Kuntien paikkatiedon polku kantakartasta 3D-kaupunkimalliin

(1)

When infrastructure counts.

Diplomityö

Oskari Liukkonen

(2)

Taustaa

 Diplomityö on osa Kuntaliiton ja BuildingSmartin 3D- kaupunkimallihanketta (KM3D)

 Hanke on keskittynyt tutkimaan 3D-kaupunkimallinnuksen tilaa, kehittämistä ja standardointia Suomessa

 Erityisesti hankkeessa keskitytty tutkimaan avointa CityGML-

kaupunkimallistandardia ja sen soveltuvuutta Suomen kansalliseksi 3D-kaupunkimallistandardiksi

(3)

Diplomityön tavoite

 Diplomityön tavoitteena oli määrittää ohjeistus kuinka kuntien tulisi siirtyä kantakartasta CityGML-pohjaiseen 3D-kaupunkimalliin

 Ohjeistuksen tavoitteena oli selvittää kuinka 3D-kaupunkimallin tiedonsiirto, tuotanto, ylläpito, validointi ja hallinnointi tulisi

toteuttaa ja mitä tulisi ottaa huomioon jo olemassa olevissa paikkatietoprosesseissa

Jotta 3D-kaupunkimallin hyödyntäminen on kannattavaa ja kestävää pitkällä tähtäimellä

(4)

Ohjeistus

1. 3D-kaupunkimallitietotaidon hankinta

2. 3D-kaupunkimallinnustarpeiden kartoitus ja käyttötapauksien määrittely

3. 3D-kaupunkimallin rakenteen ja tiedonsiirron määrittäminen käyttötapauksienasettamien ominaisuus-, tarkkuustaso- ja laatutasovaatimusten perusteella

4. 3D-kaupunkimallin tuotanto-, ylläpito-, validointi- ja hallinnointiprosessien suunnittelu käyttötapausten 3D- kaupunkimallille asettamien vaatimusten perusteella

(5)

1) 3D-kaupunkimallitietotaito

(6)

3D-kaupunkimallitietotaito

 Mitä on semanttinen 3D-kaupunkimallinnus ja mitä se mahdollistaa?

 Miten 3D-kaupunkimallinnus eroaa ja mitä hyötyjä siitä on saatavilla verrattuna perinteiseen 2D-paikkatietoon?

 Mikä on CityGML-standardi?

 Mikä erottaa 3D-kaupunkimallin rakennuksen tietomalleista (BIM)?

 Mitä tulee ottaa huomioon 3D-paikkatietoinfrastruktuurin suunnittelussa ja toteuttamisessa?

(7)

3D-kaupunkimalli

 On digitaalinen kolmiulotteinen malli, jonka avulla pystytään esittämään kolmiulotteista spatiaalista dataa kaupunkialueesta

• Koostuu tyypillisesti kaupunkialueen oleellisista kohteista kuten maastosta, rakennuksia, kasvillisuudesta ja infrastruktuurista

 Voidaan jakaa karkeasti geometrisiin ja semanttisiin malleihin

 Semantiikka mahdollistaa kaupunkimallien käytön ja

hyödyntämisen visualisoinnin lisäksi myös lukuisissa erilaisissa sovelluksissa ja suunnittelu-, analysointi- ja simulaatiotehtävissä

(8)

3D-paikkatieto vs. 2D-paikkatieto

 3D-kaupunkimallin suurin etu 2D:hen verrattuna on tila- ja aikaulottuvuuksien parempihahmottaminen

• Visuaalisuus ja konkreettisuus nopeuttaa päätöksentekoa

• Helpottaa kaupunkien kehityksen suunnittelua ja visiointia

 3D-kaupunkimallien tietosisällön avulla voidaan parantaa

suunnitelmien laatua, nopeuttaaja tehostaa kaupunkien sisäisiä

prosesseja sekä vähentää tätä kautta kustannuksia

 3D-kaupunkimalleja voidaan käyttää myös vuorovaikutuksessa kaupunkilaisten kanssa

 Smart City ajattelun takana tulee olla tietomalli, joka pystyy

ohjaamaan Smart Cityn toimintaa tallentamalla ja hyödyntämällä

Smart Cityssä koko ajan syntyvää tietoa

(9)

CityGML

 On avoin OGC:n hyväksymä kansainvälinen standardi 3D- kaupunkimallien tiedonsiirtoon ja tallentamiseen

 Mahdollistaa tärkeimpien kaupunkiympäristön kohteiden geometristen, topologisten, semanttisten ja visuaalisten

ominaisuuksien määrittelyn viidellä eri tarkkuustasolla (Level of Detail, LOD)

 Semantiikka mahdollistaa CityGML-kaupunkimallien käytön ja hyödyntämisen visualisoinnin lisäksi myös lukuisissa erilaisissa sovelluksissa ja suunnittelu-, analysointi- ja simulaatiotehtävissä

 Yhteensopiva OGC:n tietopalvelurajapintojen, kuten CS-W, WFS, WPS, W3DS ja WVS kanssa

 CityGML on mahdollista laajentaa

• Geneeriset kohteet ja ominaisuudet (Generic Objects and Attributes)

• Application Domain Extension (ADE)

(10)

Tarkkuustasot

(11)

Tarkkuustasot

(12)

3D-kaupunkimallit vs. BIM-mallit

 3D-kaupunkimallit ovat tarkoitettu suurien alueiden ja ympäristön mallintamiseen, vs. Rakennusten tietomallit ovat tarkoitettu

yksittäisten rakennusten mallintamiseen

 CityGML kohteiden esittäminen usealla eri tarkkuustasolla, vs. BIM kohteiden esittäminen yhdellä tarkkuustasolla

 3D-kaupunkimalli keskittyy kuvaamaan kuinka kohteita

havainnoidaan ja käytetään, vs. BIM-malli keskittyy kuvaamaan kuinka kohteita suunnitellaan ja rakennetaan

(13)

2)Tarpeiden ja käyttötapauksien

määrittely

(14)

määrittely

 3D-paikkatietoinfrastruktuurin organisointi tulisi perustua 3D- kaupunkimallinnustarpeisiin ja tarpeista johdettuihin

käyttötapauksiin, sillä käyttötapaukset auttavat ymmärtää kuinka 3D-paikkatietoinfrastruktuuri tulisi toteuttaa

 3D-kaupunkimallin käyttötapaukset määrittävät, mitä vaatimuksia kohdistuu 3D-kaupunkimallin rakenteeseen ja tiedonsiirtoon, ja sitä

kautta myös mallin työprosesseihin

 Käyttötapauksien vaatimukset määrittelevät esimerkiksi

minkälaisia tiedonkeruumenetelmiä 3D-kaupunkimallin tuotannossa voidaan käyttää ja mitä asioita 3D-kaupunkimallin validoinnissa

tulee ottaa huomioon

 3D-kaupunkimallinnustarpeita tutkiessa tulee kuitenkin huomioida, etteivät käyttäjät välttämättä tiedä, mitä kaikkea 3D-

kaupunkimallinnus mahdollistaa

(15)

3)3D-kaupunkimallin rakenne ja

tiedonsiirto

(16)

tiedonsiirto

 Käyttötapaukset asettavat ominaisuus-, tarkkuustaso- ja laatutasovaatimukset 3D-kaupunkimallin rakenteelle

 Käyttötapaukset myös määrittelevät miten 3D-kaupunkimallin tiedonsiirto tulee toteuttaa ja mitä tiedonsiirrossa tulee ottaa huomioon

 CityGML on tiedonsiirtostandardi, joka on suunniteltu 3D- kaupunkimallitiedon jakamisen lisäksi mahdollistamaan 3D- kaupunkimallin saumaton tiedonsiirto tuotantoprosessin eri vaiheiden välillä

• CityGML ei ole suunniteltu 3D-datan visualisointiin, kuten COLLADA-, KML, VRML-, X3D-standardeja

(17)

Rajapinnat

 CityGML perustuminen OGC:n GML3-standardiin mahdollistaa OGC:n tietopalvelurajapintojen käytön CityGML-kaupunkimallien sisältämän tiedon hakuun, tiedonsiirtoon, muokkaamiseen ja 3D- visualisointiin

• Catalogue Servicen (CS-W)

• Web Processing Servicen (WPS)

• Web Feature Servicen (WFS)

• Web 3D Servicen (W3DS)

• Web View Servicen (WVS)

 Erillaiset rajapinnat soveltuvat hieman eri käyttötapauksiin

(18)

4)3D-kaupunkimalliprosessit

(19)

3D-kaupunkimalliprosessit

 3D-paikkatietoinfrastruktuurin hyödyntämisen kannalta on tärkeää

• 3D-kaupunkimallin tiedonsiirto, ylläpito, validointi ja hallinnointi, olisivat suunniteltuna ennen 3D-kaupunkimallin tuotantoa

• Valmis kaupunkimalli pystyttäisiin integroimaan jo olemassa oleviin paikkatiedon työ- ja palveluprosesseihin

 Ilman työprosessiensuunnittelua ja integraatiota 3D-kaupunkimalli jää helposti erilliseksi ja nopeasti vanhenevaksi toteutukseksi,

jolloin kaupunkimallia ei saada hyödynnettyä optimaalisesti

 Työprosessien suunnittelussa tulee huomioida käyttötapauksien 3D- kaupunkimallille asettamat vaatimukset

• 3D-kaupunkimallin käyttö määrittelee mitä työprosesseissa tulee ottaa huomioon

(20)

työprosessit

(21)

Paikkatietoinfrastruktuuri

 Tällä hetkellä Suomen kuntien paikkatietojärjestelmät perustuvat 2D-paikkatietoon

 Pitkällä tähtäimellä rinnakkaisten 2D-paikkatietoja 3D-

kaupunkimallijärjestelmien ylläpito ei ole kuitenkaan taloudellisesti kannattavaa

 Kuntien tulisikin kehittää 3D- paikkatietoinfrastruktuuriaan siihen suuntaan, että tulevaisuudessa tarvittavien 2D- ja 3D-esityksien tuottaminen olisi mahdollista yhdestä samasta 3D-

kaupunkimallijärjestelmästä, jolloin erillisiä 2D- ja 3D-järjestelmiä ei tarvittaisi

(22)

Johtopäätökset

(23)

Johtopäätökset

 Jotta 3D-kaupunkimallinnus olisi Suomen kunnissa kannattavaa ja kestävää pitkällä tähtäimellä, tulisi:

• Kuntien hankkia tarvittava 3D-kaupunkimallinnustietotaito

• 3D-kaupunkimallinnuksen perustua tarpeista johdettuihin käyttötapauksiin

• 3D-kaupunkimallin tuotannon ja ylläpidon perustua

standardoituihin tiedonkeruu- ja mallinnusprosesseihin, jotka mahdollistavat käyttötapausten mukaisen 3D-kaupunkimallin tuottamisen vähintään puoliautomaattisesti

• 3D-kaupunkimallin ylläpidon, hallinnoinnin ja tiedonsiirron olla suunniteltuna ennen 3D-kaupunkimallin tuotantoa ja valmis malli pystyä integroimaan jo olemassa oleviin työ- ja

palveluprosesseihin

(24)

Pohdintaa

 Tarvittaan yhteisiä 3D-kaupunkimallinnus pelisääntöjä ja standardeja

 Pilottien avulla on helppo tutkia 3D-paikkatietoinfrastruktuurin ja -työprosessien toteuttamista, 3D-kaupunkimallien hyötyjä ja 3D- kaupunkimallisovelluksia

• Otaniemen alueen valaistussimulaattori

• http://vrs3d.sito.fi/Otaniemen%20alueen%20valaistussimulointi/10

• 3D City Model Hackathon

• http://3dcitymodelhackathon.com/