Południowokoreańskie inteligentne miasta łączą cyfrowe modele 3D z GIS i BIM

Autor: Linda Duffy

Na całym świecie samorządy wdrażają projekty Smart City/Digital Twin w celu wspierania programów stymulacji gospodarczej i turystyki oraz ogólnej poprawy jakości życia. Aktualne modele budynków 3D i obszerne dane z systemów informacji geograficznej (GIS) wraz z danymi modelowania informacji o budynku (BIM) są łączone w celu stworzenia cyfrowego bliźniaka wewnętrznej i zewnętrznej części budynków oraz otaczającej topografii. W efekcie rzeczywisty świat jest przekształcany w dokładną cyfrową replikę, aby ułatwić analizę, planowanie i zarządzanie wszystkimi zasobami inteligentnego miasta.

Głównym celem wirtualnych miast 3D jest ograniczanie problemów typowych dla obszarów miejskich i zarządzanie nimi poprzez przeprowadzanie symulacji i analiz cyfrowych bliźniaków oraz wykorzystywanie wyników do poprawy warunków. Ponadto duże zbiory danych przechwycone za pomocą czujników Internetu rzeczy (IoT), telewizji przemysłowej (CCTV), kamer bezpieczeństwa itp. zapewniają wgląd w określone lokalizacje. Rząd Korei Południowej rozpoczął program Smart City/Digital Twin w 2017 r., aby zająć się różnymi kwestiami, takimi jak ruch uliczny, przestępczość, zanieczyszczenie środowiska, efektywne zarządzanie energią, planowanie urbanistyczne, zarządzanie klęskami żywiołowymi i przebudowa. Analizując wirtualne miasta i powiązane duże zbiory danych, jednostki rządowe są lepiej przygotowane do zajmowania się obszarami budzącymi obawy.

Budowa cyfrowego bliźniaka

All4Land, wiodący dostawca usług geoprzestrzennych w Korei Południowej od 2014 roku buduje cyfrowe modele 3D, które obejmują dane BIM i GIS. Aby zaoszczędzić czas i obniżyć koszty, All4Land gromadzi jednocześnie dane ukośne i LiDAR Leica CityMapper pokładowy czujnik mapowania i szybko przetwarza dane Leica HxMap, wieloczujnikową platformę przetwarzania. Powstałe modele 3D są wzbogacone o dane GIS, takie jak mapy wektorowe infrastruktury komunalnej, telekomunikacyjnej lub transportowej, w celu wsparcia dogłębnej analizy. Zewnętrzne kształty budynków tworzone są na podstawie danych CityMapper, a wewnętrzne kształty na podstawie danych skanowania 3D, danych projektowych i danych BIM.

All4Land odpowiada za tworzenie danych GIS i modeli 3D budynków oraz integrację danych BIM dostarczonych przez właściciela budynku lub agencję rządową. Dane BIM są obowiązkowe w przypadku nowych konstrukcji rządowych w Korei i są zwykle tworzone przez zewnętrzne biuro projektowe. W przypadku nowych budynków BIM jest zwykle rejestrowany w trakcie i po procesie budowy, a w przypadku istniejących budynków jest tworzony przez inżynierię odwrotną ze skanowaniem 3D i oryginalnymi danymi projektowymi.

Połączone rozwiązanie CityMapper i HxMap zapewnia automatyczne przetwarzanie na poziomie szczegółowości 1 (LOD1) i LOD2 w oparciu o CityGML, otwarty model danych i format oparty na XML do przechowywania i wymiany wirtualnych modeli miast 3D. LOD3 wymaga ręcznego przetwarzania, aby wyrazić otwarte elementy, takie jak bramy i okna, a LOD4 wymaga ręcznego przetwarzania, które zależy od poziomu szczegółów wewnętrznych.

“HxMap oferuje potężne funkcje, zwłaszcza w zakresie jednoczesnego przetwarzania triangulacji lotniczej dla wielu kamer oraz wydajnego modelowania 3D zarówno z obrazu, jak i danych LiDAR” — mówi Sangkwam Nam, dyrektor zarządzający All4Land. „HxMap obsługuje również zadania przetwarzania, takie jak kalibracja czujnika, automatyczne dopasowywanie punktów, rejestracja między liniami, generowanie budynków i wiele innych. Wszystkie te wcześniej były żmudnymi zadaniami ręcznymi, które można teraz uruchamiać automatycznie w ramach przepływu pracy HxMap.”

Aby połączyć dane CityMapper z danymi BIM, All4Land najpierw przydziela współrzędne uzyskane podczas pomiarów GNSS do danych BIM, a następnie konwertuje dane BIM na modele budynków 3D i łączy je z danymi CityMapper. All4Land opracował własne oprogramowanie do konwersji danych i alokacji współrzędnych oraz udostępnia modele 3D za pośrednictwem swojej platformy MapPrime, serwera WebGIS, który integruje modele wewnętrzne i zewnętrzne oraz zapewnia narzędzia do wizualizacji danych.

Chmura punktów CityMapper LiDAR (gęstość punktów : 25 punktów/㎡)

Model 3D Jeonju

W 2019 roku, dzięki zakupowi wysoce wydajnego systemu antenowego CityMapper i HxMap, All4Land uzyskał dobrą pozycję do rozszerzenia swoich usług mapowania 3D. Szybkie gromadzenie danych jest szczególnie ważne ze względu na wyjątkowe ograniczenia pozyskiwania danych lotniczych w Korei Południowej. Otoczona z trzech stron morzem, zachmurzenie w Korei Południowej często stwarza niesprzyjające warunki pogodowe. Ponadto trudno jest uzyskać pozwolenie na lot w pobliżu stref wojskowych i obszarów bezpieczeństwa, dlatego łączna liczba dni lotu jest dość ograniczona. W tych okolicznościach zdolność CityMappera do robienia ortofotomap, zdjęć ukośnych i LiDAR-a w jednym locie jest korzystna.

„CityMapper to doskonałe rozwiązanie dla naszych projektów ─ zwiększona wydajność pozwala nam rejestrować więcej danych w krótszym czasie” — mówi Nam. “A HxMap usprawnia przetwarzanie i modelowanie, co zmniejsza koszty budowy cyfrowego bliźniaka.”

Jeden z projektów testowych koncepcji Digital Twin odbył się w mieście Jeonju, regionie turystycznym w prowincji Jeolla Północna w południowo-zachodniej Korei Południowej. Jeden z projektów testowych koncepcji Digital Twin odbył się w mieście Jeonju, regionie turystycznym w prowincji Jeolla Północna w południowo-zachodniej Korei Południowej. Niedawno Jeonju wprowadził koncepcję Digital Twin w ramach MaaS (Mobility as a Service), aby przyciągnąć turystów i pomóc im podróżować po mieście za pomocą rowerów elektrycznych, elektrycznych deskorolek i innych środków transportu.

Firma All4Land została wybrana do przeprowadzenia dwóch projektów w Jeonju, najpierw mapując obszar o powierzchni 4 kilometrów kwadratowych (km kwadratowych), w tym BIM dla 20 budynków, a następnie projekt o powierzchni 205 km kwadratowych. Miasto Jeonju i LX, rządowa organizacja katastralna, są w trakcie pozyskiwania danych BIM dla wszystkich budynków będących własnością rządu na większym obszarze. Za pomocą CityMapper zebranie danych lotniczych dużego projektu zajęło All4Land tylko dwa dni, z dodatkowymi dwoma lub trzema miesiącami na przetwarzanie danych i modelowanie budynków 3D. Dane zewnętrzne LOD3 zarejestrowane za pomocą CityMapper zostały połączone z wewnętrznymi danymi BIM w obszarze testowym, aby stworzyć model rzeczywistego świata LOD4.

“Cyfrowe bliźniaki są pomocne w wielu zastosowaniach” — stwierdził Nam. „Na przykład przed zaplanowaniem nowego budynku w centrum miasta model symulacyjny jest wykorzystywany do analizy widoku 360 stopni, zakresu widoczności, praw słonecznych, kwestii prywatności itp. Pozwala to wykryć potencjalne konflikty z istniejącymi budynkami. Plan rozwoju można zmienić i ulepszyć na wczesnych etapach, co w dłuższej perspektywie pozwala zaoszczędzić pieniądze.”

Model budynku 3D

Inteligentne miasta to przyszłość

Obecnie w Korei Południowej istnieje około dziesięciu projektów Smart City i oczekuje się, że liczba ta wzrośnie. Oprócz Jeonju, All4Land pracuje nad projektem Virtual Seoul dla Seulu w Korei Południowej oraz projektem geoprzestrzennym 3D Osan dla Koreańskiej Narodowej Agencji Mapowania (NGII).

Południowokoreańskie inteligentne miasta koncentrują się na ożywieniu lokalnej gospodarki w oparciu o inteligentną mobilność, dane demograficzne, turystykę i inne czynniki. Organizacje rządowe wykorzystują modele budynków 3D do analizowania opcji i możliwości wspierania procesu decyzyjnego. All4Land przewiduje, że w przyszłości platforma MapPrime będzie otwarta dla firm komercyjnych w zakresie zarządzania obiektami, parkingami, zwiedzaniem itp.

Rozszerzone wykorzystanie cyfrowych bliźniaków opiera się na wydajnym gromadzeniu danych i wysoce zautomatyzowanym przetwarzaniu w celu utrzymania rozsądnych kosztów. Leica CityMapper i nowsza wersja CityMapper-2 to wysokowydajne czujniki do mapowania miast, idealne do szybkiej digitalizacji miast i środowisk miejskich. Hybrydowe rozwiązania do obrazowania ukośnego i LiDAR w połączeniu z platformą przetwarzania HxMap zapewniają razem wysoką produktywność i szybką realizację.

“Jesteśmy bardzo zadowoleni z wydajności i jakości danych CityMappera ─ obrazy nadirowe i ukośne oraz LiDAR są doskonałe. Uważamy również, że wsparcie techniczne i programy szkoleniowe oferowane przez Leica Geosystems są najlepsze” – mówi Nam. „Leica Geosystems stale wspiera klientów, starając się wspólnie znaleźć lepsze rozwiązania podczas całego procesu eksploatacji i przetwarzania, co pomaga nam zachować konkurencyjność w szybko zmieniającej się branży."

Chmura punktów CityMapper LiDAR (gęstość punktów: 25 punktów/㎡)