Realizarea modelului 3D al cartierului Canta din municipiul Iași, județul Iași s-a evidențiat rolul important pe care îl au programele de modelare 3D… [301910]

PREFAȚĂ

Acestă lucrarea are ca scop creare (modelarea) în format digital tridimensional, a zonei “Canta” [anonimizat], [anonimizat] E-on.

La baza modelarii tridimensionale stau măsuratori topografice efectuate cu ajutorul roverului Leica 1200 și stației Totala Leica TC 407, precum și planurile de situație ale Muncipiului Iași din anii 1955, respectiv 1966.

Modelul tridimensional al zonei studiate s-a realizat în două etape distincte cu programul de modelare 3D CityEngine, cu funcții specifice pentru manipularea datelor 2D preluate în faza de teren.

În cadrul lucrarii se va prezenta modul în care s-a procedat la manipularea datelor pentru a obține două modele 2D ce reprezintă zona de studiu în perioada 1955-1966, respectiv modelul 2D al zonei de studiu în prezent. [anonimizat] 2D și 3D.

Obiectivul proiectului este acela de a [anonimizat]-[anonimizat], [anonimizat].

Programul CityEngine2016 s-a [anonimizat].

CAPITOLUL 1

PREZENTAREA GENERALĂ A ZONEI DE STUDIU REPREZENTATĂ DE CARTIERUL CANTA DIN MUN. IAȘI, JUD. IAȘI ȘI REALIZAREA PLANULUI DE SITUAȚIE AFERENT ZONEI

Prezentarea generală a [anonimizat] a Municipiului Iași. [anonimizat].

Figura 1.1 [anonimizat], o simpla prescurtare a numelui Cantacuzino.

Cartierul Canta a fost construit în a doua fază de extindere a [anonimizat], când de asemeni au apărut și cartierele Păcurari ([anonimizat]), Nicolina ([anonimizat], azi numită C.U.G.), Frumoasa-Poitiers, Socola, Bucium, [anonimizat],[anonimizat]-se Zona Industrială.

Cartierul Canta a fost construit între anii 1970 și 1985, pe locul unde altădată existau locuințe și un câmp unde pășunau animalele locuitorilor din zonă.

Vecinătățile cartierului Canta (Figura 1.2) sunt:

[anonimizat];

[anonimizat];

[anonimizat].

Figura 1.2 Vecinătățile cartierului Canta

Inventarierea bazei cartografice existente

În cadrul acestei lucrări în vederea delimitării zonei studiate și a întocmirii modelului 3D al terenului precum și a analizelor spațiale s-au utilizat următoarele planuri cadastrale și materiale:

[anonimizat], la scara 1:1000, întocmite în anul 1989 (Figura 1.3);

Figura 1.3 [anonimizat], la scara 1:1000, întocmite în anul 1989

Tabel 1.1 Nomenclatura trapezelor cuprinse în planurile cadastrale la scara 1:1000

Planul de situație întocmit la scara 1:500 în anul 1966, de pe care s-au obținut elementele necesare pentru analiza si modelarea spațială a zonei studiate;

Figura 1.4 a) Zona de studiu reprezentată pe planul de situație scara 1:500, întocmit în anul 1966

Figura 1.4 b)Cartușul planului de situație scara 1:500, întocmit în anul 1966

Planul orașului Iași, întocmit la scara 1:2000 în anul 1955, de pe care s-au obținut elementele necesare pentru analiza si modelarea spațială a zonei studiate;

Figura 1.5 a) Zona de studiu reprezentată pe planul orașului Iași, scara 1:2000, întocmit în anul 1955

Figura 1.5 b) Planul orașului Iași- Scheletul planșelor și legenda

Ortofotoplanul la scara 1:5000 cu nomenclatura 69_64;

Figura 1.6 – Zona de studiu cuprinsă pe ortofotoplan

Inventarierea bazei cartografice existente

1.3.1. Rețele topografice – Noțiuni introductive

Rețelele topografice sunt acelea care îndesesc punctele rețelelor geodezice, conform nevoilor practicii topografice. Execuția acestor rețele este de competența topografului și a topografiei, astfel încât aceasta cere ca lucrările topografice să pornească de la o anumită densitate a punctelor vechi (în felul acesta se asigură legarea lucrărilor topografice de coordonatele sistemului de proiecție Stereografic 1970).

Topografia, ca toate celelalte științe tehnice, are la bază o serie de principii. Principiile topografiei stau la baza modului de lucru practic în topografie, indiferent de metoda folosită. Aceste metode trebuie cunoscute și aplicate în concordanță cu metodele de lucru pe care situațiile concrete le cer.

Scopul ridicările topografice îl constituie întocmirea de reprezentări ale terenului(planuri) prin mijloace topografice, legate de aparatură și metodele specifice.

După conținutul ridicărilor topografice acestea se clasifică în:

ridicări planimetrice (x,y)

ridicări altimetrice (nivelitice-z)

ridicări combinate (x,y,z).

Scara ridicărilor topografice este raportul dintre distanța ”d” măsurată în reprezentare și corespondența ”D” din teren a aceleiași distanțe, dar redusă la orizont.

Ridicările topografice se execută la scări mari, astfel încât numitorul scării ”N” poate avea valorile : 500, 1000, 2000, 2500.

Reprezentările la aceste scări constituie obiectul lucrărilor topografice curente și se numesc planuri de situație.

Acestea sunt foarte importante, deoarece constituie baza oricăror lucrări tehnice de investiții (drumuri, diverse construcții, etc.).

În figura 1.7 este radată succesiunea lucrărilor în topografie:

Figura 1.7 Succesiunea lucrărilor în topografie

Orice ridicare topografică se execută în cadrul unei rețele de sprijin. Aceasta este alcătuită din puncte ale rețelei geodezice de stat și din puncte ale rețelei de îndesire de ordinul V. Determinarea punctelor din rețeaua de ordin V este de competența topografiei.

Totodată, rețeaua de sprijin este încă prea rară pentru nevoile curente ale topografiei și ea trebuie îndesită în zona studiată cu ajutorul rețelei de ridicare. Rețelele de îndesire și ridicare sunt considerate rețele topografice.

Rdicarea detaliilor se face din punctele rețelei de ridicare, care pot fi determinate, în funcție de nevoile practice, în plan (x,y), în înălțime (z) sau combinat (x, y, z).

1.3.2. Etape premergatoare realizării planului de situație

Descompunerea detaliilor în puncte caracteristice

Ridicarea topografică are drept obiect definirea poziției in plan și spațiu a detaliilor topografice. În aceste scop, orice detaliu de planimetrie sau de nivelment, natural sau artificial, poate fi definit și conturat de o serie de puncte judicios alese, la schimbarea de direcție a liniilor de contur sau la schimbarea pantei. Punctele caracteristice reprezintă numărul minim al acestora, condiționat de scară și de precizia cerută, ce definesc forma și mărimea detaliilor și permit reprezentarea lor pe plan.

Încadrarea în rețeaua de sprijin

Indiferent de precizia cerută, scara de reprezentare sau mărimea suprafeței, ridicarea se execută pe baza unor rețele de sprijin constituite dintr-o serie de puncte marcate pe teren și a căror poziție este definită cu precizie prin coordonatele lor. Asemenea rețele se realizează în prealabil prin metode geo-topografice în funcție de nevoile ridicării în plan.

Alegerea sistemelor de referință

Punctele rețelelor geodezice sunt definite numeric față de sisteme de referință specifice, legate de suprafața Pământului, concepute și alese în așa fel încât să asigure legătura funcțională, bilaterală între reprezentare și teren. Pentru ridicările planimetrice referința o constituie sistemul cartografic adoptat, iar pentru cele altimetrice suprfața de nivel zero. Prin excepție și în condițiile când punctele geodezice din zonă lipsesc, se admit ridicări bazate pe rețele independente(locale).

Marcarea punctelor

Toate punctele rețelei de sprijin, ca și cele ce vor servi la ridicarea de noi puncte, se materializează pe teren în mod durabil. Punctele caracteristice, care definesc detaliile topografice, se semnalizează cu prisme reflectoare când sunt vizate.

Etape de lucrări

Pentru ridicarea în plan se execută succesiv proiectarea lucrărilor, măsurători în teren și operațiuni de birou(calcule, raportare).

Succesiunea determinărilor

Ridicarea în plan se execută din aproape în aproape, de la puncte cunoscute la cele necunoscute, respectiv de la punctele rețelei geodezice la cele de detaliu. Un punct nou (necunoscut) odată determinat devine vechi(cunoscut) și poate servi la determinarea altora noi.

Modul de lucru

Presupune staționarea în puncte vechi din care se vizează spre puncte noi. Indiferent de situație, se vor duce mai întâi vizele de referință spre punctele cunoscute sau staționate deja și apoi vizele de determinare spre punctele noi necunoscute încă.

Controlul lucrărilor

Ridicarea în plan presupune în mod obligatoriu executarea unor controale specifice, parțiale și finale. Prin încadrarea erorilor în toleranțe se confirmă corectitudinea lucrărilor, iar depășirea acestora semnalizează unele greșeli comise și în consecință impune refacerea lor.

Alegerea soluțiilor

Orice situație din teren admite soluții multiple. Important este ca să se aleagă metoda, respectiv varianta, aparatura și modul de lucru care să asigure precizia cerută ca maximum de randament și minimum de cheltuieli.

1.3.3. Operațiile pregătitoare și de redactare a planurilor topografice

Fazele operațiunii pregătitoare și de redactare sunt:

Operații pregătitoare

În faza pregătitoare se întocmește inventarul de coordonate a punctelor ce urmează să fie raportate din coordonate rectangulare(X,Y) și din coordonate polare(ɸ, d0) sau (β, d0).

Raportarea punctelor

Pe planul topografic se raportează toate punctele din inventarul de coordonate.

Verificarea raportării punctelor

În această etapă se compară distanțele măsurate grafic pe planul de situație la scara de redactare dintre două puncte de drumuire cu valorile corespunzătoare măsurate pe teren și reduse la orizont.

Unirea punctelor raportate

După raportarea tuturor punctelor din carnetul de teren, punctele din aceeași categorie se unesc prin aliniamente conform schiței din teren.

Cartografierea planului

În această etapă se completează planul topografic cu următoarele elemente cartografice: proiecția folosită, scara de redactare, denumirea planului, etc.

1.3.4. Întocmirea planului de situație aferent zonei studiate

Prin plan de situație se înțelege proiecția terenului într-un plan orizontal (plan de proiecție) reprezentată la scări mari (1:250, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:2500).

Planurile de situație se întocmesc de cele mai multe ori cu curbe de nivel pentru redarea reliefului, iar detaliile de planimetrie sunt redate prin conturul lor sau prin semne convenționale. Semnele convenționale sunt reprezentări simplificate, sugestive, ale unor detalii din teren. Semnele pot fi de altimetrie (curbele de nivel) sau de planimetrie.

Semnele de planimetrie pot fi:

de scară – arată locul de amplasare al unui detaliu, felul lui, dar nu și dimensiunea lui reală,

de contur – arată limita unui anumit detaliu întins în plan

explicative – sunt înscrieri care însoțesc cu date suplimentare semnele anterioare.

Semnele convenționale sunt unice și se găsesc, pentru diferite domenii și diferite scări de reprezentare, în atlase de semne convenționale.

Figura 1.8 Semne convenționale- Planul orașului Iași, anul 1955

Planul de situație este o piesă foarte importantă, întrucât stă la baza întocmirii oricărei documentații economice pentru lucrările de investiții (construcții de drumuri, poduri, amenajări de torenți etc). De cele mai multe ori, planurile de situație se obțin cu stația totală, folosind drumuirile cu radieri. Radierea punctelor se face simultan cu drumuirea.

La întocmirea unui plan de situație sunt necesare toate cunoștințele de topografie: cunoașterea instrumentului și a metodelor de măsurare, a rețelelor geodezice și a modului în care se pot îndesi, întocmirea rețelelor de ridicare, radierea detaliilor.

Proiectarea lucrărilor urmărește, într-un caz general, îndesirea rețelei geodezice cu puncte de ordin V acolo unde este cazul. Dacă suprafețele nu sunt deosebit de mari, atunci punctele de ordin V sunt în număr limitat, ceea ce poate simplifica munca de teren. Pentru îndesire, se vizitează punctele vechi și se măsoară excentricitatea bornă – semnal, înălțimea semnalului. Dacă se folosesc metode clasice, se măsoară unghiurile orizontale și verticale spre punctele vechi și noi. Dacă se folosesc tahimetre electronice, se proiectează drumuiri poligonometrice și alte tipuri de puncte suplimentare, după caz (puncte reunite în triunghi, prin radiere controlată, trilaterație). Rețeaua de ridicare se proiectează direct în teren, astfel încât să satisfacă nevoile de ridicare a tuturor detaliilor din zona dată. Punctele de ordin V ca și cele de stație din drumuire se marchează și se semnalizează corespunzător. Din punctele de drumuire se măsoară mai întâi elementele caracteristice drumuirii, cu luneta în ambele poziții, iar apoi, cu luneta în poziția I, se determină poziția punctelor caracteristice. Concomitent cu măsurarea, datele se înscriu în carnete de teren și se întocmește schița terenului, având grijă la concordanța între numărul curent al punctului de detaliu și numărul atribuit lui pe schiță. Chiar dacă se lucrează cu stații totale electronice, capabile să stocheze și chiar să prelucreze sumar anumite date din teren, schița terenului este obligatorie.

Etape parcurse la birou

Dacă se folosesc tahimetre electronice sau stații totale cu memorie atașată, acestea „descarcă” datele în calculator; programul de calcul preia punctele vechi cu coordonatele lor și calculează, pe baza datelor din teren, coordonatele punctelor noi și ale punctelor radiate.

Calculele pentru punctele noi (din rețeaua de sprijin și de drumuire) se face prin metoda celor mai mici pătrate, unde se obțin cele mai probabile valori ale coordonatelor. Punctele determinate se pot vizualiza pe display și toate operațiunile de unire a lor, de trecere a semnelor convenționale, a înscrierilor, se fac prin programul de calcul.

După definitivarea planului se trece la trasarea curbelor de nivel, care se face de asemenea automat, funcție de echidistanța impusă. Planul se poate trasa apoi la o instalație automată de desen (plotter sau imprimantă).

Avantajele raportării automate sunt evidente în ce privește precizia, randamentul, posibilitatea stocării sau a modificării datelor din planșă.

Dacă calculele și raportarea planului se execută pe cale clasică, se parcurg mai multe etape, bazate pe tehnici ce nu se mai folosesc (izograful).

1.3.5. Conținutul planurilor și clasificarea lor

Planurile topografice conțin următoarele elemente: baza geodezică, localități, obiective industriale, agricole, rețele de comunicație și hidrografice, construcții, relieful, categorii de folosință a terenului, limite administrative, toponimia locului, inscripții explicative, nomenclatura sau denumirea foilor și a vecinilor, scara, etc.

Planurile se clasifică după conținut, scop și scară în:

a) planul topografic de bază;

b) planul cadastral;

c) planul cotat;

d) planul general de trasare;

e) planul de detaliu.

a) Planul topografic de bază: este redactat unitar pentru întreaga suprafață a țării noastre, într-un singur sistem de proiecție cartografic, la scara de 1: 10.000; 1: 5.000; 1 : 2.000.

b) Planul cadastral: este planul topografic pe care terenul este împărțit în sole și tarlale, foarte bine delimitate între ele, pe care se trec proprietarii acestora cât și categoriile de folosință ale acestora. Scările de reprezentare sunt: 1 : 10.000; 1: 5.000 pentru extravilan și 1 : 2.000 sau 1 : 1.000 sau chiar 1: 500 pentru intravilan.

c) Planul cotat: este planul pe care sunt trecute înălțimile punctelor (altimetria) din teren, cu ajutorul cărora se reprezintă formele de relief existente.

d) Planul general de trasare: reprezintă un plan topografic pe care sunt înscrise elementele necesare aplicării construcțiilor proiectate pe teren.

e) Planul de detaliu: este un plan topografic întocmit la scară mare, pe care elementele sau grupurile de elemente existente pe teren sunt redate mai amănunțit.

Elementele de conținut obligatorii ale planului de situație sunt:

Punctele rețelei de ridicare

Punctele de detaliu însoțite de codul acestora și cotele înscrise sub formă fracționară

Drumurile și căile de acces

Limitele corpurilor de proprietate

Categoria de folosință a terenului

Rețelele tehnico-edilitare din zonă dacă există

Construcțiile și instalațiile auxiliare ale rețelei reprezentate prin semne convenționale

Relieful terenului reprezentat prin curbe de nivel cu echidistanța de 0,5m

Numele/denumirea vecinilor imobilului din tema de proiect

Caroiajul geometric

Direcția nordului geografic

Indicator

Legendă, etc.

Planul de situație al zonei studiate este prezentat în Anexa 1.

1.3.6 Culegerea informațiilor din teren

1.3.6.1 Date generale despre amplasament

Pentru obținerea planului de situație la scara 1:1000 ce conține zona studiată(cartierul Canta), au fost necesare:

materializarea în teren a punctelor rețelei de îndesire,

determinarea poziției planimetrice și altimetrice ale acestora

realizarea masurătorilor topografice

Măsurătorile planimetrice s-au efetuat în sistemul de proiecție Stereografică 1970 (elipsoid de referință Krasovski 1940), iar cele altimetrice în sistemul de referință Marea Neagra 1975.

Rețeaua de îndesire ce stă la baza ridicării topografice îndeplinește următoarele condiții:

Bornele sunt poziționate în teren astfel încât să fie asigurate condițiile de stabilitate, accesibilitate și vizibilitate;

Materializarea în teren a punctelor rețelei s-a făcut cu borne de beton/feno și buloane metalice;

Fiecare punct al rețelei de îndesire are cel puțin trei vectori GNSS;

Precizia de determinare planimetrică nu va fi mai mare de +/- 10 cm.

1.3.6.2 Metoda de lucru și aparatura folosită

Materializarea rețelei de îndesire

Lucrarea a constat în realizarea unei rețele de borne succesive, dispuse în zona de interes, astfel încât să asigure densitatea necesară pentru realizarea lucrărilor de ridicare topografică.

În urma lucrărilor de materializare (bornare), măsurare, procesare și validare a rezultat o rețea de puncte de sprijin, unitară și precisă.

Punctele noi s-au amplasat în locuri ferite, ușor accesibile si neacoperite de vegetație, care îndeplinesc (pe cât posibil) următoarele condiții:

cer liber pentru un unghi de elevație de 15°;

sa nu se afle mai aproape de 200m de stații de emisie – recepție si 50m față de stâlpii de înaltă tensiune;

sa fie asigurate minimum de vizibilitate spre alte puncte din rețea (acolo unde sunt dublate) sau spre reperi de orientare determinați;

accesul facil al mijloacelor de transport la punctele nou materializate.

Raționamentul de stabilire a punctelor noi a fost dictat atât de necesitatea asigurării unor condiții bune de vizibilitate, de determinare si de prelucrare GNSS, cât si de asigurarea unei densități optime de puncte pentru întreaga suprafața a obiectivelor.

Pentru realizarea bornării au fost în teren două echipe dotate cu echipamente necesare: planuri cu încadrarea în zona, inventare de coordonate provizorii ale bornelor, receptoare GNSS pentru identificarea zonei și pentru determinarea coordonatelor aproximative ale bornelor plantate, aparate foto și borne.

Realizarea determinărilor GNSS statice

Determinarea coordonatelor rețelei de îndesire s-a realizat cu ajutorul tehnologiei GNSS utilizând metoda statică de măsurare.

Înainte de planificarea sesiunilor GNSS s-a analizat poziția punctelor Rețelei Geodezice Naționale Spațiale, cu ajutorul cărora se poate încadra rețeaua în sistem național de coordonate.

1.3.6.3 Executarea lucrărilor topografice

Planurile existente: În zona amplasamentului există planuri cadastrale la scara la 1:1000 și 1:2000 și schițe.

Lucrarile topografice au cuprins mai multe etape :

Faza de teren care cuprinde:

recunoașterea terenului de masurat;

ridicarea în plan a detaliilor.

Faza de birou care cuprinde:

calcule topografice ;

redactarea planurilor ;

cartografierea planurilor

Faza de teren

Ridicarea în plan a detaliilor a fost efectuată cu GPS-ul STONEX S9 GNSS,

precizia obținută fiind:

orizontal

vertical ,

dar și cu stația totală Leica TC407.

Figura 1.9 GPS-ul STONEX S9 GNSS și Stația Totală Leica TC407

Informațiile obținute asigură realizarea cu succes a scopului propus, prin încadrarea indicatorilor principali ai metodei în limitele normale, astfel:

elevația obstacolelor sa fie mai mică de 150;

să nu fie nici o transmisie în vecinătatea zonei de lucru;

parametrii de configurare să fie introduși corect (rata de înregistrare);

valoarea indicatoriului GDOP să fie mai mică de 8, și este influențat de:

numărul sateliților vizibili în zona de lucru;

înălțimea sateliților vizibili în zona de lucru;

poziția orbitelor sateliților vizibili deasupra orizontului.

S-au ridicat puncte astfel încât să ocupe toată zona de studiu, și să asigure o densitate optimă.

Faza de birou: Calcule topografice

Prelucrarea determinărilor GPS

În principiu majoritatea ridicărilor topografice s-au realizat cu ajutorul tehnologiei GNSS folosind metoda RTK-Cinematic în Timp Real (prin utilizarea în timp real de corecții diferențiale provenind de la serviciul specializat ROMPOS).

Determinările RTK-ROMPOS s-au realizat folosind VRS (Virtual Reference Station), oferind corecții de la mai multe stații de referință în același timp.

Datele rezultate în urma determinărilor GPS au fost prelucrate cu ajutorul aplicației Carlson SurvCe, produs al firmei Stonex, care are ca date de intrare fișierele de navigație și de observații corespunzătoare fiecărui punct staționat.

Pentru fiecare job RTK în parte au fost raportate în prezenta documentație, următoarele:

– Raport de măsurători (personalizat și generat cu ajutorul aplicației Carlson SurvCe ce conține: date privind numele proiectului, unități de măsură, proiecția și modelul de geoid (fiind TransDaRO 4.01 încorporat în aplicație);

– Tabel cu sesiunile de observații GNSS (GNSS Occupations) ce conține: nume punct, tip antena GNSS, înălțimea, modul de măsurare (înclinat/vertical), ora start și oră stop;

– Tabel cu vectori (GNSS Observations) ce conține: tipul soluției (fixed/float), lungime și durată;

– Tabel cu inventar de coordonate ETRS89 și precizia (orinzontală/verticată) determinării;

– Tabel cu Inventar de coordonate Stereo70,

Aceste rapoarte sunt în format *.txt (pot fi vizualizate cu Notepad), având extensia *.rw5.

Pentru prelucrarea datelor rezultate în urma determinărilor GPS s-au parcurs toate etapele importante prevazute în proiect:

crearea unui proiect de prelucrare;

descărcarea datelor;

editarea datelor inițiale;

estimarea bazelor;

analiza estimării bazelor și verificarea constelației sateliților;

compensarea ca rețea liberă a rețelei tridimensionale.

Sistemul de proiecție folosit în Romania este sistemul Stereografic 1970 și are următoarele caracteristici:

elipsoidul de referință folosit este elipsoidul Krasovski cu următorii parametrii:

semiaxa mare a = 6378245m;

turtirea 1/298.3.

centrul proiecției are coordonatele B = 460 N; L = 250 E;

raza sferei medii Gauss la centrul proiecției R0 = 6378956.594m;

factorul de scară de reducere la planul secant este de 0.99975;

translația centrului de proiecție este X0 = 500000m si Y0 = 500000m;

Calculul drumuiri și a punctelor radiate s-au efectuat cu calculatorul HP, 2.2 GHz, utilizându-se următoarele programe:

Toposys – soft prelucrare și calcule topografice,

Mapsys – soft grafică topografică,

Autocad Civil 3D – soft întocmire grafică finală și planuri.

Planul de situație întocmit, reprezentând zona de studiu, este prezentat în figurile 1.10, 1.11 și 1.12, respectiv Anexa 1.

Figura 1.10 Plan de situatie- Zona Canta- Plansa 1/3

Figura 1.11 Plan de situatie- Zona Canta- Plansa 2/3

Figura 1.12 Plan de situatie- Zona Canta- Plansa 3/3

CAPITOLUL 2

ACHIZIȚIA DATELOR GRAFICE ȘI ALFANUMERICE ȘI ANALIZA ACESTORA

2.1 Rolul datelor

Datele sunt foarte importante pentru orice aplicație GIS. Orice produs rezultat depinde de existența, acuratețea și omogenitatea datelor.

Se estimează că datele pot reprezenta chiar și pana la 70% din costurile necesare realizării produsului final, depașind cu mult costurile software și hardware. În funție de scopul urmărit, achiziția datelor se face prin mai multe metode:
din măsurători în teren – preluarea unor seturi de puncte continue sau discontinue, folosind imagini aeriene sau satelitare, sisteme de scanare laser terestre sau aeriene, vectorizarea hărților analogice, baze de date socio-economice, baze de date fiscale, statistici, date din recensămånt.

Prin Aplicațiile GIS putem realiza interogări complexe și analize avansate, astfel se pot exploata nu numai datele și informațiile geospațiale, ci și datele și informațiile tehnice și economice, prin integrare cu alte platforme existente într-o instituție.

Realizarea unei Aplicații GIS are ca premiză încărcarea și întreținerea bazei de date existente. Una dintre sarcinile cele mai dificile, consumatoare de timp și resurse ale unui GIS o constituie însă colectarea datelor. Datele geospațiale pot fi colectate prin două modalități principale: achiziția și transferul datelor.

Distincția între măsurătorile directe și achiziția datelor de tip vector sau raster constă în faptul că transferul datelor implică importarea acestora din alte surse de date digitale.

Datele necesare încărcării bazei de date a unei Aplicații GIS provin din următoarele surse:

hărți analogice care pot fi scanate și ulterior vectorizate;

hărți digitale deja existente;

date obținute din imagini fotogrammetrice sau imagini satelitare, tehnologie LIDAR, UAV;

date provenite din ridicări topografice, măsurători GPS, scanare laser terestră.

Datele în format digital sunt colectate și stocate în moduri diferite, formate diferite și implicit apar  probleme în ceea ce privește conversia lor. Prin urmare, la crearea unei Aplicații GIS este necesar să se aleagă un produs software care să poată integra date din diferite surse în diferite formate.

După colectarea datelor este necesară o prelucrare preliminară, astfel datele sa fie aduse într-o formă care poate fi gestionată cu succes de sistem.

Dintre tipurile de procesare preliminară a datelor, se pot aminti cele legate de structura, clasificare și transformare a datelor, pentru a putea fi structurate optim în vederea realizării interogărilor și analizelor:

realizarea topologiei;

clasificarea imaginilor;

trasformarea din vector în raster;

transformarea din raster în vector;

interpolarea grid-ului;

realizarea TIN;

reclasificare;

transformarea în altă proiecție cartografică.

După prelucrarea preliminară urmează etapa de management al datelor, care se realizează prin intermediul DBMS (Database Management System). Managementul datelor implică atât componenta grafică sau spațială, cât și componenta alfanumerică sau non-spațială.

Etapa de prezentare a rezultatelor constă în realizarea de hărți tematice organizate pe straturi, cu diferite nivele de detaliu, în funție de densitatea informației, crearea de rapoarte sub forma unor tabele sau grafice, sau produse media video prinintermediul unor sau cărora se pot evidenția tendințe și simulari. Marele avantaj al GIS este că poate integra o mare varietate de date în diferite formate, având la baza localizarea acestora. Plecând de la importul acestor date se poate aprecia că acest proces induce erori care uneori nu pot fi prevăzute.Calitatea datelor într-un GIS este o problemă foarte importantă pentru că, pe baza datelor introduse se obțÎn rezultatele, ele sunt influențate de erorile care au intervenit.

Calitatea datelor reprezintă un efect integrat al gradului de acuratețe, precizie, completitudine, consistență, incertitudine a datelor, fiind practic “totalitatea caracteristicilor unui produs ce conduc la satisfacerea unei anumite necesități precizate”.

Precizia este gradul de variabilitate a măsurătorilor repetate ale aceleIași cantități, respectând anumite condiții: aceeași metodă de măsurare, același instrument utilizat, același operator, același loc și condiții de lucru și repetarea măsurătorilor după o scurtă perioadăde timp. Precizia mare nu înseamnă neapărat acuratețeridicată și nici invers, singurul aspect comun fiind costurile ridicate pentru a le obține.

Eroarea este efectul oricărui factor negativ care afectează acuratețea și precizia. Reprezintă diferența dintre realitate și reprezentarea realității și se calculează ca fiind diferența dintre o valoare măsurată și cea calculată.Toleranța reprezintă valoarea de referință pentru a defini calitatea hărții.

Sursele de erori în GIS

Erorile cauzate de datele primare de intrare pot fi catalogate în:

Erori cauzate de procesul de introducere a datelor:

erori de georeferențiere;

erori de vectorizare;

date neactualizate;

acoperirea areală;

densitatea observațiilor;

introducerea/actualizarea informațiilor alfanumerice asociate informației grafice;

Erori la înregistrarea datelor de intrare:

senzorii sateliților;

aparatele foto aeriene;

instrumente de măsurare și înregistrare (stație totală, teodolite, GPS-uri)

erorile conținute de hărțile realizate folosind tehnici tradiționale (ridicări topo, scanare);

Erorile la manipularea și procesarea datelor pot fi catalogate în:

Erori provenite din activități de manipulare a datelor;

Erori provenite din activități de procesare a datelor;

Erori provenite din afișarea datelor;

Aplicațiile GIS trebuie să raspundă, prin intermediul analizelor, în general, și a analizei spațiale, în particular, la următoarele tipuri de probleme:

Probleme de identificare;

Probleme de localizare;

Probleme de topologie;

Probleme de identificare a tendințelor;

Probleme de caracterizare;

Probleme de identificarea particularităților;

Probleme de identificare a cauzelor;

Probleme de identificare a influențelor;

Probleme de predicție;

Probleme de modelare.

2.2 Tehnologia Sistemelor Informatice Geografice

Tehnologia G.I.S. a fost definită de-a lungul timpului de urmatoarele 5 definitii:

Este un sistem care gestionează baze de date foarte mari georeferențiate spațial

Este un sistem care achiziționează, gestionează, manipulează,analizează și realizează date georeferențiate spațial.

Reprezintă un ansamblu de persoane, echipamente, programe, metode si norme având ca scop culegerea, validarea și stocarea datelor geografice (Savulescu-1996).

Reprezintă un instrument bazat pe calculator pentru realizarea hărților și analiza lucrărilor ce există și a evenimentelor ce se petrec pe Pamant(ESRI).

Reprezintă cea mai practică forma de concepție a proiectelor de modelare, simulare, analiză și de comunicare a informațiilor.

Între reprezentarea spațială a obiectelor și datele descriptive care le caracterizează există o relație de intercondiționare, respectiv orice obiect unic identificat în spațiu are un set de atribute în baza de date, iar fiecare înregistrare din baza de date aparține unui obiect unic definit prin date spațiale geografice.

Adesea, aplicațiile de tip GIS sunt asociate cu aplicațiile de tip CAD (Computer Aided Design). Chiar dacă nu există o delimitare strictă, este bine de reținut că G.I.S furnizează informații despre obiecte din lumea reală, de tip:

amplasare în coordonate geografice;

conexiuni în spațiu între obiecte;

conexiuni logice, funcționale între obiecte (topologia rețelei);

informații temporale (istoric, evoluție);

atribute nelegate de poziția geografică (caracteristici tehnice, stare juridică),în timp ce aplicațiile CAD se ocupă de proiectarea unor obiecte care urmează a fi executate, fără legătură cu amplasarea lor în coordonate geografice.

În vederea transpunerii în format digital corespunzător GIS a informațiilor provenite fie de pe suport hârtie, fie dintr-un alt format digital, sunt necesare următoarele:

echipamente (hardware);

programe (software);

date de intrare (informația);

metode – proceduri (analiza sistemului);

specialiști.

Domeniile de utilizare a GIS sunt foarte variate, toate având însă un punct comun de pornire, și anume, identificarea elementelor de interes pe baza poziției lor geografice.

2.3 Georeferențierea planurilor existente scanate

Georeferențierea este procesul specific mediului GIS prin intermediul căruia informația grafică digitală este adusă pe poziția ei spațială. În procesul de georeferențiere se folosesc acele puncte care se găsesc pe trapez și care au și coordonatele cunoscute. Pentru georeferențierea oricărei imagini sunt necesare minim trei puncte.

Georeferențierea presupune alinierea imaginii la un sistem de coordonate. Este etapa în care imaginea devine o formă de date spațiale, întrucât acestea se caracterizează prin raportarea la un sistem de coordonate, definit prin parametri precum proiecția și punctul de origine (datum).

Punctele care pot fi folosite la georeferențierea imaginii unui trapez scanat sunt următoarele :

Colțurile cadrului geografic;

Punctele de intersecție dintre cadrul geografic și caroiajul kilometric;

Punctele de intersecție dintre liniile caroiajului kilometric;

Punctele de triangulație din rețeaua geodezică;

Orice alt punct care are coordonate cunoscute și este reprezentat în plan.

În această lucrare pentru a georeferenția planul topografic s-au folosit punctele de intersecție dintre liniile caroiajului kilometric.

Georeferențierea planurilor cadastrale, precum și a planurilor de situație s-a realizat cu programul ArcMap. S-a folosit bara de instrumente Georeferencing. Aceasta conține un set de funcții cu ajutorul cărora putem georeferenția harta de pe ecran. Se apasă butonul Georeferencing și se debifează funcția Auto Adjust. În cele ce urmează se vor identifica punctele folosite pentru georeferențiere.

Figura 2.1 Butonul Add Control Points

Figura 2.2 Marcarea punctelor de reper

Figura 2.3 Acualizarea planului cadastral actualizat

Se procedează identic și în cazul punctelor 2, 3 și 4. Pentru fiecare se execută un click exact pe punctul de reper și un al doilea click la o oarecare distanță față de primul. Ordinea în care au fost introduse punctele trebuie reținută. În cazul în care se schimbă ordinea sau nu se păstrează corespondența dintre punct și coordonate harta va fi greșit georeferențiată sau, mai mult, va fi deformată. O dată punctele marcate se poate trece la introducerea noilor coordonate. Se apasă pe bara de instrumente Georeferencing butonul View Linked Table (ultimul buton).

Se va deschide o fereastră în care se precizează mărimea fiecărui pixel (Cell Size) în unitățile introduse, se permite alegerea metodei de transformare (o lăsăm pe cea implicită) și se permite salvarea noii hărți în locația aleasă de noi și sub numele ales de noi. De asemenea vom putea alege și formatul acesteia (TIFF, BMP, JPEG) (Fig.2.29). Se apasă butonul Save și după câteva secunde harta este rectificată și salvată pe hard-disc în locația precizată de noi.

2.4 Vectorizarea și organizarea datelor pe straturi tematice

Vectorizarea este procesul prin intermediul căruia informația grafică este transformată din format analogic în format digital tip vector. Transformarea se realizează pentru a manipula mai ușor informația și pentru reprezentarea cu acuratețe a limitelor parcelare și reprezentarea detaliilor existente pe planul topografic.

Vectorizarea se poate realiza în mod automat, semiautomat și manual, prin

digitizare. Procedura automată și semiautomată folosește hărți scanate și funcții de vectorizare care, în limitele impuse de niște parametri predefiniți, recunosc contururile și le transformă în entități vectoriale.

În ArcMap se adaugă (Add Data) datele existente:

Planul de situație măsurat în anul 2015, în format *.shp;

Planul de situație al Municipilui Iași întocmit în anul 1966, format *.tiff georeferențiat;

Planul cadastral al Municipiului Iași, întocmit în anul 1955, format *.tiff georeferențiat;

Planul cadastral al Municipiului Iași, întocmit în anul 1989, format *.tiff georeferențiat;

Ortofotoplanul zonei de studiu.

Figura 2.4 Vizualizarea planului de situație (2015) în ArcMap

După georeferențierea planurilor cadastrale vechi, s-a realizat vectorizarea acestora în mediul ArcMap.

Au fost create straturi de tip punct (pentru reprezentarea copacilor), de tip linie (pentru reprezentarea limitelor de proprietate), precum și straturi de tip poligon, pentru reprezentarea clădirilor.

Figura 2.5 Vizualizarea planului de situație (1955-1966) după digitizare

După importul contururilor, respectiv digitizarea acestora în mediul ArcMap se crează automat tabelul atributelor (Attribute Table), ce cuprinde caracteristicile obiectelor importate. În tabelul cu atribute câmpurile pot fi modificate, șterse sau adăugate (Figura 2.5).

Figura 2.6 Ștergerea unui câmp din tabelul de atribute

A fost completat tabelul de atribute asociat poligoanelor create în urma importului planului de situație obținut în urma măsuratorilor.

În cadrul acestui tabel au fost adăugate coloanele <Folosinta>, <Regim_inal>, <Denumire>, <An_constru>. Coloanele nou create au valoarea prestabilită <Null>. Pentru completare coloanei <Denumire> am folosit ca sursă atât numele blocurilor găsite pe planul cadastral 1:1000, iar in lipsa inscrierii numărului blocului pe acestea am folosit adresa conform "Google Maps".

Câmpul <An_constru> a fost completat conform arhivei DAPP (Direcția de Administrare a Patrimoniului Public și Privat), din cadrul Primariei Iasi.

Figura 2.7 Vizualizarea tabelului de atribute aferent planului de situatie- anul 2015

A fost completat și tabelul de atribute al limitelor de proprietate digitizate pe planurile de situație vechi. Astfel, a fost creat în tabelul de atribute câmpul <Material>, completat cu materialul din care erau construite gardurile, conform semnelor convenționale: lemn, sârmă ghimpată, gard viu, sârma etc. (figura 2.6).

Figura 2.8 Semne convenționale confrom Atlasului de semne convenționale

În tabelul de atribute al cladirilor digitizate pe planurile vechi au fost adăugate câmpurile <Folosinta> și <Material>. Câmpul folosință a fost completat cu modul de utilizare al clădirilor: locuințe sau anexă, și materialul din care acestea au fost construite: pământ sau cărămidă.

Figura 2.9 Vizualizarea tabelului de atribute aferent planului de situatie- anul 1960

2.5 Întocmirea de hărți tematice

Harta este o reprezentare în plan, convențională, micșorată și generalizată a suprafeței Pământului. Micșorarea se face pe baza unei scări de proporție iar pentru întocmirea hărții se folosește o proiecție cartografică. O hartă folosește anumite prescurtări sau simboluri explicate într-o legendă.

Elementele care se figurează pe hărți definesc tipul hărții. Există astfel două mari categorii de hărți:

Hărți geografice: La deschiderea unui atlas se poate observa imediat că, de exemplu, harta din România este reprezentată de mai multe ori, într-o variantă geografică, ce prezintă formele de relief detaliat, diferențiate pe culori, ce reprezintă altitudinea, de la verde pentru câmpie, la galben pentru dealuri și podișuri, dar și maro, din ce în ce mai închis, în funcție de altitudinea munțiilor. O altă reprezentare se concentrează pe resurse, distributia populației, dar și a unităților administrative.

Hărțile topografice: Sunt cele mai folositoare turiștilor, acestea prezentând, pe lângă informațiile legate de relief, și orașele, până la cele mai mici așezări într-un mod standardizat. Multe țări au instituții specializate ce crează hărți de acest fel, extrem de detaliate, la scara de 1:50.000 ( 1 cm însemnând 500 de metri în realitate), în care zonele de relief sunt reprezentate prin contururi, de obicei linii maro ce conectează zonele cu aceeași altitudine. Hărțile topografice sunt folosite și în diverse sporturi ce necesită orientare, precum și de topografi sau diferite persoane autorizate care au nevoie de citirea diferitelor cote.

Hărțile tematice: Acestea acoperă multe domenii, de la climă, la distribuția populației sau a resurselor. Un exemplu de hartă tematică sunt hărțile izonlinii, ce conectează puncte de valoare egală cu linii, cum ar fi hărțile meteorologice ce reprezintă clima în temperatură, presiune atmosferică și nivel de precipitații. Urbaniștii folosesc astfel de hărți atunci când construiesc mall-uri sau supermarket-uri, folosind sistemul pentru a afla ce număr de populație locuiește la 15, 30 si 45 de minute de zona vizată. Pe lângă linii, hărțile tematice folosesc în general sistemul culoriilor, de la deschis la închis, pentru a defini informații precum densitatea populației, natalitatea sau criminalitatea.

Hărți online: Hărțile online sunt apărute de curând, însă deja întrec în popularitate multe dintre hărțile tradiționale, cum acestea nu se pot deteriora, nu sunt limitate de mărime, în suprafata pe care o acoperă și pot reprezenta toate tipurile de hărți prin simpla selectare a unei opțiuni pentru a schimba stilul de hartă afișat. Aceste hărti sunt, în general, folosite ca hărți rutiere pentru turiști, însă acestea conțin adesea informații de toate tipurile menționate mai sus.

În funcție de scară, hărțile se clasifică în:

hărți la scară mare, 1:20.000 – 1:200.000;

hărți la scară mijlocie, 1:200.000 – 1:1.000.000;

hărți la scară mică, peste 1:1.000.000.

Scara unei hărți ne arată de câte ori suprafața terestră reprezentată a fost micșorată. Astfel, în cazul unei scări de 1:100.000 înseamnă că harta este de 100.000 de ori mai mică decât suprafața terestră reprezentată.

În urma achiziției datelor alfanumerice, a întocmirii join-ului din programul ArcMap și atașarea acesteia la entitățile de tip polygon și generarea legăturilor cu entitățile grafice vom realiza hărți tematice în mediul ArcMap, în vederea obținerii de date statistice pe diferite criterii, anul de construire al blocurilor și regimul acestora de înălțime.

Figura 2.10 Hartă tematică realizată după folosința clădirilor- anul 1960

Figura 2.11 Hartă tematică realizată după materialul de construire a clădirilor- anul 1960

Figura 2.12 Hartă tematică realizată după folosința clădirilor- anul 2015

Figura 2.13 Hartă tematică realizată după anul de construcție a clădirilor- anul 2015

Figura 2.14 Hartă tematică realizată după aregimul de înălțime a clădirilor- anul 2015

CAPITOLUL 3

MODELAREA 3D A ZONEI DE STUDIU ÎN PROGRAMUL DE SPECIALITATE CITYENGINE 2016

3.1 Introducere

Scopul principal stabilit de ESRI cu privire la programul CityEngine este de implementare a acestuia în familia de aplicații ArcGIS.

Multe dintre problemele GIS pot fi rezolvate numai în 3D, în special în domeniul dezvoltării urbane, capacitățile unice de procedura a programului CityEngine pentru generarea datelor 3D de înaltă calitate, folosind aceleași date unice de care utilizatorul dispune deja, reprezintă potrivirea perfectă pentru Esri.( Jack Dangermond, 2011).

Obiectivul principal al acestei lucrări este de testare a celei mai recente versiuni a programului CityEngine publicat de Esri în 2016, pentru a reda o hartă 3D strict din perspectiva GIS-ului. Se va urmari dacă prin utilizarea programului CityEngine se poate reda un model 3D a unei zone reale. Setul de date utilizat la realizarea modelului 3D a zonei de studiu are format convențional *.shp folosit de majoritate programelor și care a fost importat în libraria programului CityEngine.

Zona de studiu importată în program este „CANTA”, o hartă de ansamblu este prezentată in Figura 3.1.

Figura 3.1 Planul de situație ce stă la baza creării modelului 3D

3.2 Interfața CityEngine: Descrierea interfeței utilizatorului și a celor mai importante componente ale programului CityEngine, utilizate pentru realizare modelului 3D

Figura urmatoare reprezintă o captură de ecran a interfeței principale de utilizator pentru a prezenta cum sunt organizate componentele principale ale programului:

Navigatorul

Editorul scenei

Editorul regulii

Inspectorul

Consola

Viewport

Figura 3.2 Interfața programului CityEngine 2015

Interfața utilizator a programului este bine organizată și concepută pentru a putea fi folosită pe un ecran mare sau pentru ecrane multiple. Programul are multe funcționalități avansate, care rulează sub interfața ascunsă a programului și care oferă o utilizare relativ ușoară ale acestora.

3.2.1 Librăria ( The Navigator)

Librăria programului este situată în partea stangă sus a interfeței de utilizator, cu ajutorul acesteia se realizează un management ușor și practic al fișierelor importate care ajută la realizarea modelului 3D. Folderul sursă a librariei este denumit „Workspace”- acesta poate fi modificat la prima deschidere a programului după instalare.

3.2.2 Fereastra de previzualizare ( The preview window )

Tot în partea stangă a interfeței de utilizare, imediat sub „Librărie” , este situată fereastra de previzualizare în care utilizatorul poate vizualiza toate formatele de date care pot fi citite de programul CityEngine, precum : formate specifice modelelor 3D (.obj), formate specifice imaginilor (.jpg, .tiff, .png, etc) și multe alte formate din baza de date Esri dar și din gama fișierelor „shape files”.

3.2.3 Zona de scene (Scenes)

Sub fereastra de previzualizare este un spațiu prevăzut cu tab-uri care deține editorul scenă, printre alte interfețe. Când utilizatorul deschide o scenă de lucru ( fișier de lucru), diferite straturi ale scenei sunt afișate.

Această fereastră este locul central de unde se manipulează întreaga scenă. O scenă în CityEngine este organizată în grupuri și layere. Layerele se împart în următoarele tipuri:

layere map: conțin imagini și sunt folosite pentru a avea un control global asupra întregii scene

layere grafice: conțin rețeaua de drumuri, blocuri, shape-uri dinamice (amprenta la sol a construcției) și nu în ultimul rând modelele generate

layere model static: conțin modele statice ca fișierele Collada.

3.2.4 Lucrul cu layere

Layerele pot fi ușor șterse, duplicate, prin selectarea meniului Layer sau prin clasicele comenzi: cut, copy și paste pentru a transfera obiecte între layere.

Fiecare layer are un stadiu de vizualizare (vizibil sau invizibil). Utilizatorul poate accesa stadiul de vizualizare a unui layer fie din editorul scenei, fie din inspector.

Este posibilă și redenumirea layerului prin dublu-click pe numele lui in editorul scenă.

Programul ne oferă posibilitatea de a selecta mai multe layere simultan pentru a le schimba vizibilitatea, culoarea și pentru a le bloca sau debloca.

3.2.5 Importul și exportul layerelor

În cazul în care clădirile sau modelele mari au fost modelate cu ajutorul unui alt program, acestea pot fi importate în CityEngine ca și layere shape. Pentru realizarea acestui lucru mai întâi trebuie ca shape-urile să fie convertite în fisier obiect cu extensia .obj(fiecărui grup corespunzândui un shape separat) sau cu extensia .dxf. După conversie, acestea se importă cu ajutorul comenzii: File→Import→CityEngine Layers din meniul principal, regula CGA urmând a fi aplicată în mod obișnuit pe aceste shape-uri importate.

Un obiect din fereastra scenei de asemenea poate fi exportat pentru a putea fi folosit într-o nouă scenă cu ajutorul comenzii:

File→Export→Export Selected Objects as .cej File.

Pentru a putea importa doar layere dintr-o anumită scenă(.cej) comanda apelată este:

File→Import→CityEngine Layers  din meniul principal al programului.

3.2.6 Editorul de reguli ( The rule editor)

Editorul de reguli este afișat în același spațiu ca și zona de scene. Editorul de reguli este un editor simplu de tip text pentru creare și modificare regulelor, aceste reguli au formatul .CGA și deasemenea poate fi folosit pentru editarea tuturor fișierelor cu formatul .TXT sau .MTL.

3.2.7 Spatiul de Vizualizare sau Spatiul de lucru ( The Viewport)

Este componenta cea mai importantă a programului și este situată în partea centrală a interfeței utilizatorului. În această fereastră pot fi vizualizate și editate în mod manual modelele.

În Viewport pot fi selectate, pentru editare, shape-urile și regulile care au fost atribuite scenei. Tot aici pot fi create shape-uri noi foarte importante și pot fi transformate din „model static” pentru editare manuală. Viewport-ul are câteva perspective de vedere diferite și poate defini deasemenea modul de vizualizare a efectelor 3D, dar acest lucru va solicita mai mult partea grafică a stației de lucru.

3.2.8 Inspectorul ( The inspector tab group )

Componenta „inspectorul” este situată în partea dreapta a programului și conține un grup de tab-uri cu funcții care ajută la modelare în mod static a shape-urilor și elementelor selectate din componenta „Viewport” precum : autovehicule, materiale și altele , dar cel mai important aici pot fi adăugate „atribute” elementelor. Componenta programului „The inspector” poate fi folosită și pentru implementarea de reguli în crearea shape-urilor.

Inspectorul este principala unealtă de vizualizare și modificare a proiectelor CityEngine. În funcție de obiectul selectat, inspectorul își adaptează interfața pentru a avea acces total asupra atributelor obiectului respectiv. Comanda Window→Inspector  sau scurtătura ALT+I invoca inspectorul din meniul principal al programului.

Pentru layerele de tip shape ale CityEngine, inspectorul afișează toate atributele și parametrii obiectului selectat. Dacă obiectului îi este asociată o regulă, aceasta este analizată și toți parametrii regulii sunt disponibili pentru modificare.

Inspectorul este capabil să editeze și un grup de obiecte simultan, nu numai un singur obiect, atributele obiectelor care coincid sunt afișate cu valoarea lor, iar atributele care nu coincid sunt marcate cu semnul ”?”,urmând a fi modificate manual.

3.2.9 Consola, programul de scripturi ( The Console and Scripting)

În partea dreapta a programului este poziționată deasemenea componenta „consola” care poate fi deschisă din „bara de meniu” denumită „window” urmată de selectarea opțiunii „show console”. Consola pyton este un instrument folosit pentru rularea scripturilor. În programul CityEngine nu există nicio comanda pentru selectarea obiectelor în funcție de elementele lor, dar acest lucru este posibil doar cu rularea unor scripturi.

3.3. Sistemul de coordonate

Un proiect CityEngine are prestabilit un sistem de coordonate propriu (SCS-Scene Coordinate System), insă pentru a putea exporta modelele pentru a putea fi folosite și cu alte programe trebuie să-i implementăm sistemul de coordonate zonei studiate.

3.3.1 Setarea sistemului de coordonate al modelului 3D

Atunci când lucrăm cu date reale este foarte important ca proiectul să aibe un sistem de coordonate valid.

Există trei moduri de a seta sistemul de coordonate:

setarea sistemului de coordonate la importul datelor (se deschide automat căsuța de dialog pentru setarea acestuia);

setarea sistemului de coordonate la crearea unei scene noi;

schimbarea sistemului de coordonate din meniul ”Preferințe”.

În cadrul acestei lucrări s-a ales modul de selectare al sistemului de coordonate prin apelarea comenzii:

CityEngine preferences → Scene → Scene coordinate system.

La apelarea acestei comenzi se deschide automat fereastra următoare de dialog:

Figura 3.3 Setarea sistemul de coordonate

Pentru a putea selecta sistemul de coordonate dorit, în cazul de față Stereo 70, fie navigăm printre toate sistemele, fie putem să-l căutăm de pe codul EPSG, și anume 31700 pentru Stereo-70.

Figura 3.4 Atribuirea sistemului de coordonate Stereo 70 proiectului

3.4. Importul datelor

Cel mai ușor mod de a importa date într-o scenă CityEngine este prin metoda ”drag and drop” a unui fișier în viewportul de lucru. Importând în acest fel, nicio căsuță de dialog nu este apelată, iar parametrii de bază sunt aplicați automat. În tabelul de mai jos sunt prezentate tipurile de fișiere ce pot fi importate în programul CityEngine.

Tabelul 3.1 Tipuri de fișiere ce pot fi importate în CityEngine

3.4.1 Importul datelor prin intermediul meniului principal

Acest tip de import poate fi apelat fie cu comanda: Click-dreapta → Import… în fereastra navigatorului, fie prin comanda: File → Import….

În comparație cu metoda ”drag and drop”, aceste două tipuri de import vor deschide automat o fereastră de dialog cu mai multe opțiuni.

În funcție de formatul fișierului, datele importate apar sub următoarele tipuri de obiecte în CityEngine:

Tipurile de formate de fișiere suportate pentru importul shape-urilor:

COLLADA DAE

DXF

FGDB

OBJ

OSM

SHP

Tipurile de formate de fișiere suportate pentru importul datelor modelelor statice:

COLLADA DAE

KMZ/KML

OBJ

Tipurile de formate de fișiere pentru importul datelor tip rețea:

FGDB

DXF

OSM

SHP

Și pentru ultimele tipuri de date de tip Terrain și tip Textura:

TERRAIN

TEXTURE

CityEngine importă de asemenea și scripturi Python. În Figura de mai jos se poate observa că software-ul CityEngine este capabil să lucreze cu numeroase tipuri de fișiere și de asemenea să exporte într-un număr foarte de mare de formaturi.

Figura 3.5 Tipuri de fișiere ce pot fi importate, respectiv exportate în CityEngine

În această lucrarea importul datelor de tip 2D în programul CityEngine s-a realizat sub format *.dxf.

În Figura de mai jos s-a prezentat o secțiune din ridicarea topografică modelată 3D ulterior în programul CityEngine.

Figura 3.6 Fișierul .dxf aferent zonei studiate

După importul datelor în cadrul proiectului, urmează manipularea propriu-zisă a acestora.

3.5 Editarea datelor

În cadrul acestei lucrări, prima etapă a fost constituită de crearea modelului 3D a cladirilor, clădiri pe diferite nivele, de la cladiri cu un singur nivel la cladiri cu 5 nivele.

În funcție de caracteristicile constructive ale acestora, acestea au fost modelate cu reguli CGA specifice structurilor ce au la baza shape-uri.

Regulile CGA (Computer Generated Architecture) se bazează pe modelarea shape-urilor (geometrii orientate într-un anumit sistem) prin iterații multiple, ajungându-se la un produs final cu foarte multe detalii.

În cazul de față regula ce modelează construcțiile poartă denumirea de: ”Structuri”, aceasta prezentând mai multe opțiuni ce ajută utilizatorul să redea clădirii aspectul ce copiază cel mai fidel realitatea. Pentru realizarea modelului, regula trebuie atribuită shapeului ce reprezintă amprenta la sol a construcției, atribuirea regulii poate fi dusă la capăt în două moduri fie selectăm shape-ul și cu ajutorul mouse-lui prin comanda click-dreaptă alegem ”Assign Rule File”, comanda prezentată în figura 3.7, fie atribuim regula din fereastra inspector (figura 3.8).

Figura 3.7 Atribuirea regulii de modelare specifică construcțiilor cu ajutorul mouse-ului

Figura 3.8 Atribuirea regulii de modelare specifică construcțiilor-din fereastra Inspector

După atribuirea regulii, se trece la rularea acesteia, comandă ce deschide o fereastră de dialog, care oferă posibilitatea de a alege tipul de construcție dorit: în cazul de față construcție cu acoperiș plat.

Figura 3.9 Rularea regulii pentru construcții cu acoperiș plat

Ultima etapă în crearea modelului 3D este reprezentată de manipularea opțiunilor conținute de regula atribuită, astfel se selectează:

înălțimea construcției (14 m-în cazul uneia cu 4 etaje)

înălțimea nivelului (2.8 m)

dimensiunea planșeelor

dimensiunile geamurilor

textura geamurilor

textura și culoarea acoperișului

textura pereților

tipul de materiale

Rezultatul se poate vizualiza în Figura de mai jos.

Figura 3.10 Clădire de locuințe –regim (P+4)

Figura 3.11 Clădire de locuințe – regim (P+5)

În mod asemănător se procedează în cazul tuturor construcțiilor, diferența fiind făcută de regula atribuită, și de tipul construcției (rezidențială, publică, comercială, agricolă, pentru transport, etc.)

Figura 3.12 Construcție de tip ”Rezidențial”

Odată finalizată modelarerea 3D a construcțiilor, parte integrată a sistemului imobiliar, s-a trecut la modelarea sistemului edilitar, reprezentat în acest caz doar de rețeaua stradală, pe diferite lățimi, astfel: strada Canta, ce delimitează zona de studiu în partea de Nord are o lățime de 7 m pe sensul de circulație, strada Luca Arbore, ce delimitează zona de studiu în partea de sud are o lățime de 3.5 m pe sensul de circulație, iar străzile adiacente, ce oferă acces la zonele rezidențiale având o lățime 2 m pe sensul de circulație.

Având în vedere diferențierea tipurilor de străzi pe lățimi, și regulile de modelarea a rețelei stradale sunt diferite, astfel pentru strazile cu trama stradală de 7 m, regula este una din librăria ESRI, ”Street_Modern_Simple”, având sintaxa prezentată mai jos.

Figura 3.13 Regula: Street_Modern_Simple

Străzilor cu trama stradală de 4 m, le-a fost atribuită regula ”Street_Modern_Standard”, de asemenea regulă din librăria ESRI.

Rezultatul aplicării regulii de mai sus se poate observa în următoarea figură.

Figura 3.14 Regula: Street_Modern_Standard

Cu ajutorul acestei reguli se pot realiza treceri de pietoni, marcaje stradale(stop, sageți cu sensul de parcurgere, linia de delimitare a celor două benzi, tipul de trafic(pe dreapta sau pe stanga), culoarea trecerii de pietoni, dar si culoarea liniei de separare a celor două benzi.

CityEngine oferă posibilitatea de a introduce în modelarea cartierului și partea mobilă a acestuia (vehicole). Vehicolele sunt în format .obj, de marimi reale, ce pot fi rotite, scalate și mutate în funcție de cerințele zonei. Gama de vehicole este una diversă, de la mărci ca Audi, Bmw, Pegeout, Seat, etc. atât din gama automobilelor dar și a autobuzelor, camioanelor, etc.

În figurile de mai jos sunt surprinse atât o parcare de mașini, cât și mașini în trafic.

Figura 3.15 Parcare de mașini

Figura 3.16 Autovehicule surprinse în trafic

Persoanele, fie în grupuri, fie izolate în diverse ipostaze, în mers, stând pe banca, etc., sunt elemente ce sunt puse la dispoziție de software-ul CityEngine, de asemenea se pot introduce și animale ca: pisici, veverițe, porumbei, câini, etc.

Figura 3.17 Personaje în grupuri sau izolate

Străzile și trotuarele, ca și în realitate pot fi infrumusețate cu mobilă reprezentată de bănci, coșuri de gunoaie, obiecte de iluminat public, stații de autobuz, panouri publicitare, semne de circulație, etc.

Pe baza planurilor de situație vechi, digitizate, a fost realizat modelul 3D al zonei de studiu, pentru anul 1966.

Modelul 3D a fost creat în același mod ca cel prezentat mai sus.

Figura 3.18 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966- vedere nord-est

Figura 3.19 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966- vedere sud

Figura 3.20 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966- vedere est

Figura 3.21 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966- vedere sud

Figura 3.22 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966- vizualizarea cladirilor în modul

Figura 3.23 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966 și prezent- vedere de sus

Figura 3.24 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966 și prezent- vedere sud-est

Figura 3.25 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966 și prezent- vedere nord-vest

Figura 3.26 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966 și prezent- vedere vest

Figura 3.27 Modelul 3D al zonei de studiu- anul 1966 și prezent- detaliu

3.6 Avantaje ale folosirii programului CityEngine 2015

Unul dintre punctele forte ale programului CityEngine este abilitatea acestuia de a genera modele 3D de mari dimensiuni. Dacă amprenta la sol a clădirii conține atribute referitoare la inălțimea clădirii, aceasta poate fi modelată cu usurință în câteva minute cu ajutorul unei stații de procesare grafică modestă. Utilizatorul are un control complet asupra părților orașului pe care vrea să le modeleze și să le atribuie detalii folosind un instrument de editare manuală sau o regulă de bază. Procedura de modelare cu ajutorul shape-urilor *.cga necesită un minim de cunostințe în programare și aceasta reprezintă un start ușor pentru utilizatori care odata cu avansarea tehnologiei sunt tot mai solicitați în învățarea limbajelor de programare din domeniul GIS-ului. Opțiunea de definire a parametrilor clădirilor prin atribuirea sau modificarea lor în componenta „ the navigator” sau libraria programului, reprezintă un mod instant și inteligent de vizualizare a modificărilor efectuate.

Interfața utilizatorului este bogată în multe componente care ajută la editarea elementelor vizuale de fațadă ale clădirilor și poate genera reguli noi. De asemenea tot o componentă specifică programului CityEngine este instrumentul de decupare a texturii și imaginilor de fațadă ale clădirilor fără a fi necesar accesarea unui alt program de procesare a imaginilor.

3.7 Dezavantaje ale folosirii programului CityEngine 2015

CityEngine are multe caracteristici care trebuie dezvoltate pe viitor pentru a putea beneficia pe deplin de calitățile și potențialul real al său.

O problemăa esentială pe care programul o întâmpină este modul de interpretarea a curbelor și arcelor de cerc din moment ce acestea nu sunt recunoscute de către program. Ideea ce stă la baza programului CityEngine constă în faptul că utilizatorul poate importa fișiere de date existente în formate 2D pentru a creea orașe în format 3D. În majoritatea cazurilor fișierele importate conțin obiecte care sunt alcătuite din curbe și arce de cerc, CityEngine nerecunoscând aceste obiecte, acestea sunt transformate în linii drepte.

Singurul mod de realizare a acestor elemente precum arcele de cerc pentru a putea fi redate de către CityEngine este adăugarea de puncte pe curba de cerc până când aceasta este realizată din linii drepte foarte dese, iar prin această modalitate modelarea 3D durează foarte mult.

O alta problemă a programului este legată de realizarea formelor rotunde. La fel ca și in cazul arcelor de cerc, dacă se dorește realizarea amprentei la sol a unei coloane pentru a fi extrudata ulterior, ea va trebui sa fie realizată din linii drepte foarte mici pentru a reda geometria unui cerc.

Un element esențial ce lipsește din programul CityEngine este instrumentrul de verificare a dimensiunilor elementelor modelate. Instrumente precum intreruperea elementelor modelate ( brake-line sau brake object) de asemenea nu sunt disponibile în program. Deși este posibilă selectarea obiectelor în funcție de atributele lor cu ajutorul consolei pentru scripturi pyton, ar fi ideală o opțiune de interogare similară cu selectarea din ArcGIS.

Un defect important, în ceea ce privește topologia, odată importate în program, poligoanele ce conțin găuri nu permit modelarea în interiorul lor pentru a umple acele găuri. Aceasta fiind o problemă importantă ce poate interveni în utilizarea programului CityEngine pentru definirea texturii de la nivelul terenului.

CONCLUZII

În cadrul proiectului de disertație cu tema: ”Realizarea modelului 3D al cartierului ”Canta” din municipiul Iași, județul Iași” s-a evidențiat rolul important pe care îl au programele de modelare 3D pentru vizualizarea în timp real cu ușurință a modificărilor suferite de mediul urban în relație cu cel natural, subliniindu-se faptul că GIS-ul se extinde rapid în sistemul tridimensional, capacitățile 3D fiind tot mai puternice în ceea ce privește analiza și rezolvarea problemelor.

Realizarea planului de situație a zonei de studiu, în două perioade de timp diferite, analiza datelor în ArcMpa, cât și modelarea 3D a acestora în programul CityEngine ajută la întelegerea evoluției orașului în timp.

Transformarea datelor GIS 2D (date ce au fost obținute prin digitizarea planurilor existente dar și prin ridicări topografice cu ajutorul receptorului Leica 1200 și Stația Totala Leica TC 407) cu ajutorul regulilor procedurale, în modele inteligente de oraș 3D reprezintă piatra de temelie a acestei lucrări.

Lucrarea a fost realizată în sistemul de proiecție Stereografic 1970, sistem recunoscut de toate cele patru soft-uri utilizate în cadrul lucrării de disertație:

– AutoCad 2010 (necesar la crearea planului de situație al zonei studiate)

– ArcMap (necesar la crearea hărților tematice etc.).

– CityEngine2015 (necesar la modelarea 3D a cartierului ”Canta”)

Din punct de vedere al structurii lucrării, aceasta a cuprins:

-realizarea lucrărilor topografice necesare realizării rețelei de ridicare

-ridicarea detaliilor necesare întocmirii planului de topografic s-a facut cu ajutorul metodei radierii tahimetrice sprijinită pe punctele drumuirii. astfel s-au făcut măsurători unghiulare și liniare pentru un număr de 5278 puncte de detaliu.

-digitizarea planurilor de situație existente în zona de studiu, din perioada 1055-1966, în vederea creerii modelului 3D a zonei în acea perioadă

-realizarea modelului tridimensional al cartierului ”Canta” din municipiul Iași în prezent.

Realizarea unor hărți tematice, respective analiza pentru zona studiată

BIBLIOGRAFIE

Coșarca, C. (2003) – Topografie Inginerească, Editura MatrixRom, București;

Bofu, C. (2005) – Tehnologia Sistemelor Informaționale Geografice, Editura Performantica, Iași;

Bofu, C., Chirilă C., (2007) – Sisteme informaționale geografice, cartografierea și editarea hărților, Editura TechnoPress, Iași;

*** Meniul Help – CityEngine 2015

*** Meniul Help – ArcMap