Rozwiązanie Roku 2018 Smart City Expert: Model 3D Miasta Poznania

W głosowaniu czytelników bloga Smart City Expert na Rozwiązanie Roku 2018 zdecydowanie zwyciężył smart3Dcity – Model 3D Miasta Poznania. Zapraszam do zapoznania się z Case Study tego Projektu.

Model 3D Miasta Poznania to jedno z pierwszych w Polsce tak kompleksowych projektów mających na celu wykorzystanie wizualizacji trójwymiarową w zarządzaniu miastem.

Dlaczego i dla kogo?

Projekt, opracowywany w okresie październik 2017 – czerwiec 2018 przez Zarząd Geodezji i Katastru Miejskiego GEOPOZ wspólnie z firmą SHH, objął wykonanie modelu 3D całego miasta, wdrożenie specjalistycznego oprogramowania klasy GIS 3D do aktualizacji, zarządzania oraz kontroli i publikacji modelu.

Cele strategiczne Projektu:

1. Rozwój innowacyjnej gospodarki i poprawa atrakcyjności inwestycyjnej Miasta Poznania,
2. Wspomaganie procesów zarządzania miastem,
3. Optymalizacja zasobów Systemu Informacji Przestrzennej pod względem prowadzenia nowego zasobu oraz technologicznym.

Celami operacyjnymi projektu były:

1. Utworzenie procedur aktualizacyjnych numeryczny model terenu oraz numeryczny model pokrycia terenu jako podstawowych źródeł tworzenia modelu 3D miasta,
2. Utworzenie modelu 3D miasta zgodnego ze standardem CityGml 2.0 na poziomie szczegółowości LOD1, LOD2,
3. Utworzenie procedur pozyskiwania punktów charakterystycznych dachów budynków na podstawie obserwacji fotogrametrycznych,
4. Utworzenie procedur aktualizacji modelu w oparciu o zmiany w ewidencji gruntów (budynki) oraz dostępne źródła o wysokościach terenu i budynków,
5. Implementacja nowoczesnych technologii przetwarzania i publikacji danych w Systemie Informacji Przestrzennej,
6. Wykorzystanie modelu miasta 3D w wykonywaniu analiz, wizualizacji przestrzennych oraz opracowań tematycznych bazujących na danych wysokościowych (potencjał solarny, retencja, etc.) w ramach prac wydziałów miejskich , jak również podmiotów zewnętrznych (mieszkańcy),
7. Zwiększenie partycypacji mieszkańców w zarządzaniu przestrzenią miasta poprzez powszechny dostęp do informacji („open data”) oraz nowych metod prezentacji projektów miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego podczas spotkań konsultacyjnych,
8. Optymalizacja zasobu SIP umożliwiająca analizy w środowisku 3D elementów zagospodarowania terenu oraz uzbrojenia podziemnego.

Odbiorcami systemu są mieszkańcy, wydziały Urzędu Miasta Poznań, miejskie jednostki organizacyjne, jednostki związane z bezpieczeństwem publicznym, centra naukowe (UAM, Politechnika Poznańska, Uniwersytet Ekonomiczny, Akademia Rolnicza, etc), biura architektoniczne i projektowe.

Zastosowania

System pozwala na integrację i koordynację elementów zarządzania miastem w środowisku 3D. System informatyczny udostępnia trójwymiarowy model obiektów miejskich, ukształtowania terenu miasta, warstw zieleni i innych obiektów przestrzennych wraz z ich wizualizacją.  System stanowi wsparcie dla zagadnień związanych z planowaniem przestrzennym, w tym projektowaniem i rewitalizacją obszarów miejskich, jak również ułatwia procesy partycypacji społecznej mieszkańców w tym procesie. Ponadto szczególny nacisk położony został na sfery architektury, wydawania decyzji administracyjnych, ochrony środowiska, zarządzania kryzysowego. Model 3D Poznania  jest wykorzystywany również w analizach dotyczących: przygotowywania mapy akustycznej, rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, map potencjału solarnego, symulacji oświetlania terenu.

System Poznań3D umożliwia publikację opracowań tworzonych w procesie inwestycyjnym miasta takich jak inwentaryzacje istniejących obiektów architektonicznych i uzbrojenia podziemnego, koncepcje i projekty zagospodarowania terenu ale szczegółowych modeli przygotowywanych zgodnie z metodyką BIM. BIM czyli modelowanie informacji o budynku (ang. Building Information Modeling) to metodyka, która zrewolucjonizowała podejście do projektowania, realizacji inwestycji i zarządzania budynkiem.

Zgodnie z ideą otwartych danych system udostępnia modele dla użytkowników zewnętrznych i dzięki temu jest doskonałym materiałem szkoleniowym w pracach dydaktycznych uczelni wyższych.

Warto podkreślić wdrożone w ramach projektu innowacyjne w skali kraju rozwiązania polega na zapewnieniu ciągłej aktualizacji obiektów modelu zgodnie ze stanem Ewidencji Gruntów i Budynków oraz postępem prac fotogrametrycznych.

Od strony technicznej

Rozwiązanie jest zgodne z międzynarodowym standardem CityGML 2.0 przechowującym model w postaci obiektów geometrycznych w relacyjnej bazie danych. Tak przygotowany model Miasta Poznania może być zintegrowany z modelem ogólnokrajowym CAPAP opracowanym przez Główny Urząd Geodezji i Kartografii. Obiekty trójwymiarowe zapisywane są zgodnie ze standardami w poziomach szczegółowości: LOD1, LOD2, LOD3. :

• LOD1 (generowany automatycznie w cyklu tygodniowym). Wysokości budynków są obliczane na podstawie dostępnych zbiorów danych dla danego budynku (ISOK, obserwacje fotogrametryczne, liczba kondygnacji z EGiB). Na podstawie dostępnych danych obliczana jest średnia ważona wysokość dach obiektu.
• LOD2– ze względu na to, że dla miasta dysponowaliśmy tylko chmurą punktów z 2012 roku zrealizowaną w ramach programu ISOK do rozwiązania był problem pozyskania wysokości oraz kształtu dachów budynków wybudowanych od sierpnia 2012r. Problem rozwiązano tworząc procedurę pozyskiwania punktów charakterystycznych dachów budynków na stacjach fotogrametrycznych. Efekt pracy działu Fotogrametrii jest przekazywany i używany do generowania połaci dachowych obiektów. Proces generowania połaci dachowych w zależności od skomplikowania obiektów może mieć postać automatyczną lub półautomatyczną (operator ma możliwość ingerencji manualnej w kształt dachu).
• LOD3 – obiekty o bardzo dużej szczegółowości z elementami małej architektury na elewacjach – obiekty generowane na podstawie dostarczonych projektów BIM konwertowanych w ramach prac jednostki SIP do formatu cityGML narzędziami klasy ETL (FME).

W ramach realizacji projektu wdrożono pełen ciąg technologiczny polegający na tworzeniu i aktualizacji danych (modelu), implementacji narzędzi przetwarzania oraz zarządzania danymi, jak również finalnie publikacji i udostępnianiu modelu.

Model 3D miasta obejmuje ponad 100000 budynków ewidencyjnych o statusie „wybudowany” z wyłączeniem obiektów o charakterze tajnym. Wygenerowane obiekty 3D są przechowywane w bazie danych PostgreSQL 10.0 w strukturze 3DcityDB.

Ponadto w ramach systemu publikowane są budynki ewidencyjne o statusie „w trakcie budowy”, „projektowane” (w szczegółowości LOD1). Dodatkowym elementem było wprowadzenie do modelu altan na ogrodach działkowych.

Proces tworzenia i przechowywania obiektów 3D pozwala GeoPOZowi na generowanie dowolnych obiektów 3D (np. normatywy zabudowy mpzp). Model 3D Poznania wykracza znacznie poza podstawowy zakres prezentowanych obiektów: tj. NMT oraz budynki 3D.

Biorąc pod uwagę liczbę obiektów, stopień skomplikowania pozyskiwania danych wysokościowych w proces aktualizacji wymagał automatyzacji procedur. Został on zrealizowany przede wszystkim dzięki oprogramowaniu FME – przygotowanie danych wejściowych do modelu, uzupełniania atrybutów wymaganych w specyfikacji GML, przesyłanie danych pomiędzy serwerami, przygotowanie danych do publikacji w portalu 3D.

Narzędzia do zarządzania i publikacji modelu – publikacja modelu odbywa się poprzez panel administracyjny. Aplikacja ma charakter otwarty i umożliwia implementację własnego kodu przez programistę (dostępne także API)

W ramach portalu publikowane są warstwy w formie usług OGC (WMS, WMTS, WFS), chmury punktów (ISOK) oraz oczywiście obiekty 3D modeli budynków. Ze względu na to, że obiekty mają charakter wektorowy użytkownik ma możliwość uzyskiwania informacji o obiekcie i wywołania np. portalu 2D z dodatkowymi informacjami o budynku i sąsiedztwie (działka ewidencyjna – użytek, powierzchnia działki, właściciel, etc.).

Przyszłość

To nie koniec. Model 3D będzie stale rozwijany. Miasto Poznań planuje m.in.:

• wdrożenie nowych metod pozyskiwania wysokości o obiektach w przestrzeni (budynki, mosty, elementy małej architektury, etc) w wyniku pomiarów terenowych metodami geodezyjnymi.
• poszerzanie zasobu o nowe rodzaje obiektów przewidziane w standardzie cityGML takich jak roślinność, obiekty komunikacyjne, mała architektura.
• integrację obiektów modelu z bazami danych prowadzonych przez Urząd Miasta Poznań (np. obiekty zabytkowe – informacje opisowe obiektów oraz ich reprezentacja 3D)
• współpracę z podmiotami zewnętrznymi w zakresie utworzenia platformy do prezentacji projektów zagospodarowania terenów.
• prezentację obiektów nieujętych w specyfikacji cityGML, dla których sporządzane są opracowania dające przedstawić się w środowisku 3D (np. mapa akustyczna, rozkład przestrzenny analiz statystycznych, etc.).
• aktualizację modelu do wyższych poziomów dokładności (LOD3) poprzez wykorzystanie dostępnych modeli sporządzanych w wyniku miejskich prac inwestycyjnych (modele zagospodarowania Nowej Naramowickiej, Starego Rynku, etc.).