О семинарах, организуемых фирмой «АвтоГраф», я рассказывала на страницах журнала уже не раз. На каждой такой встрече пользователи представляют свои проекты, рассказывают о работе — и ищут пути решения самых непростых проблем.

Не стал исключением и семинар, состоявшийся совсем недавно: шел очень серьезный разговор о трехмерной поверхности. Поскольку проектными организациями сейчас широко внедряется САПР (в части изысканий, генплана и проектирования дорог) естественно возникает проблема создания и внедрения цифровой модели местности (ЦММ)…

А где нам взять такую съемку?..

Крупные организации, имеющие в своем составе изыскательские подразделения, на этот вопрос уже ответили: они используют сквозные технологические линии на основе комплексных систем проектирования (такие системы созданы для наиболее популярных в нашей стране графических сред: AutoCAD, ArchiCAD, MicroStation и т.д.). Кроме того, существует ряд программ, автоматизирующих отдельные этапы проектно-изыскательских работ. Поскольку эти программы стыкуются друг с другом, технологические линии можно собирать и из них. Несколько сложнее дело обстоит при необходимости использовать цифровую модель, созданную сторонней организацией в другой графической среде: из-за различных ограничений экспорта/импорта далеко не всегда удается должным образом конвертировать пространственную информацию.

Присылают, например, в Москву топосъемку из Санкт-Петербурга, а она не открывается, хотя исполнители клянутся, что все сделано в AutoCAD. Начинаем разбираться (фирма «АвтоГраф» является системным центром и нам проще, чем заказчику, понять, что здесь к чему). В итоге выясняется, что съемка выполнена в Credo, отредактирована в AutoCAD, а после еще и дополнена в программе Softdesk…

Сегодня 80% проектировщиков работают в AutoCAD и прикладных программах к этому графическому редактору, а съемку субподрядные организации представляют кто в чем только может.

Как работать?!

Проектировщики и планировщики готовы выпускать чертежи в электронном виде, а стыковки со съемкой порой нет…

Что делать?

Мы постарались изложить свое видение проблемы — отправную точку дискуссии, результатом которой хотелось бы видеть решение, приемлемое как для изыскателей, так и для проектировщиков.

Мой сегодняшний собеседник — кандидат технических наук, сотрудник ГУП «Мосгоргеотрест» Дмитрий Евгеньевич Осипов. Напомню, что почти все проектные институты Москвы получают съемку именно из этой организации.

Хоть горшком назови…

Дмитрий, мы кратко обрисовали проблему. Понятно, что решать ее можно по-разному — но с чего бы начали вы?

Прежде всего нужно определиться с терминологией. Наиболее часто употребляемый в техническом сленге термин «геоподоснова» не является стандартизованным, поэтому понимать под ним можно что угодно. Особенно если добавить слово «трехмерная».

На представление о геоподоснове серьезно повлияли великолепные презентации программ, где демонстрируются фотореалистичные изображения проектируемых объектов на фоне столь же реалистичных изображений объектов местности. Естественно, у проектировщика возникает желание получить в таком же виде и свой проект — тем более если он наслышан о современных методах геодезических съемок (цифровая фотограмметрия, лазерное сканирование), предоставляющих такие возможности. И если на построенном в PLATEIA профиле дороги не окажется деревьев, столбов, домов с окошками и других существующих на местности предметов — вполне реальны претензии как геодезисту, так и поставщику или разработчику программы.

Отсутствие нормативных требований к цифровым моделям, а также различные представления об их содержании, подробности и точности серьезно осложняют отношения между изготовителями и потребителями этой продукции — отсюда и взаимное непонимание.

Но существуют же нормативные документы…

Действующие СНиП 1 в качестве результата инженерно-геодезических работ предусматривают выпуск «инженерно-топографических и кадастровых планов, а также планов сетей подземных сооружений и профилей» (для проектируемых трасс). В них приводятся рекомендуемые определения терминов «план инженерно-топографический» и «план подземных и (или) надземных инженерных коммуникаций». Более подробно требования к этим документам изложены в СП 2, где используются термины и определения ГОСТ 21268−76 и ГОСТ 21667−76 3. Под термином «план (топографический)» эти ГОСТы понимают «картографическое изображение на плоскости (Курсив в цитатах здесь и далее мой. — В. Ч.) в ортогональной проекции в крупном масштабе ограниченного участка местности, в пределах которого кривизна уровенной поверхности не учитывается», а под термином «профиль (местности)» — «проекцию следа сечения местности вертикальной плоскостью, проходящую через две точки на эту плоскость». Трехмерные модели в этих документах не упоминаются, а под цифровыми планами можно понимать как векторное, так и растровое представление. В принятом много позже межгосударственном стандарте 4 устанавливается термин «трехмерная электронная модель местности», который определяется как «наглядная и измеримая модель местности, построенная на экране средствами отображения информации в трехмерной системе координат в соответствии с заданными условиями наблюдения». Фактически речь здесь идет об электронном варианте макета местности.

Более актуальные и конкретные сведения можно почерпнуть в изданном ГИС-ассоциацией толковом словаре 5. Термин «цифровая модель рельефа» словарь трактует как «средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов в виде трехмерных данных как совокупности высот или отметок глубин и иных значений аппликат в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети (TIN) или как совокупность записей горизонталей или иных изолиний». Под «пространственным объектом» предложено понимать «цифровое представление объекта реальности». При этом поверхности и тела отнесены к трехмерным или объемным объектам. Соответственно «поверхность» — это «трехмерный объект, определяемый не только плановыми координатами, но и аппликатой Z, то есть тройкой, триплетом координат; оболочка тела», а «тело» — «объемный пространственный объект», причем «растровые трехмерные представления тел основаны на конструкциях, известных под наименованием вокселов, а векторные — на трехмерных расширениях модели TIN». При описании термина «трехмерная графика» отмечается, что в ней «используются специальные модели для описания графических объектов, которые принято подразделять на описание объекта поверхностями (surface), сплошными телами (solid) и типа проволочной сетки: каркасное изображение (wire-frame image), состоящее только из черно-белых элементов отрезков прямых линий, выводимых без использования тонирования и эффектов размывания».

Самая полная и подробная информация о картографической продукции должна содержаться в нормативно-технических и методических актах предприятий, выпускающих эту продукцию. Например, ГУП «Мосгоргеотрест» выпускает «Электронный топографический план масштаба 1:500 с подземными коммуникациями и красными линиями», требования к которому прописаны в стандарте предприятия СТП 1.31−99. Согласно этому документу электронные планы формируются в виде двумерной векторной модели в среде MicroStation с возможностью экспорта в форматы DWG или DXF. При этом они соответствуют нормам, зафиксированным в «Условных знаках для топографических планов масштаба 1:500" 6.

Основываясь на терминах, установленных СНиП 11−02−96 и ГОСТ 28441−99, можно предложить следующее толкование трехмерной геоподосновы: «комбинация инженерно-топографического плана (ИТП) с трехмерной цифровой моделью местности (ЦММ)». Вместе с тем понятие ЦММ представляется целесообразным разделить на две составляющие — трехмерную цифровую модель рельефа (ЦМР) и трехмерную цифровую модель объектов местности (ЦМОМ), поскольку далеко не всегда ЦММ требуется в полном объеме. Далее при использовании аббревиатур ЦММ, ЦМР и ЦМОМ мы будем подразумевать трехмерное представление информации…

Без бумажки мы букашки

Как уже сказано, действующие нормативные документы, касающиеся инженерно-геодезических изысканий, не устанавливают каких-либо требований к трехмерным ЦММ. Значит, эти требования должны формулироваться в техническом задании на выполнение инженерно-геодезических изысканий.

Инженерно-топографический план, выпускаемый изыскательской организацией, заверяется подписями исполнителей и печатью. Он является юридическим документом. А вот его электронная копия, которая собственно и используется для автоматизированного проектирования, силы документа не имеет. При согласовании проекта может потребоваться экспертиза подлинности ИТП, на котором выполнен проект. Недавно узаконенная электронная подпись широкого применения в этой области пока не нашла.

Говорят, что электронная съемка намного дороже, чем съемка в бумажном виде…

Для расчета стоимости инженерно-геодезических изысканий, выполняемых согласно СНиП 11−02−96 и СП 11−104−97, Госстроем утвержден сборник цен 7, в котором расценки на создание трехмерных ЦММ, разумеется, отсутствуют. Предусмотрен лишь коэффициент 1,75 «к ценам на камеральные работы при составлении инженерно-топографических планов в цифровом виде для использования в автоматизированных системах проектирования». Под «цифровым видом» можно понимать как растровое, так и векторное представление информации, как двумерное, так и трехмерное. Естественно, у заказчика и исполнителя взгляды на характер, а также результаты работ могут и не совпасть.

Что нам стоит дом построить…

Трехмерная ЦММ, построенная по материалам изысканий, выполненных в соответствии с требованиями СНиП 11−02−96 и СП 11−104−97, может не устроить проектировщиков из-за недостаточной густоты высотных точек:

  • рельеф местности на застроенных и спланированных территориях городов, промышленных и агропромышленных предприятий, железнодорожных станций характеризуется только высотами;
  • на каждом квадратном дециметре плана должно быть не менее пяти высот характерных точек местности (то есть для масштаба 1:500 — примерно через 20 м);
  • на улицах (проездах) поперечные профили должны измеряться через 40 м, а также в местах перегиба рельефа и по осям пересекающихся улиц (проездов). При этом должны быть определены высоты у фасадной линии, бровки тротуара (бордюрного камня), оси улицы (проезда), бровки и дно кюветов, а также других характерных точек рельефа. Расстояния между точками на профилях не должны превышать 20 м…

а за дополнительные точки исполнитель вправе потребовать дополнительную оплату.

Кроме того, для построения пространственных объектов (зданий, инженерных коммуникаций и т.д.) требуется знание аппликаты каждой точки (вершины) объекта, а это накладывает ограничения на технологию съемки (методы плановой съемки здесь неприменимы) и использование материалов инженерных изысканий прошлых лет. Да и создавать трехмерные объекты несколько сложнее, чем рисовать линии на плоскости.

Если добавить к сказанному увеличение накладных расходов, вызванное необходимостью приобрести и освоить соответствующее компьютерное оборудование и программное обеспечение, то станет очевидным вывод: стоимость ЦММ в сравнении со стоимостью изготовления стандартного инженерно-топографического плана с неизбежностью оказывается намного выше. Как показывает практика, связанное с этим перераспределение средств между проектными и изыскательскими подразделениями не всегда проходит гладко даже в рамках одной организации. А уж передать часть «своих» проектных денег другой изыскательской организации (не имея, как правило, возможности точно рассчитать выгоду от использования ЦММ) по силам далеко не каждому руководителю-проектировщику. Отчасти именно этим объясняются жалобы на невозможность получения «трехмерной геоподосновы» и одновременно — нежелание платить.

Создание ЦММ, конечно, требует большего времени на выполнение изысканий, но ее использование призвано сократить время проектирования, а в итоге и общее время проектно-изыскательских работ.

При существующем командном подходе к рыночной экономике сроки инженерных изысканий и проектирования устанавливаются директивно — и зачастую не укладываются ни в какие технологические нормы. Легко понять реакцию проектировщиков, когда им предлагают эти самые сроки сократить еще больше. У изыскателей в свою очередь сроки тоже напряженные, и перспектива выполнения дополнительных работ не вызывает энтузиазма. Часть таких работ нередко приходится передавать на субподряд, а это тоже требует дополнительного времени. В общем, ситуация та же, что и с деньгами. Плюс законное нежелание быть крайним.

Так что же посоветовать пользователям?

Менять DGN на DWG!

Когда цифровая картографическая продукция передается между организациями, использующими различные программные продукты, неизбежно возникает проблема согласования форматов представления данных и конвертирования из одного формата в другой. При этом нередко происходит дробление сложных типов линий на составляющие их элементы, поверхностей TIN — на треугольники. Плюс к тому — искажение надписей, появление «фантомов», потеря или искажение информации. В некоторых случаях необходима разработка специальных конвертеров (если они отсутствуют в стандартной поставке ПО). Все перечисленное особенно ощутимо при обмене информацией на «высоком» уровне, когда передается не только графика (графические примитивы), но и дополнительная информация, формируемая специализированными программными приложениями, к которым относятся и программы для создания ЦМР. Такие программы, как правило, хранят информацию о поверхностях в отдельных файлах, а для их визуализации или генерируют «временное» (исчезающее при перерисовке) изображение или формируют изображение из доступных графических примитивов. Соответственно при обмене можно конвертировать как файлы поверхностей, так и примитивы, формирующие поверхность в графическом файле, однако в последнем случае проектировщикам приходится вновь создавать файл поверхности по ее графическому представлению. В некоторых случаях оказывается выгоднее обмениваться информацией на «низком» уровне, то есть текстовыми файлами, содержащими триплеты координат точек, формирующих поверхность: практически любая программа для создания ЦМР «понимает» такие исходные данные. Но по одним и тем же точкам можно построить разные поверхности TIN, поскольку положение ребер треугольников не всегда определяется однозначно. В этом случае может помочь графическое отображение поверхности (в том числе и горизонталями), сформированное изыскателями и переданное вместе с текстовым файлом.

Покупатель (заказчик) всегда прав. Заплатив деньги, он рассчитывает получить за них продукт, удовлетворяющий его требованиям. Вот только требования эти заказчик должен сформулировать заранее. Вы согласны?

Конечно! Первое известное мне обращение в «Мосгоргеотрест» по поводу ЦММ пришлось на начало 1999 года: к нам обратился постоянный и очень крупный заказчик. Состоялось рабочее научно-техническое совещание с участием генерального дистрибьютора Bentley Systems в России, на котором обеим организациям были выданы временные лицензии на модули геодезии и проектирования инженерных сооружений: для изучения возможности организовать сквозной цикл (изыскания — проектирование). На тот момент никаких требований к ЦММ заказчик сформулировать не смог. В следующий раз он обратился к нам с той же проблемой в конце 2001-го, уже работая на программных продуктах Autodesk. Вновь было проведено совещание, на котором вместе с заказчиком были определены (а на другой день переданы ему) материалы, необходимые для построения ЦМР по одному из ранее выполненных заказов.

В крупной изыскательской организации работа строится по принципу конвейера: только так при сохранении государственных расценок можно обеспечить выполнение значительных объемов работ. Технологическая цепочка жестко регламентирована внешними и внутренними нормативными актами. Шаг в сторону, введение нового звена вызывают сбой в работе. «Нестандартные» заказы есть смысл выполнять только при достаточно больших объемах и соответствующих сроках, которые позволяют внедрить необходимую технологию.

Так, еще в 1998 году были созданы трехмерная ЦМР масштаба 1:2000, охватывающая всю Москву, и ряд других цифровых картографических материалов.

Другим стимулом к выпуску новой продукции может быть достаточно массовый спрос на нее, чего в отношении цифровых моделей местности пока не наблюдается. Более половины объема работ по ИТП заказывается в «Мосгоргеотресте» на кальке (без дискеты), а с выпускаемыми по электронной технологии цифровыми копиями ИТП немалая часть заказчиков просто не знает что делать. От дискет отказываются, их выбрасывают или пытаются открывать файлы с помощью первой попавшейся программы — например, MS Word…

Если гора не идет к Магомету…

Вместе с тем есть и «продвинутые» проектировщики, которым ЦММ действительно необходима. Некоторые из них строят модель самостоятельно по двумерному ИТП, другие используют передаваемые вместе с ИТП текстовые файлы с триплетами координат, третьи организуют дополнительные изыскания, а четвертые ждут — и жалуются на невозможность получить трехмерную модель от изыскателей.

Что же делать проектным предприятиям, которые могут и хотят работать на трехмерной поверхности?

Учитывая все упомянутые в нашем разговоре проблемы, можно предложить поэтапное обеспечение проектировщиков трехмерными ЦММ. Поскольку для построения профилей и планирования земляных работ требуется в первую очередь ЦМР, целесообразно выделить ее как отдельный продукт, который изыскатели передают заказчику вместе с ИТП.

Требования к ЦМР должны быть определены заказчиком в техническом задании. Например, таком:

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
на создание цифровой модели рельефа масштаба 1:500

  1. Цифровая модель рельефа (ЦМР) предназначена для выполнения расчетов при автоматизированном проектировании, а именно:
    • построения картограмм и расчета объемов земляных работ;
    • построения продольных и поперечных профилей.
  2. Под ЦМР (DTM) понимается цифровое представление модели земной поверхности в виде комбинации трехмерной многогранной поверхности с высотными отметками (координаты Z) в узлах нерегулярной треугольной сети (TIN) и горизонталей (за исключением искусственных образований рельефа, изрытых участков и участков плотной застройки), а также береговых линий с отметками урезов воды.
  3. Каждая грань (треугольник) TIN формируется в виде замкнутой трехмерной полилинии (SHAPE).
  4. Горизонтали формируются в виде замкнутых или незамкнутых полилиний (LINE STRING) с соответствующими отметками вершин.
  5. TIN формируется по высотным отметкам пикетов, горизонталей и береговых линий. Отметки люков колодцев подземных коммуникаций, головки рельсов, верха труб на дорогах, полов в капитальных зданиях, знаков ГГС и других объектов, не относящихся к рельефу, не используются.
  6. Подробность ЦМР определяется требованиями к густоте высотных отметок, устанавливаемыми СП 11−104−97.
  7. Границы ЦМР определяются крайними (ближайшими от границ заказа) пикетами или горизонталями.
  8. На акватории водоемов ЦМР не формируется. Границей водоемов считается береговая линия, которая принимается за горизонталь с отметкой уреза воды. При наличии на одном водоеме перепадов высот между отметками уреза воды более 1/3 высоты сечения рельефа (то есть 0,17 м) акватория разбивается на части.
  9. ЦМР передается заказчику в виде единого на всю территорию заказа отдельного графического файла (DGN или DWG/DXF) в той же системе плановых координат, что и файлы инженерно-топографического плана. Дополнительно передаются координаты X, Y, Z точек ЦМР в виде текстового файла.

Если проектировщику позарез нужны трехмерные трубы канализации, деревья, дома с архитектурными деталями, то аналогичным образом следует оформить техническое задание на ЦМОМ.

Вот и решение вопроса: надо просто направить правильно составленное техническое задание в соответствующую организацию.

  1. СНиП 11−02−96 Инженерные изыскания для строительства. 
  2. СП 11−104−97 Инженерно-геодезические изыскания для строительства (Госстрой России). — М., 1997. 
  3. ГОСТ 21268−76 Геодезия. Термины и определения (Государственный комитет СССР по стандартам). — М., 1980. ГОСТ 21667−76 Картография. Термины и определения (Государственный комитет СССР по стандартам). — М., 1988. 
  4. ГОСТ 28441−99 Картография цифровая. Термины и определения (Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации). — Минск, 2000. 
  5. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов. — М.: ГИС-ассоциация, 1999. 
  6. Условные знаки для топографических планов масштаба 1:500 (правила начертания) (ГУГК при СМ СССР). — М., 1978. 
  7. Справочник укрупненных базовых цен на инженерно-геодезические изыскания для строительства (Госстрой России). — М., 1997.