозможность) различных структур (кстати, не все из них подчиняются городским властям), передавать свою информацию в общее городское хранилище (это предполагает возможное решение на уровне властных структур и законодательства);
• нестыковка данных, получаемых из разных источников.

В информационной модели города наряду с хранением начинается и анализ поступающей информации. Хотя в этих вопросах надо понимать, что сама информационная модель их не решает. Указанная работа предполагает обязательное создание методик анализа собираемой информации для решения конкретных задач, на основе которых затем создаются алгоритмы и программы обработки больших массивов данных.

Принятие решений — это всегда функция руководящего звена города, но в определенных случаях (или категориях вопросов) решения могут приниматься самой системой управления автоматически.

Если посмотреть на экономику перехода на «умные города», то сразу видно, что это дело весьма затратное, как, собственно, и любой государственный инфраструктурный проект. Однако большой масштаб замыслов способен до определенной степени оптимизировать эти расходы.

Прежде всего сказанное относится к типовому решению общих вопросов: технические и производственные наработки для системы интерактивного сбора данных; разработка методик, алгоритмов и программ анализа и решения типовых задач, а также информационного моделирования; наконец, разработка единого стандарта «умного города». Работа в этих направлениях не только позволит уменьшить затраты на программу «умного города», но и станет хорошим стимулом для развития экономики России в целом.

Сегодня в мире, пожалуй, только один город уверенно лидирует на пути к уровню «умного» — это Сингапур [3], поэтому его опыт весьма интересен. И говорит этот опыт о том, что не надо «бросаться» на решения всех задач сразу, надо с чего­то начать, а потом, шаг за шагом, продвигаться к намеченной цели. Так вот, первыми шагами на пути к «умному городу» вполне могут стать создание информационной модели города, а решаемыми с ее помощью задачами — кадастровый учет и оптимизация транспортной инфраструктуры. Но сначала надо обязательно осмыслить, куда и зачем мы идем.

Литература:

1. Талапов В.В. Об общей схеме информационной модели объекта строительства // «Известия высших учебных заведений. Строительство», Новосибирск. 2017. № 1 (689). С. 91­97.
2. Талапов В.В., Таныгина Е.А. Об общей схеме информационной модели объекта недвижимости // «Вестник СГГА», Новосибирск. 2018. № 2. С. 26­31.
3. Талапов В.В. BIM в Сингапуре становится «окружающей средой» // «САПР и графика», Москва. 2018. № 3. С. 54­58.