начальник отдела
геолого-геодезической службы КГА
ПЕРВЫЕ ШТРИХИ
к «3D-ПОРТРЕТУ» САНКТ-ПЕТЕРБУРГА
ОПЫТ СОЗДАНИЯ И БУДУЩЕЕ ТРЕХМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ
В ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВЕ
От редакции: В конце октября в помещении Русского географического общества проходила конференция «3D-модели в геоинформационных системах управления территориями», организованная КГА совместно с Санкт-Петербургским обществом геодезии и картографии. Мероприятие было приурочено к завершению первого этапа разработки трехмерной модели нашего города. Учитывая просьбы читателей и перспективное звучание темы, редакция приняла решение в ближайшем же номере опубликовать материалы доклада А. С. Богданова. Эта презентация, собственно, и послужила отправной точкой дальнейшего обсуждения связанных с ней актуальных вопросов градостроительного и архитектурного проектирования.
Геоинформационные системы (ГИС) можно назвать одним из феноменов нашего времени. Если в последней четверти минувшего века они получили практическую методологию, инструментарий и коммерческое программное обеспечение, то их теоретические основы были сформулированы гораздо раньше. В последующий период ГИС развивались лавинообразно, превращаясь в необходимый, а также исключительно полезный рабочий и аналитический инструмент.
В 1995 г. в исполнение президентского Указа №1390 была разработана «Концепция формирования и развития единого информационного пространства России и соответствующих государственных информационных ресурсов». В дальнейшем, уже после выхода Градостроительного Кодекса и Постановления Правительства РФ «Об информационном обеспечении градостроительной деятельности», функция создания информационной системы градостроительной деятельности (далее – ИСОГД) была законодательно закреплена за соответствующими территориальными структурами. По мере осуществления этой работы Санкт-Петербург, в частности, должен будет получить в свое распоряжение единый картографический банк, за непротиворечивость и актуальность данных которого теперь отвечает КГА. Кроме того, произойдет унификация модели данных, появятся общий стандарт их сопровождения, а также единая система идентификации объектов и компактный формат хранения с механизмами резервного копирования и единовременного доступа к обновленной информации.
При подходе на основе ГИС в системе планирования информационных ресурсов возникает также невиданная прежде возможность отображать табличную информацию в виде деловой графики на единой картографической основе. Самые неожиданные эффекты в таких системах можно наблюдать на границе деятельности двух и более подразделений – там, куда данные двух (и более) систем сводит ИСОГД. В нашем столетии геоинформационные системы успели стать таким же общедоступными, как радио, телевидение, интернет, и при этом существенно расширили набор своих аналитических возможностей и сервисов. Новые инструменты позволяют извлекать все более полную информацию из уже существующих данных, представлять ее в форме, максимально удобной для восприятия. Естественно, что современные методы сбора, анализа, визуализации, актуализации и обработки данных находят полноправное применение в деятельности проектных организаций. Данная тенденция непосредственно отражается и на условиях конкретных задач, формулируемых перед их партнерами, занятыми подготовкой исходных материалов – геодезистами, картографами, землеустроителями, геологами. Подразумевается, что эти участники проектного процесса должны обеспечить авторов созданными на основе нынешних компьютерных технологий пакетами необходимой информации, которые сумеют удовлетворить самым взыскательным запросам архитектурного сообщества.
Облако точек лазерных отражений здания Ладожского вокзала; построенная на их основе каркасная модель объекта; твердотельная модель, выполненная на основе каркасной
В создании трехмерной модели Петербурга, которым среди прочего в настоящее занимается наш Комитет, новейшие технологии находят сочетание с традиционными табличными материалами и картографическими данными. Можно прогнозировать, что результаты этой работы явятся заметным прорывом в системе подготовки материалов для различных видов проектирования и планирования, позволив по-новому взглянуть на территорию Северной столицы и сделав ее еще более прекрасной. Учитывая, что геоинформационные системы становятся обязательным элементом градостроительства, а также благодаря высокой стандартизации составляющих его процессов, мы попытались создать специализированный программный комплекс для трехмерной интерпретации пространства. В разработке применен синтез данных наземных съемок, лазерного наземного и воздушного сканирования, а также аэрофотосъемки.
К возможностям программного комплекса трехмерной модели эталонного участка следует отнести широкий выбор инструментов обработки геоданных, сгруппированных по выполняемым задачам, средства быстрой трехмерной визуализации их больших объемов в глобальном масштабе и пролета над местностью, расширенные возможности картографии, создания и размещения надписей и аннотаций, поддержку многих форматов представления и преобразования информации, мощную и развитую среду ее хранения, улучшенную работу с растровыми изображениями и каталогами. В нашем случае границы экспериментальной территории трехмерного моделирования площадью 7 кв. км с юго-востока прошли по Финляндской железной дороге вместе с Ладожским вокзалом, с северо-запада были обозначены фасадными частями домов от пл. Александра Невского, включая одноименный мост, продолжились по Заневскому пр. до р. Окккервиль, затем на север до р. Охта и далее на восток до железнодорожного моста с поворотом на юго-запад к вокзалу.
Карта расчетного материала по детальному участку, расчетный разрез по его оси и сбивка (геологический разрез) данных по Неве
Подготовленное Комитетом техническое задание включало два блока. Цель работ первого состояла в подготовке исходных данных трехмерного расположения объектов для ИСОГД, необходимых для решения вопросов градостроительного проектирования, контроля и учета, в том числе составления паспортов фасадов, разработки высотных регламентов, архитектурного моделирования и др. Разработчиком этой модели выступило московское ЗАО «Центр интеллектуальных геоинформационных систем». Второй блок задания предполагал трехмерное инженерно-геологическое моделирование подземного пространства и построение на его основе карт с выявлением участков, благоприятных и неблагоприятных для строительства. Работой над этой темой занималось ООО НПФ «Водные ресурсы» из Петербурга.
Москвичам на первом этапе решения своей задачи удалось создать каркасные модели зданий на основе представленных в КГА исходных данных и материалов лазерного наземного и воздушного сканирования. В качестве иллюстрации к данной статье представлен Ладожский вокзал. На следующей стадии наступила очередь построения твердотельных моделей объектов, входящих в границы эталонного участка.
В итоге всего мы получили первую комплексную 3D-модель территории Санкт-Петербурга. Все ее данные, представленные на базе системы ArcGIS, отличаются единством, взаимоувязанностью и высокой точностью (для планового положения твердых контуров – не хуже 20 см, для высотного –10 см). Это позволяет не только производить измерения и составлять отчеты на основе созданной модели, но и выполнять функции обновления информации. Она автоматически размещается в созданной базе данных, что позволяет постоянно вести мониторинг изменений на поверхности, а также, с точки зрения проектировщика, создавать различные проекты, без изменения исходной модели местности. Если рассматривать стадии проектирования, то можно с уверенностью сказать, что предлагаемая модель может быть использована как на стадии инвестиций, так и при рабочем проектировании отдельных элементов, поскольку в ее состав включены картографические материалы различных масштабов (от 1:10000 до 1:500). Кроме того, создан каркас кодификатора трехмерной модели для поверхностных объектов, что позволяет как изыскателям, так и архитекторам использовать созданные элементы и формы для своих построений. Подчеркну также, что исполнителем выполнен комплекс работ на основе применения новейших достижений современного геодезического приборостроения, совмещенных с оригинальными методиками проведения полевых и камеральных работ, в том числе создание планово-высотного обоснования на основе применения GPS-технологий, детальное воздушное и высокоточное наземное лазерное сканирование. В дополнительном практическом приложении полученная модель позволяет, к примеру, создавать видеоролики на основе виртуальных технологий. Помимо этого, она может быть представлена в виде кубиков зданий с «натянутыми» на их поверхность оригинальными фотографиями. Такой вариант заметно усиливает реальность модели, позволяет выполнять необходимые для паспортизации фасадов измерения оконных и дверных проемов, балконов, колонн и др.
Отметки кровли грунтов Лужской морены; трехмерные геологическая и гидрогеологическая схемы района ст. метро «Новочеркасская»
В свою очередь, НПФ «Водные ресурсы» пришлось осуществить переработку инженерно-геологических данных более чем по 3 тыс. скважинам. На ее основе были составлены новые разрезы и карты, а также трехмерные визуализации подземного пространства.
В настоящее время вся экспериментальная разработка пребывает в режиме пробной эксплуатации, который позволит наметить дальнейшие шаги по ее усовершенствованию, увязке обоих блоков и дальнейшему территориальному расширению. Так, уже в планах 2008 г. было предусмотрено построение трехмерной базовой модели Санкт-Петербурга в целом (масштаб 1:10000). Как и в первом случае, заказчиком работ по ее созданию выступил КГА, а исполнителем на этот раз – ФГУП «Центр «Севзапгеоинформ» совместно с ЗАО «Институт территориального развития».