Геоинформационные системы строительной отрасли: функциональность, архитектура и перспективы развития

Аннотация
Статья посвящена вопросам функционирования геоинформационных систем в сфере строительства. Применение геоинформационных систем необходимо для анализа и согласования, размещения большого объема геопространственных данных, которые становятся важнейшим элементом в общей системе контроля и планирования на всех этапах строительства. Также в статье рассматривается архитектура и перспективы развития данных систем в области строительства.
Строительство – это деятельность юридических и физических лиц и государства, которая нацелена на формирование новых и улучшение основных фондов непроизводственного и производственного назначения. Строительство – это фундамент развития всех отраслей народного хозяйства, а также особенно важная отрасль материального производства государства. В строительстве уже давно и успешно используются геоинформационные системы, для улучшения функционирования ее деятельности.
Геоинформационные системы (также ГИС — географическая информационная система) — системы, предназначенные для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Другими словами, это инструменты, позволяющие пользователям искать, анализировать и редактировать цифровые карты, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов.
Так, например в 2017 году рынок геоинформационных услуг в России сохранил динамику роста, увеличившись на 20%. Такой же показатель отмечался и в 2016 году; тогда в денежном выражении объем отечественного рынка геоинформатики составил 6,2 млрд. долларов США. В 2017 году эта цифра достигла $ 6,5 млрд; из них порядка 15% приходится на собственно разработку, внедрение и сопровождение информационных систем (в том числе, корпоративные ГИС), 40% – на сектор спутниковой навигации, еще 25% составляет сегмент, связанный со сбором, обработкой и генерированием пространственных данных. Оставшиеся 20% включают в себя геодезические/картографические услуги и специализированное оборудование.[5]
Сфера строительства состоит из большого количества этапов, начиная от планирования, подготовки проекта, утверждения и согласования, до контрольной сдачи строительного объекта. Так, чем масштабнее и крупнее строительство, тем больше информации нужно участникам строительства. С появлением электронных систем, к пример СAD, реализация проектов особенно ускорилась и стала проще. Но без учета большинства коммуникационных, природных и социальных факторов, без географической привязки огромного блока информации не может функционировать ни одна застройка.[3]
Поэтому ГИС в строительстве не стоит рассматривать как отельный инструмент, который нужен только лишь для учета расположения застроек на карте. Применение геоинформационных систем нужно для согласования, размещения и анализа огромного количества данных, которые занимают одно из важных звеньев в целой системе контроля и планирования на всех этапах строительства.
Довольно часто приходится сталкиваться с ситуациями, когда маленькие фирмы застройщики рассматривают использование геоинформационных систем в сфере строительства только для визуализации на местности своих проектов, для более полного понимания на сколько, они вписываются в окружающую среду относительно действующей социальной, транспортной и инженерной инфраструктуры. Однако это малая доля того, на что способны современные ГИС.[2] В настоящее время речь идет уже о комплексном ведении географической базы объектов строительства.
Данный подход включает, с одной стороны интеграцию геоинформационных систем с другими программами (иными системами управления и планирования, и проектными сервисами). С другой – слияние самого большого объема информации с возможностью изобразить ее на карте.
Геоинформационные системы в области строительства предназначены для разрешения следующих задач:
- планирование размещения объектов распределенной социальной инфраструктуры в районе стройки при учете уже существующей инфраструктуры близлежащих местностей;
- выбор территории под строительство, при учете всех важных аспектов (глубина залегания грунтовых вод и характеристика почвы, расстояние от промышленных зон заводов, параметры и состояние рынка недвижимости на близлежащих участках, точные границы административных районов и др.);
- планировка транспортной сети в районе строительства, вспомогательных и основных маршрутов передвижения маршрутных транспортных средств;
- проектирование энергетических и инженерных сетей области застройки при учете характеристики грунта и рельефа местности;
- определение близких поставщиков отделочных и строительных материалов, специализированных учреждений, которые предоставляют инженерные и другие подобные услуги, которые необходимы в процессе застройки;[4]
- оптимизация и определение нужного количества сил, техники и средств для выполнения строительных работ и др.
Архитектура геоинформационных систем (рис. 1) заключена в том, что ядром этой системы стал функциональный блок прогнозирования ситуаций и анализа данных, который основывается на геоинформационном сервере. Ограничение на хождение картографических данных на бумажных носителях обуславливает проектирование блока вывода данных, его методического, аппаратного и программного обеспечения.[2] Так функциональный блок ввода данных должен удовлетворять требованиям строгой регламентации пропуска на редактирование и ввод информации, а также сохранности данных при преобразовании их формата в иной.
Рис. 1. Архитектура ГИС
Увеличить качество решения трудоемких и сложных задач, при частично автоматизированной или ручной обработке данных, задач, и значительно уменьшить сроки на их исполнение помогают средства анализ и пространственного моделирования геоинформационных систем. Все это стало возможно благодаря автоматизации комплексной оценки параметров местности, где предполагается застройка объекта. Применение прикладных геоинформационных систем дает возможность формировать особенно большой объем вариаций зданий и сооружений. И все это при особенно низких затратах трудовых ресурсов и времени. Современные средства импорта информации дают возможность применять в геоинформационных системах муниципальные, федеральные и отраслевые базы данных, информацию научно-исследовательских и проектных институтов и подобных заинтересованных учреждений в стандартных форматах. Это значительно уменьшает затраты на получение исходных данных о характеристике исследуемых участков. Пространственная информация, которая впервые добывается при производстве инженерноизыскательных работ, заносится в базу геоинформационных систем единожды, а применяется в дальнейшем для разрешения самых разных задач много раз.
Но развитие таких систем не останавливается. Одним из современных направлений развития ГИС считается переход от двухмерных к трехмерным геоинформационным системам, что обусловлено недостатками двухмерных систем.
Во-первых, при пересечении объектов, то есть нахождении их друг над другом очень трудно осуществлять поиск объектов и переходить от одного объекта к другому.
Во-вторых, они характеризуются трудоемкостью и сложностью единовременного представления нескольких вариаций планировочного решения.
И, в-третьих, проводить пространственный анализ объекта с разных точек обзора, невозможен.[6]
Трехмерные геоинформационные системы зачастую называются виртуальными. Виртуальная геоинформационная система имеет возможность разрешать почти все задачи, которые в настоящее время реализованы в традиционных геоинформационных системах.
Таким образом, она пригодна для использования для оценки состояния растительности, городского планирования, водных путей, почв, дорожных участков, а также для предсказания наводнений и др.[1] Также возможность получения детального трехмерного изображения отдельных территорий и объектов с каждой точки дает возможность открыть новые перспективы для пользователей геоинформационных систем. Проектировщики сооружений и зданий получают виртуальный снимок спроектированного здания или сооружения с соседнего здания, или комплексное трехмерное изображение ландшафта с предполагаемого места строительства объекта. (Рис. 2) Архитекторы же получают возможность рассмотреть макет зданий, улиц и парков и определить границы строительных участков, а также возможность оценить освещенность конкретной улицы в ночное и дневное время, появления пробок на дороге и пр.
Рис. 2. Трехмерные ГИС
Так трехмерные геоинформационные системы, в отличие от двухмерных, дают возможность формировать новые, удобные для анализа визуализации ландшафта, сооружений и зданий, анализ взаимодействия объектов с окружающим пространством и друг с другом, инфраструктуры от 10 метров до 100 километров. Их особенным преимуществом является возможность фотореалистичной визуализации проектов строительства объектов и их территории.
Таким образом, перспективами развития геоинформационных систем в настоящий момент являются следующие:
Большое распространение геоинформационных систем, так как они проникли почти во все сферы деятельности человека.
Увеличение количества разработчиков геоинформационных продуктов и самих геоинформационных систем, конкуренция на рынке геоинформационных систем и его насыщение.
Развитие процессов глобализации геоинформационных систем.
Особенная активность применения территориальных геоинформационных систем – как на федеральном и региональном, так и на муниципальном уровнях.
Переход ГИС от двухмерного моделирования к трехмерному проектированию, успешное внедрение трехмерных геоинформационных систем.
Подводя итоги, можно утверждать, что геоинформационные системы при строительстве объектов – особенно необходимый инструмент для каждой строительной компании, который дает возможность контролировать сроки возведения объектов и расходы, экономить стройматериалы, время и средства. Так значительную роль будет играть трехмерная геоинформационная система, которая обладает усовершенствованным набором средств, которые нужны для формирования специализированного решения, с возможностью в дальнейшем расширить функционал системы без смены ее базы. Внедрение трехмерной ГИС не только увеличит эффективность работы в строительной сфере, но даст возможность избежать незапланированных затрат при ее дальнейшей модернизации. 
ЛИТЕРАТУРА:
Сербулов Ю.С., Павлов И.О. Геоинформационные технологии : учеб. пособие / Ю. С. Сербулов, И. О. Павлов, В. К. Зольников, Д.Е. Соловей. – Воронеж : Воронежский государственный университет, 2017. – 140 с.
Дударева О. В., Королёва А. В. Геоинформационный анализ: учебное пособие / Иркутский государственный технический университет. Иркутск, 2013.
Куприяновский В.П., Тищенко П.А., Раевский М.А., Шилов И.В. Система объективного контроля реализации проектов в строительной индустрии на базе ГИС-решений и ПО IBM Tririga. ArcReview, №1(68), 2014.
Якубайлик О. Э. Методы и приемы пространственного анализа в геоинформационных системах : учеб. пособие. – Красноярск : Изд-во КрасГУ, 2016.
Дупленко А. Г. Этапы и тенденции развития геоинформационных систем // Молодой ученый. — 2018. — №9. — С. 115-117. — URL https://moluch.ru/archive/89/18321/ (дата обращения: 19.08.2018).
Емельянова Г. ГИС сегодня: тенденции, обзор // Сайт «Isicad: окно в мир САПР», 20.11.2016/ URL: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=15737 (дата обращения: 19.08.2018)