Виртуальный город: почему геоинформационные системы до сих пор не перевернули мир архитектуры

    Это статья о городе и архитектуре. Хотя про красивые домики тут ничего не будет. О них было немного в предыдущей статье и, увы, это отвлекло внимание от собственно информационной составляющей и направило дискуссию в русло обсуждения 3D-моделей городов — и геоинформационных систем (ГИС), которые в том или ином виде эту модель предоставляют или дают возможность поучаствовать в моделировании. Итак, двух- и трёхмерным ГИС разного рода несть числа. Почему же тогда геоинформационные системы до сих пор не привели к революции в градостроительстве?



    Сначала поговорим о том, почему к архитектуре и строительству стоит подходить более ответственно, чем это сейчас принято. Дело в том, что, кроме проектирования зданий, работой архитектора является планирование жизни людей. Вами каждый день исподволь управляет город: вы ездите и ходите по трассированным кем-то улицам, живёте в размещённых с каким-то таинственным расчётом домах, и даже скамейку в парке кто-то именно в этом месте поставил неспроста. Архитектура всё время незаметно заставляет вас делать что-то в рамках привычной жизни, но можно закодировать и что-то новое, и вы примете это, даже не заметив. Например, проектирование домов с ванной в каждой квартире изменило образ жизни десятков миллионов человек. Вы бы удивились, увидев инновационный проект жилого дома “улучшенной планировки” 30-х годов, когда предполагалось, что для мытья раз-другой в неделю достаточно общественного банно-прачечного комбината, туалет же в каждой квартире на тот момент был техническим и культурным прорывом.


    Типовая секция Моссовета, фрагмент плана, 1925 г.

    Современная жизнь меняется стремительно, и проектирование идёт с ней в ногу. Конечно, вы уже не найдёте кульмана, рулонов кальки и светокопировального стола. На смену им пришли многочисленные САПР (системы автоматизированного проектирования). Вместо баночек туши, гуаши и акварели — программы для 3D-моделирования и фотореалистичного рендеринга. Расчёты ведутся не на логарифмической линейке, а в специальных программных комплексах, извлекающих данные из трёхмерных моделей. Алгоритмы стали сложнее, точность и надёжность — выше.

    Но это всё — количественные, а не качественные изменения. Да, они преобразили процесс ежедневной работы, а вот механизм принятия решений остался прежним. Иногда никакого анализа не проводится вовсе, а аргументы могут быть уровня “а давайте-ка так” и “будет красиво потом смотреться на карте”. Экономическое обоснование притягивается за уши: “Мы десять лет назад строили бассейн почти такого размера в городе N-ске, и он окупился на Х процентов за Y лет, так что просто индексируем цены”. Добывать актуальную информацию — добровольно обрушивать лавину непонятных расчётов на свою голову. И большинство заинтересованных лиц эта ситуация устраивает, хотя бывают и просто эпически провальные проекты.

    Итак, генеральные планы городов разрабатывают архитекторы с позиций красоты линий, своего понимания об удобстве жизни и интуиции. Оценивают и утверждают эти проекты управленцы и экономисты, которым важны цифры баланса территорий, ожидаемых расходов и выгод. А потребители среды, жители, никак на эту ситуацию обычно не влияют, и им даже не приходит в голову, что могли бы влиять.


    Как-то так выглядит перспективный генплан. Разные цвета — это где что уже построено или что планируется строить: например, жильё, парк или офисы. Потом разрабатывается детальный проект с пояснительной запиской, занимающей целый шкаф — в бумажном виде, разумеется.

    В сравнении очевидно выигрывает постоянно обновляемая геоинформационная модель. Не просто 3D-карта, а действительно информационная система. Где можно выделить мышкой группу домов и узнать, сколько там живёт народу. Где на карте отмечены все учреждения и заведения с их пропускной способностью и целевой аудиторией. Где можно узнать усреднённый трафик автомобилей по любой улице в любой час. Где измеренный уровень шума или загрязнения воздуха в какой-то точке превращается в общедоступную цифру на плане города, а не в забытую в тот же день бумажку в пыльной папке. Увы, деньги и труд надо вложить прямо здесь и сейчас, а отдача ожидается “где-то там”, поэтому ГИС в проектирование приходят крайне медленно и неравномерно.

    Моделировать в 3D тысячи ничем не примечательных зданий — тоже не очень интересное задание, но его можно доверить автоматике только весьма условно. В основном этим занимаются или любители, тогда результат доступен всем, но качество не слишком высоко, или частные компании-застройщики, подходящие к делу профессионально — но они делиться плодами трудов не спешат.


    Вот так выглядит частная коммерческая 3D-модель Сан-Франциско от компании, которая может за медийный проект выставить счёт в полмиллиона американских денег, а частный застройщик — не задумываясь, этот счёт оплатить.

    Так или иначе, постепенно создаётся полноценная виртуальная модель существующего материального (но, увы, не социального) пространства. Пока она достаточно фрагментарна, но непрерывно лавинообразно пополняется. Очень часто хорошо проработаны только центр города или отдельные знаковые объекты, а остальные созданы автоматически или вовсе отсутствуют, но есть и примеры “коврового” покрытия, например, Берлин с его 550 000 смоделированных зданий. Но это именно “трёхмерная карта”, а не инфосистема. С остальными же, не столь заметными и привлекательными для любителей потоками информации пока хуже.


    Модель Берлина, которую можно скачивать по кусочкам для локальной работы. Мне бы такое богатство да в студенческие годы!

    Менее масштабные по размерам, зато более технологичные и разносторонние проекты запущены в Хельсинки и Монреале на базе систем “Bentley MicroStation” и “Bentley Map”. Модель города охватывает подземную и наземную инфраструктуру и разрабатывается с использованием технологии лазерного сканирования. Для измерения объектов наземной инфраструктуры применяется воздушная лидарная съёмка, для туннелей — наземная лидарная съёмка. С полученной моделью синхронизируется вся возможная муниципальная документация и переписка по недвижимости. На ней же осуществляется выделение участков под строительство. Свою эффективность эта ГИС доказала в инженерных проектах, связанных со сложной высокоплотной инфраструктурой городского центра. Увы, инструменты проектирования от “Bentley Systems” и стоят как Бентли, так что мне не приходилось видеть их даже одним глазком. Немного подробнее можно почитать в статье.


    City of Helsinki, Finland, City Survey Division — 3D Municipal Information System. Достаточно многопрофильная ГИС, насколько можно судить по открытым источникам.

    На постсоветском пространстве вся застройка подчиняется государственному регулированию, а значит, и ГИС должна быть освящена Бюрократическими Процедурами. Всё, что требует государственной поддержки и организации, обычно работает очень медленно, но постепенно единичные проекты появляются и в России. Например, создание единой (двухмерной) геоинформационной системы Тюменской области, которая признана лучшим региональным IT-проектом 2015 года на конкурсе «Global CIO». К тому же, она дает возможность внешним разработчикам создавать собственные коммерческие ГИС-сервисы на основе концепции открытых данных. Ещё пример: недавно была завершена электронная карта подземных инженерных сетей Хабаровска, которая создавалась несколькими организациями целых 10 лет (прописью: десять лет). Вероятно, так долго продолжался «перевод в цифру» потому, что актуализировать информацию советского периода, когда реальность может отличаться от имеющегося плана на десятки метров — адская работа. Иллюстрация из личной практики: один раз мне встретился недокументированнный советский кабель (предположительно, связи) диаметром сантиметров 15, проходящий навылет через подвал здания и уходящий сквозь противоположную стену в сторону белого пятна на топографической съёмке со скромной надписью «спецсооружение».


    Бумажная топографическая съёмка, маленький кусочек, просто чтобы вы представляли масштаб трагедии. Все эти линии обозначают что-то очень важное и в основном невидимое.

    Проблема даже немногих существующих в России и СНГ интегрированных ГИС в том, что они используются формально, просто как замена бумажным картам, макетам и папкам с отчётами, а не для моделирования и анализа вариантных веток и оптимизации результата. В реальности обычно предлагается и принимается единственный вариант плана, качество которого зависит от таланта, опыта, компетентности и убедительности разработчиков. К тому же, все бесчисленные отступления “только в виде исключения” обычно предпринимаются на местах без согласования с авторами, никак в проекте не отражаются, и он всё меньше коррелирует с реальностью. ГИС, даже двухмерная, эту проблему потенциально решает.

    Но что же это за “ветки”, и зачем они нужны, если и без них всё работает? Ещё в 60-е годы поляк Болеслав Малиш придумал метод порогового анализа. Вкратце: когда развитие города по старому пути становится явно нерациональным, слишком дорогим или упирается в преграду вроде реки или железной дороги, надо менять не тактику, а стратегию. Чтобы “перейти порог”, нужны единовременно большие ресурсы, а отдача ожидается не сразу, поэтому ошибиться на этом этапе нельзя. Выбирается несколько возможных принципиально отличающихся новых путей развития, для них строится прогноз по затратам и прибыли на десяток-другой лет вперёд, и выбирается самый выгодный на данный момент путь, по которому и идёт развитие до следующего момента стагнации. ГИС — идеальный вариант для воплощения этого метода. Но это должна быть гораздо более математизированная система, чем те, которые есть сейчас, и инструменты анализа должны быть другими. В идеале, у виртуального города должен быть свой ИИ (или назовите это активной экспертной системой), который умеет и предлагать, и оценивать внешне несравнимые варианты.

    Мне удалось найти сведения о применении математического моделирования территориального развития в России XXI века только для Тольятти (2001) и Якутска (2003) при помощи системы “LandUse” ЦНИИП градостроительства, которая постепенно разрабатывается с середины 70-х годов.


    Результат выглядит как гридовая карта существующего и планируемого использования территории на основе рассчитанной из многих параметров ценности каждого квадратика земли. Математическая модель требует на вход гридовые карты статыщмильёнов разых типов данных, причём количество и типы параметров и шаг необходимой сетки расчитывается каждый раз индивидуально. С обычными ГИС программный комплекс, понятное дело, не совместим.UPD: Хабраюзер, участвовавший в разработке этой системы, пояснил, что на самом деле она умеет получать данные из других ГИС, просто таковые не всегда есть в наличии, и тогда действительно используется ручной ввод.

    Итак, проблемы градостроительного использования современных ГИС в том, что существуют отдельно двухмерные широкопрофильные модели, отдельно трёхмерные слабо информационные, все они создаются в большом количестве конкурирующих между собой и не всегда совместимых программ и форматов, при этом большинство из них не являются “официальным документом” и не могут быть открыто использованы проектировщиками. Эти системы не поддерживают временную составляющую, а значит, не позволяют делать ретроспективный анализ территории, моделировать вероятные будущие состояния и сравнивать их. Количество “информационных срезов” виртуального города пока ещё недостаточно для того, чтобы количественные изменения перешли в качественные. Но прогресс не стоит на месте, и рано или поздно виртуальный город станет полноправным инструментом процесса градостроительного проектирования, а может, и одним из активных собственных создателей.
    Поделиться публикацией
    Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

    Зачем оно вам?
    Реклама
    Комментарии 19
    • 0
      Генплан Бреста можно было и подписать ;)
      • +1
        Да, перспективный план Бреста весьма узнаваем, просто это показалось мне не относящимся к теме.
        Кусочек съёмки — Минск, кажется.
        Гридовая карта в конце — Тольятти, этап оценки существующего положения.
      • 0
        Конечно, вы уже не найдёте кульмана, рулонов кальки и светокопировального стола

        Лет 6 назад делал курсач с использованием кальки и импровизированного стекла светокопировального стола. Да и вообще САПРами пользовались 5% студентов. Дальше конечно каждый кто пошел в этом направлении пользуется той или иной программой, но вот в универе изучение AutoCAD я бы поставил на первые курсы, чтобы все последующие курсовые работы были облегчены. У нас же все было наоборот.
        • +1
          Да сейчас смотрю на свой город и говорю, да очень много сделано и в некоторых места красиво, ровно и широко, ну можно же было продумать чтоб все улицы еще ровнее и удобнее были, ведь почти с нуля строилось. Чтоб были красивыми и удобными в использовании и через 20 лет после постройки, Конечно смотря на НьюЙорк с его ровными улицами, тоже хочется чтоб улицы были ровные как под гребенку, а не витляли и приносили дискомфорт когда по ним ходишь/ездишь,
          Понимаю что это и от рельефа может зависит: там нет таких холмов, но все равно можно же было продумать и сделать более оргономичней.

          Самое интересное когда едешь по улице и видишь какие дома построены по генплану района: ровненько придерживаясь определенного плана и стиля, а какие наговнокодили после распада CCCР. Поэтому приходят мысли что, если давать что-то строить застройщику, то как минимум 1 квартал чтоб там он мог развернутся и делать более/менее в одном стиле, определить параметры которые нужны, ( примерный внешний вид с улицы, комуникации и тд), а внутри дать свободу.
          • +1
            «Бумажная топографическая съёмка, маленький кусочек, просто чтобы вы представляли масштаб трагедии.» На практике, лично я, всегда рад такому кусочку, потому как, периодически приходится чуть ли не с нуля(а иногда даже лучше если бы с нуля), наносить\находить\разбираться. Не везде, но достаточно часто все эти невидимые линии располагаются не так, как на топокартах. Исключением являются частные съемки крупных предприятий под конкретный проект. Раз на раз не приходится. Какое-то время проводили огромную работу по актуализации сведений на таких предприятиях\администрациях. И, самое грустное, что во многих сферах(дороги, газ, нефть, электричество), реальное положение дел знает! только! строитель «дядя Вася» или его руководитель лично и «на память», а с уходом такого есть небольшой шанс нарваться на ответ «а никто не знает как и где проходит вот эта подземная хрень». Нет единой схемы. Многое держится на человеческом факторе или повальная засекреченность\жадность, а главное дискретизация топопланов(линий снабжения например). На практике, прокладывая ВЛ или распахивая поле, могут(и делают) порвать магистральный газопровод. Придумали несколько лет назад ведение кадастра по аналогии с европейскими коллегами, но реализовали «как всегда». Сведения там неполные: не так много времени прошло, да и зачастую координаты там не соответствуют действительности, зато попытка сведения всего воедино по единым стандартам. Так что, возвращаясь к началу комментария, такие «топографические съемки», которые есть в администрации города, где высокая плотность застройки(в регионах и поселениях намного хуже качество\соответствие действительности) и за которыми более-менее пытаются следить — самое правдоподобное, что у нас есть, для полевых кадастровых\геодезических работ. А на такие градированные планы или 3Д моделирование города я вообще смотрю как на фантастический город будущего — с восхищением и слабой надеждой. P.S. В нашей стране планирование города как единой системы, с продумыванием инфраструктуры и грамотном подходе к расстановке зданий\сооружений\линий снабжения\плотность населения\траффик осуществляется спустя рукава или вообще символически.
            • 0
              «Масштаб трагедии» относился к трудностям оцифровки и систематизации топографических съёмок — с учётом как раз всего описанного вами бардака, который в советские времена был нормой.
            • +2
              Гридовая карта? Ну что за сленг. Сеточная карта — правильный перевод.
              • +1
                Дело в том, что сами вполне русскоязычные создатели программного комплекса называют её гридовой в характеристиках продукта, работу которого я с их слов вкратце описываю (ссылка есть в тексте). Я ничего не перевожу. Но вы можете написать в ЦНИИП градостроительства, возможно, они учтут ваше мнение в дальнейшей работе.
              • 0
                В Питере уже несколько лет есть подобная Тюмени ГИС со всеми видимыми и «невидимыми» слоями тут
                • 0
                  РГИС Петербурга, к которой меня привёл Гугл (если их у вас не несколько, конечно) — это, фактически, электронный земельный кадастр, несколько расширенный схемой трамваев, гостиниц, спортобъектов и — почему-то — алкогольных магазинов. Если вы сходили по ссылке на тюменский проект, то могли видеть, что там функционал гораздо разнообразнее.
                  • 0
                    Тюменский проект, кмк, — достаточно обычный аркгисовский геопортал стандартного наполнения (по крайней мере для неавторизованных пользователей), совсем уж хвалить его не стоит.
                    И тем не менее, как один из примеров необходимого стандарта на данный момент вполне подходит.
                    • 0
                      А ещё у нас в Тюмени есть ГИС где отмечено каждое дерево. Порядка 200+ тыс имеется. Проект называется Зеленый Город, но в публичном доступе его нет. В прошлом году участвовал в его разработке.
                  • 0
                    Да много их, мы сами таких несколько штук сопровождаем, автор про это и говорит — нет стандарта, нет жизненного цикла систем, нет практики ухода от использования планшетов напрямую в гис, а если и есть — использование не системное, а скорее «версионное».
                    Уйма проблем с обеспечением целостности данных и доступа даже между смежными ведомствами.

                    Вот решать будут ли эти проблемы или нет — вопрос очень открытый.
                  • +1
                    Не надо гнать про форматы — есть CityGML, который есть подмножество GML, и в него можно запихать всё что нужно! И все приличные ГИС его понимают.
                    Вообще, благодаря OGC в ГИС есть открытые форматы на любой вкус и цвет, и не только форматы.
                    • 0
                      Топографические карты в России до масштаба 1:50 000 являются секретными. Пока это так, врядли можно ждать глобальной оцифровки городов со свободным доступом к социальным данным.

                      Факт из личной практики: работая над очередным проектом, мне приносит заказчик (в т.ч. сама мэрия) актуальную топосъёмку явно вычерченную в векторе, но в распечатанном (!) виде. Я её сканирую и заново на своём ЭВМ обвожу необходимые мне сети и контуры зданий. Вот такой русский BIM.

                      Кстати, кульман у меня в офисе имеется. Недавно пригодился, когда потерял своё перо от Вакомовского планшета.
                      • 0
                        Я в таком случае звоню исполнителям. Топосъёмка, до определённых площадей — не секретна.
                      • +2
                        градостороительсво — о-о-о-чень долгоиграющие проекты. Косяки на этапе прокладки улиц сотни лет потом жизнь людям корёжат (напр за последние сто лет в москве в заторах-пробках было потрачено в человеко-часах продуктивного рабочего времени на пару БАМов и три олимпиады наверно). А люди, принимающие генпланы в современной по крайней мере россии — это в основном уже давно начальники, а не доскональные специлисты, а как у нас ценят мнение спеов всем известно…

                        Я всю жизнь живу в «городе построенном по генплану» — об этом мне прожужжали за мою жизнь все уши. И что? — не смотря на то, что город построен с 0 в чистом поле — только одна улица прямая, все прочие с поворотами, зигзагами, внезапными сдвигами, и точно торце с каждой стороны стороны стоит дом… Особо доставляют в горде «зю-образные» перекрётски — это перекрёсток со сдвигом — когда что бы проехать прямо надо на перекрёстке сместиться на 5-10 метров вправо, иначе окажетесь точно в лоб встречному (а он — вам). Школы в городе непостижимым образом от жилых массивов через дорогу, предприятия — от них же — не просто «долго ехать» а ещё с пересадками, даже если это тупо офис/контора или безобидный НИИ (у нас есть и обидные — те да, «за речкой»), В итоге ионстранец/иногородний — в городе ДАЖЕ с GPS-кой — без опрашиваиня местных «как пройти/проехать» — плутает наглухо. Транспортная связность в городе никакая — весь трафик закручен на неск улиц, кольцом, прочие практически несквозные, перепробег — сотни процентов автомобильный, а автобусный — тысячи (почти всюду пешком короче и быстрее чем на автобусе). Ну и так по-мелочи — автобусные остановки почему-то сторого по центру домов стоят (с фасадных сторон), а не напротив промежутков, тротуары и переходы не совпадают с трафиком, поэтому весь город в торопинках, ибо тротуары никуда не ведут, Ну с парковками швах — это понятно, тут претензий, что 50 лет назад не догадались что будет по машине на семью глупо предъявлять.

                        Была одно время просто чудесная серия игр «СимСити» с популяризацией подрастающему населению основной мысли что грод — дело сложное, но считаемое — и оно того стоит. Как далека реальность от этого!
                        • 0
                          Не, автобусный перепробег всё же не десятки раз, а единицы — втрое-впятеро, это я чуток погорячился
                          • 0
                            Прям про нас крик души. Единственное что возражу по поводу чистого поля. Есть же рельеф, он налагает так сказать.

                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.