О трехмерной модели городского пространства Санкт-Петербурга. Часть II

>

Здания, расположенные в дворовых территориях, не являющиеся средовыми ориентирами,
- с плоскими крышами - достаточно моделировать по результатам фотограмметрических измерений высоты, присваивая основной материал (цвет) по фотоснимкам;
- с неплоскими крышами - достаточно моделировать по результатам тахеометрических измерений основных элементов, присваивая основной материал(цвет) по фотоснимкам.p>

Основные результаты работы Модели могут быть представлены в виде статических изображений панорам существующей и проектируемой застройки с заданных произвольным образом точек:

Рис. 22 Изображение панорамы существующей и проектируемой застройки с произвольной точки

зон видимости на территории города объектов существующей и проектируемой застройки заданной высоты:

Рис.23 Схема зон обратной видимости объекта заданной высоты, предполагаемого к размещению

видеоизображений панорам существующей и проектируемой застройки с заданных произвольным образом маршрутов, а также в виде числовых значений превышения высоты оцениваемых объектов над исторической застройкой в створе охраняемых панорам.

Модель была положена КГА и Комиссией по землепользованию и застройке Санкт-Петербурга в основу при оценке допустимых значений «локальных увеличений предельной высоты зданий, строений сооружений» в составе Правил землепользования и застройки Санкт-Петербурга.

Рис.24 Фрагмент альбома, положенного в основу историко-культурной экспертизы, выполненной ГУ «НИПЦ Генплана Санкт-Петербурга» и согласованной КГИОП

Представители ООО «ИТР» являлись членами рабочей группы по указанному вопросу. Материалы, подготовленные с помощью Модели, в виде изображений «локальных увеличений предельной высоты зданий, строений сооружений» на фоне охраняемых в соответствии с действующим законодательством панорам были положены в основу историко-культурной экспертизы, выполненной ГУ НИПЦ Генплана Санкт-Петербурга и согласованной КГИОП.

Рис.25 Пример корректировки значений «локальных увеличений предельной высоты зданий, строений сооружений» по результатам деятельности рабочей группы.

Актуальность скорейшего внедрения Модели в практику градостроительной деятельности в Санкт-Петербурге связана с рядом положений Правил землепользования и застройки Санкт-Петербурга, для реализации которых необходимо проведение «оценки видимости планируемых к строительству (реконструкции) зданий (сооружений) на фоне охраняемых панорам (макроуровень) и на фоне окружающей застройки (мик¬роуровень), осуществленной в соответствии с методикой, выполненной в соответствии с требованиями законодательства в сфере охраны объектов культурного наследия и утвержденной органом градостроительства Санкт-Петербурга».
Основными направлениями развития Модели является уточнение планово-высотных характеристик объектов в привязке к М 1:2000, 1:500, а также, уточнение отображения в Модели формы крыш зданий, расположенных в центральной и прилегающей к ней частях города, в первую очередь - в створах охраняемых, в соответствии с действующим законодательством панорам. В настоящее время Модель широко используется ООО «ИТР» при подготовке материалов по оценке видимости отдельных объектов, планируемых инвесторами к размещению на территории города. В рамках выполнения таких работ сведения базовой модели о местоположении и геометрических характеристиках зданий и сооружений, окружающих рассматриваемый объект, а также о зданиях и сооружениях расположенных в створах охраняемых в соответствии с действующим законодательством панорам в направлении рассматриваемого объекта, дополняются и уточняются.
По результатам разработки Модели с применением различных средств и методов получения данных дистанционного зондирования (фотограмметрические измерения по результатам аэрофотосъемки, наземное лазерное сканирование, тахеометрические измерения, ортогональные фотоснимки) и использовании топографических материалов, а также ее практического применения можно сделать следующие ВЫВОДЫ :

• Для моделирования различных объектов реального мира в качестве Базовых пространственных данных (БПД), интегрируемых посредством планово-высотной привязки в базовую модель городского пространства, необходимо использовать различные средства и методы. Критериями выбора того или иного средства являются необходимость и достаточность информации для отображения как базовой геометрии объекта (внешний периметр объекта), так и отдельных его элементов (оконные промы, дверные промы, арки, фронтоны, декоративные элементы, характерные инженерные элементы и т.п.). В свою очередь, «необходимость» определяется заданной, исходя из решаемых задач (макро-, микро- уровень оценки), точностью, а «достаточность» - временными и материальными затратами на получение информации с заданной точностью.

Примеры:

1. Уникальные исторические здания и сооружения, обладающие сложной геометрией и большим количеством характерных элементов, что в совокупности с назначение объекта определяет его культурную значимость, необходимо моделировать с максимальной точностью, используя наземное лазерное сканирование с высокой плотностью точек лазерных отражений. Данный метод позволяет не только точно представить объект в базовой модели городского пространства, но и обеспечит создание электронного трехмерного паспорта, что в совокупности с фотоматериалами и историческими чертежами и описаниями расширит возможности сохранения культурного наследия.

Рис.26 Пример уникального исторического здания, представленного в виде высокополигональной каркасной модели по материалам наземного лазерного сканирования

2. Здания, не являющиеся типовыми, обращенные фасадными частями на основные городские улицы, проспекты и площади, достаточно моделировать по результатам тахеометрических измерений основных элементов (основание, конк, карниз и т.п.), комбинируя с ортогональными фотоснимками.

Рис.27 Модель нетипового здания, отмоделированного по результатам тахеометрических измерений основных элементов (основание, конёк, карниз), комбирированных с ортогональными фотоснимками

3. Здания, являющиеся типовыми, обращенные фасадными частями на основные городские улицы и проспекты, обладающие плоской крышей, достаточно моделировать по результатам фотограмметрических измерений высоты, комбинируя с ортогональными фотоснимками.

Рис.28 Модели типовых зданий, обладающих плоской крышей, отмоделированные по результатам тахеометрических измерений, комбирированных с ортогональными фотоснимками

4. Здания, расположенные в дворовых территориях, не являющиеся средовыми ориентирами,

- с плоскими крышами - достаточно моделировать по результатам фотограмметрических измерений высоты, присваивая основной материал (цвет) по фотоснимкам;
- с неплоскими крышами - достаточно моделировать по результатам тахеометрических измерений основных элементов, присваивая основной материал(цвет) по фотоснимкам.

Рис.29 Модели типовых зданий (не являющиеся средовыми ориентирами и расположенные в дворовых территориях) с плоскими и неплоскими крышами

5. Опоры высоковольтных воздушных ЛЭП достаточно моделировать классифицированными по напряжению условными трехмерными знаками, построенными в САПР на основе соответствующих ГОСТов, и при планово-высотной привязке разворачивать основную плоскость опоры перпендикулярно трассировке ЛЭП.

Комментарий:
Необходимость применять инструментальные средства измерения (тахометр, лазерный сканер и т.п.) при построении трехмерных моделей зданий обуславливается тем, что сложная геометрия некоторых зданий и сооружений, сосредоточенных, в основном, в центральной части города, в значительной степени определяет видимость - в общем, и характер визуального восприятия - в частности, как существующих объектов городской среды относительно друг друга,так и предполагаемых к строительству объектов относительно существующей застройки. Фотограмметрические измерения не во всех случаях позволяют построить детальную модель сложного в геометрическом смысле архитектурного или инженерного объекта. Руководствуясь практическим опытом получения исходных данных, построения и применения базовой трехмерной модели городского пространства, разработчики оценивают временн'ые затраты на моделирование всех зданий в центральной части Санкт-Петербурга площадью 250 кв.км, включая инструментальные измерения, (замена экструдированных полигонов - плановых контуров зданий точными трехмерными моделями) в 6-8 месяцев при стабильном финансировании.

• При моделировании базового рельефа в целях проецирования на него всех остальных объектов, а также в целях точного статического позиционирования «наблюдателя» и построения динамических маршрутов обзора, необходимо использовать не только данные, полученные с топографической карты масштаба 1:10.000, но и данные с топографических материалов более крупных масштабов (1:2.000; 1:500). При такой комбинации информационных источников необходимо придерживаться принципа «территориального замещения» для исключения противоречий в исходных данных. Подобные противоречия могут привести к некорректности построения рельефа.

Примеры:

1. Рельеф под крупными массивами древесной растительности и рельеф открытых пологих незастроенных территорий (поля, обширные пустыри, луга, заболоченные территории и т.п.) достаточно моделировать по данным топографической карты масштабы 1:10.000.
2. Рельеф относительно пологих застроенных территорий за пределами исторического центра, не предполагаемых к освоению и/или реновации в ближайшей перспективе необходимо и достаточно моделировать по топосъемке масштаба 1:2000.
3. Рельеф центральной части города, а также территорий с большим количеством ярко выраженных изменений высотных отметок (характеризующих набережные, мосты, насыпи, пандусы, объекты гидрографии, подпорные стенки, значительные уклоны дорог и т.п.) необходимо моделировать по топосъемке масштаба 1:500.

• В целях обеспечения актуальности базовой трехмерной модели городского пространства необходимо обеспечить мониторинг исходных данных модели. Период обновления модели должен соответствовать временн'ым параметрам изменения исходных данных модели и может устанавливаться для разных групп объектов модели (или их характеристик) индивидуально.

Примеры:

1. Строительство капитальных объектов занимает многие месяцы.
2. Монтаж опор воздушных ЛЭП занимает несколько месяцев.
3. Снос или посадка древесной растительности занимает недели.
4. Имущественно-правовой статус объекта капитального строительства может измениться за несколько дней.

• Для обеспечения большей достоверности и узнаваемости при отображении плоскостных объектов реального мира в базовой трехмерной модели города можно использовать растровое изображение, спроецированное на рельеф, полученное посредством «загрубления»ортофотопланов (в целях соблюдения требований секретности) или использования космических снимков.

Рис.30 Космический снимок, спроецированный на рельеф; горизонтальные проекции фундаментов рядовых строений, «вытянутые» на соответствующую высоту. (скриншот из ArcGLOBE с включенной функцией тумана - для повышения реалистичности)

Пример:
Комбинация векторного отображения улиц (с условной шириной) с их растровым отображением позволяет идентифицировать улицу как через обращение к атрибутивной таблице векторного слоя, так и путем интеллектуального анализа, визуально воспринимая реальные очертания и характерные детали, отображённые на растровом слое.

Рис.31 Пример комбинации векторного отображения элементов улично-дорожной сети с их растровым отображением в целях сохранения возможности идентификации объектов при одновременном повышении уровня визуального восприятия

Кроме сформулированных выше методических рекомендаций в виде выводов, сделанных на основе практического опыта построения и использования базовой трехмерной модели городского пространства, представляется целесообразным использовать для повышения точности и актуальности модели точки лазерных отражений, полученные по результатам воздушного лазерного сканирования, которое было выполнено в 2008 году по заказу Правительства Санкт-Петербурга.

Примеры:

1. Уточнение рельефа, посредством применения GRID-анализа, присваивая текущей ячейке GRIDа минимальное значение координаты Z (в Балтийской системе высот) из множества точек лазерных отражений, чьи пла¬новые координаты (X и Y) ограниченны текущей ячейкой. Предварительно должна быть произведена классификация точек с целью выделения только тех, которые отразились от рельефа. При этом часть рельефа, расположенная под зданиями и сооружениями, достраивается сплайном. Данная работа должна быть выполнена с соблюдением требований секретности, предъявляемых к геодезическим, топографическим и картографическим работам.
2. Использование точек лазерных отражений, полученных при воздушном лазерном сканировании в качестве альтернативного или дополнительного информационного источника (по отношению к наземному лазерному сканированию, тахеометрическим измерениям, фотограмметрическим измерениям) для построения трехмерных моделей зданий и сооружений.

Дополнительные направления развития трехмерной модели городского пространства Санкт-Петербурга:

1. Поиск новых областей применения

• использование для хранения, обработки и представления пространственных данных по подземным инженерным и транспортным системам (инженерные сети, тоннели, шахты, объекты метрополитена и пр.);
• использование при проведении экологических расчетов: учет рассеивания загрязняющих веществ в модели, определение параметров инсоляции, выполнение акустических расчетов с учетом реальной застройки, оценка рисков для здоровья населения; оценка рисков при прогнозировании чрезвычайных ситуаций и пр.

2. Перенос модели на сервер пространственных данных

• многопользовательский доступ и редактирование;
• упрощение внесения изменений в пространственные слои за счет расширенных возможностей управления данными через технологию ArcSDE;
• построение дерева истории модели (например, для пользователя модели появится возможность просмотреть состояние городской среды в указанную дату, наблюдать градоформирующие процессы и пр.);
• публикация фрагментов модели в internet/intranet с ограничением по территории и набору слоев.

Иллюстрации к статье сняты с экранов рабочих станций (персональных компьютеров).

Информация об авторах статьи:

Аврутин Владимир Длорович,
заместитель генерального директора по градостроительной деятельности Института территориального
развития.
Ломтев Алексей Юрьевич,
генеральный директор Института прикладной экологии и гигиены.
Руденко Виталий Юрьевич,
директор по стратегическому развитию Института территориального развития.
Член Градостроительного совета Санкт-Петербурга. Профессиональную деятельность начал в 1983 году после окончания с отличием Ленинградского финансово-экономического института. Работал в ЛенНИИпроекте, ЛенНИПИГенплана, ЗАО «Петербургский НИПИГрад».
Один из авторов важнейших документов градостроительного развития Ленинграда - Санкт-Петербурга: Генплана Ленинграда и Ленинградской области (1986 год), Генплана Санкт-Петербурга (2005 и 2008 годы), Генеральных схем развития отраслей социальной инфраструктуры города, проекта Закона Санкт-Петербурга «Об основах регулирования градострои-тельной деятельности в Санкт-Петербурге» (2003 год), Правил землепользования и застройки Санкт-Петербурга (2009 год). Автор предметной и правовой основ построения трёхмерной модели Санкт-Петербурга.
Доцент кафедры социальной гигиены, защиты прав потребителей и благополучия населения факультета повышения квалификации, кандидат медицинских наук.
Специалист в области изучения комплексного воздействия неблагоприятных факторов среды обитания на состояние здоровья населения с использованием методов пространственного анализа.
Автор более 100 опубликованных научных работ, в том числе монографий, руководств, учебных пособий и методических документов федерального уровня, посвященных методологии санитарно-защитного зонирования, интеграции санитарно-гигиенической и экологической информации в систему территориального управления, использования геоинформационных технологий в системах комплексной оценки медико-экологической ситуации в поселениях и регионах, оценки риска для здоровья населения.
Автор предметно-методической и технической основ построения трёхмерной модели Санкт-Петербурга.
Закончил Высшее Военно-морское училище радиоэлектроники
им. А.С. Попова в 1998 году.
Принимал участие в разработке проектов планировки и проектов межевания крупнейших производственных зон Санкт-Петербурга, жилых и общественно-деловых территорий города. Один из ведущих проект-менеджеров разработки и развития трехмерной модели Санкт-Петербурга. В качестве бизнес-аналитика участвовал в исследовании путей повышения эффективности градостроительной деятельности в Санкт-Петербурге.