Доклад для конференции EVA 2003 Moscow
Новые технологии и геоинформационные системы в области охраны недвижимого наследия Урала
Уважаемые коллеги, сегодня вашему вниманию мы представляем региональный проект по внедрению новых технологий в сфере охраны памятников. Он явился результатом совместной деятельности Уральского Регионального Центра геоинформации и НПЦ по охране и использованию памятников истории и культуры Свердловской области.
Культурно-исторический потенциал региона имеет собственное разнообразие. Культовые памятники русского православия (Верхотурье, Нижняя Синячиха), их архитектурный облик имеют ярко выраженный местный стиль. Памятники архитектуры различных стилей, эпох и назначения украшают такие города как Екатеринбург, Невьянск, Нижний Тагил.
Уральские писаницы являются интереснейшими памятниками изобразительного искусства древнего населения края. Среди археологических памятников особое место занимают торфяниковые стоянки и поселения у озер Шигирское, Шувакиш и Разбойничьем о-ве на Карасьем палеоозере. Их особая ценность в хорошей сохранности изделий из кости и дерева в торфе.
На территории Свердловской области расположены 14 исторических городов и более 3000 памятников истории, архитектуры и археологии, стоящих на государственной охране федерального, регионального или местного (муниципального) значения.
Центр по охране памятников на сегодня накопил огромные массивы информации, основным носителем которых является бумага. Это существенно снижает оперативность обмена информацией между центральным офисом в Екатеринбурге и филиалами, расположенными на территории всего региона. Для решения проблемы сохранности ценных исторических материалов, а также с целью повышения эффективности их использования разработана технология создания и ведения электронных архивов организации.
Основные этапы работ по созданию электронного архива предполагают предварительную классификацию документальных фондов организации по типам носителей и виду информации, а также связанный с этим выбор технологий сканирования и требуемых технических и аппаратных средств. В нашем случае фонд организации включал в себя болеедокументов на бумажном носителе (технические и учетные паспорта, исторические справки, фотографические материалы), более 1000 единиц материалов стереофотограмметрической съемки (диапозитивы, планы наземной стереофотограмметрической съемки фасадов памятников и их интерьеров), планы, схемы и издательские оригиналы топографических карт и планов городов различных масштабных рядов.
Для перевода в электронный вид потребовалось использовать сканеры различных форматов и типов (планшетные, барабанные и стереофотограмметрические), а также цифровые фотокамеры. Обработка отсканированной информации предполагала фильтрацию документов от шумов и помех, сжатие, а при необходимости перевод в векторный вид (оцифровку картографических документов и материалов стереофотограмметрической съемки в различных ГИС-пакетах, распознавание текстов в Abbyy FineReader). Далее проводилась архивация на компакт диски с использованием технологий CD/DVD. Процесс формирования электронного архива завершался переносом информации с графических и векторных образов в базы данных.
Доступ к материалам электронного фонда осуществляется через оперативный электронный архив, хранящий сжатые данные и ссылки к долгосрочному архиву на CD/DVD-дисках. Оперативный электронный архив – это база данных под управлением СУБД MS SQL Server, содержащая всю необходимую информацию из реального архива организации, поддерживаемая в актуальном состоянии. Она является составной частью информационной системы действующей в рамках государственного органа охраны и имеет выход через Internet-технологии к информационным системам органов государственной власти.
Электронный архив постоянного хранения является основой для формирования геоинформационных систем на территорию деятельности учреждения. Он позволяет проводить аналитическую деятельность и составлять перспективные планы по охране, как отдельных объектов, так и целых территорий.
Связь электронного архива с пространственными данными в геоинформационной оболочке «InGeo» осуществляется через связующее ядро информационной системы InMeta (разработчик: Центр системных исследований «Интегро», г. Уфа, Россия). Вся система функционирует под управлением СУБД MS SQL Server. Пользователь, таким образом, получает возможность вести работу как в геоинформационной компоненте системы, так и обрабатывать информацию в обширной базе данных электронного архива. Этим достигается однозначность и не противоречивость информационного и пространственного описания объектов культурного наследия, возможность оперативного визуального отображения, получения и управления данными о памятниках культуры.
В настоящее время проводятся работы по сбору и составлению нормативной документации, предъявляющей особые требования к электронным архивам по памятникам истории и культуры, с целью обеспечения их сохранности и предотвращения потерь в процессе создания, пополнения и эксплуатации архива. Объем электронного архива на текущий период составляет более 100 Гб в виде электронных копий документов, карт и баз данных.
Одним из разделов созданной геоинформационной системы является разработка электронных историко-культурных опорных планов, схем охранного зонирования, методик и технологии компьютерного трехмерного моделирования для объемной визуализации архитектурных памятников и исторических территорий.
В состав графического блока геоинформационной системы входят:
1. Цифровые топографические карты на территорию региона:
a. обзорная карта масштаба 1: 1 – 4 номенклатурных листа;
b. 60 номенклатурных листов топографических карт масштаба 1:
c. топографические карты масштаба 1:25 000 на территорию Шигирского торфяника (археологический комплекс памятников)
2. Планы городов различных масштабных рядов: 1:500 – 1:10 000 – 279 номенклатурных листа;
3. Историко-архитектурные опорные планы и проекты охранных зон;
4. Временные срезы развития исторических городов.
Также банк пространственных данных включает: тематическую нагрузку, библиотеку трехмерных моделей памятников архитектуры и трехмерные карты исторических территорий.
Наиболее полно структуру геоинформационной системы можно показать на примере двух старейших городов региона Верхотурье и Невьянск.
Целью составления историко-архитектурного опорного плана является указание всех недвижимых памятников, зданий и объектов, формирующих среду памятника, в том числе исторически ценных систем и элементов планировки, участков ландшафта, участков культурного слоя, визуальных связей между памятниками, имеющими градоформирующее значение, традиционных мест значительного восприятия панорамы населенного пункта. В состав опорного плана входит также план ландшафтного анализа. Он отображает особенности природного и рукотворного ландшафта, визуального восприятия природных и архитектурных доминант, выявление ценных и дисгармоничных элементов. Имеет решающее значение для последующего определения зон охраны памятников и установления режимов их использования.
При составлении историко-архитектурного опорного плана проводится ретроспективный анализ исторических планов города. Свое отражение он получает в составлении графических схем поэтапного развития исторического города.
С их помощью проводится выявление устойчивости функционально-планировочной структуры для планирования дальнейшего развития исторического города, гармонизации его системы, а также выявление ценности планировочной структуры и определение территории памятника градостроительства и границы исторического города.
В семантический блок геоинформационной системы входят базы данных по объектам охраны, непосредственно связанные с их графической составляющей в ГИС.
Памятники археологии занимают особое место в общей информационной системе. Распространение памятников археологии вдоль берегов рек по всей территории Уральского региона обусловило выбор масштабных рядов карт, использующихся в их позиционировании - от обзорных (1: 1 и 1:до планов маршрутной съемки масштаба 1: 500. Кроме того включена дополнительная графическая информация:
генплан – детальный план памятника (в масштабе 1:5000, 1:10000),
ситуационный план (схема расположения памятника) (в масштабе 1:20 000 и 1:,
охранные зоны памятника,
схемы раскопов,
фотографические материалы (внешнего вида, фото находок),
стратиграфия (расположение культурных слоев памятника).
Использование системы спутниковой навигации (GPS) позволяют легко определить и нанести на карту место памятника и его границы, составить план расположения раскопов и находок.
Одним из разделов создаваемой геоинформационной системы является разработка методик и технологий создания трехмерных карт исторических территорий с использованием компьютерного трехмерного моделирования.
Трехмерное моделирование позволяет выполнить пространственное позиционирование и наглядное объемное восприятие отдельных объектов, их взаимное расположение на исторической территории, а также фасады и части зданий с детальным отображением их элементов и деталей. Использование трехмерного моделирования также целесообразно для представления топографических особенностей участков расположения исторических памятников при проектировании их реконструкции и реставрации. Объемные «картинки» являются прекрасным материалом для виртуальной популяризации объектов наследия в историческом плане и в рекламной туристической деятельности.
Опыт выполнения работ показал, что 3D–технология рациональна для следующих применений:
- трехмерного моделирования отдельных архитектурных памятников и их интерьеров с целью фиксации текущего состояния, визуализации, проектирования реставрационных работ и выполнения реконструкции объектов;
- трехмерного моделирования исторических территорий (трехмерные карты) с целью проведения ландшафтного анализа для определения возможностей и путей адаптации планируемых градостроительных вмешательств в условиях исторического города, а также визуализации градостроительной деятельности и градоохранных мероприятий;
- создание библиотеки объемных (трехмерных моделей) элементов объектов культурного наследия в системе геоинформационного моделирования.
Для реализации трехмерного моделирования и визуализации его результатов было использовано современное программное обеспечение. В настоящее время стремительно развиваются технологии трехмерного лазерного сканирования архитектурных сооружений. Комплексное использование лазерного сканирования с классическими фотограмметрическими методами позволяет получать достоверные данные об объекте съемки. Однако необходимость применять в работе по моделированию объектов уже ранее полученные материалы (стереофотограмметрической наземной съемки и полученые на аналоговых стереоприборах графические изображения) приводит к комбинированию и использованию различных методик.
До появления цифровых фотограмметрических станций трехмерное моделирование памятников архитектуры включало в себя: выполнение стереофотограмметрической наземной съемки (фототеодолитная съемка) фасадов и частей зданий с близких расстояний. Затем выполнялось получение их графических изображений на аналоговых стереоприборах (с учетом корректуры стереомодели по опорным точкам и отрезкам, расположенным на объекте) с последующим их сканированием и цифрованием. Далее получали по системе 3D каркас архитектурного памятника с использованием поэтажных планов и обмерных чертежей. Заключительным этапом являлось построение цифровой трехмерной модели объекта в системе пакетов ГИС и трехмерной графики (AutoCad, Microstation, 3D Studio MAX и др.).
В настоящее время для создания цифровых ортофотопланов объекта используются цифровые изображения, полученные путем перевода исходных фотоснимков в цифровую форму на фотограмметрических сканерах или непосредственно цифровыми фотограмметрическими съемочными системами. Дальнейшая обработка снимков ведется с использованием российских цифровых фотограмметрических станций «Digitals» или «Талка».
Трехмерное моделирование территории памятников выполнялось по цифровым векторизованным исходным картографическим источникам масштабов 1:500 и 1:2000, обновленным на станциях ЦФС «Digitals», что позволило автоматизировать фотограмметрические операции, обеспечило новое качество обработки за счет совмещения растрового и векторного изображения и использования возможностей ГИС.
Указанные операции осуществлялись при помощи систем автоматизированного проектирования Microstation и AutoCad. Визуализация объектов моделирования проводилась в пакете 3D Studio MAX. На Figure 4 показана трехмерная модель исторического центра города Верхотурье. Модель создана по топографическим материалам съемки масштаба 1: 2000 и включает в себя весь набор объектов местности отображаемых на традиционных двухмерных картах, но представленных в объемном виде. Объем модели составляет 200 Мб.
Разработанная в рамках геоинформационной системы технология создания трехмерных моделей использована для исторического центра Уральской металлургии – Невьянского механического завода и локализована для моделирования известного памятника промышленной и гражданской архитектуры, уникального объекта историко-культурного наследия – наклонной башни Демидовых ( гг.). Высота башни – 57,5 метров. В настоящее время башня имеет наклон 10 градусов на юго-запад. Данная модель использовалась специалистами для разработки проектов реконструкции и реставрации лестничных пролетов и внутренних конструкций башни Демидовых.
Полученные результаты трехмерного моделирования, дополненные данными цифровых топографических материалов с учетом необходимой конвертации в формат систем для работы с трехмерными объектами и территориями служили основой для создания библиотеки 3D-моделей входящей в состав электронного архива организации. Она включает в себя наборы объемных моделей памятников архитектуры и их элементов, а также исторические территории городов Верхотурье, Невьянск, Екатеринбург общим объемом более 2,5 Гб.
Сформированные компьютерные банки данных, несут в себе максимум сведений об объектах охраны: текстовое описание, тематическую идентификацию, изображение, ссылки на сопутствующие сведения, картографическую информацию. Разработанная технология формирования и ведения электронного архива позволила повысить скорость и точность поиска, обеспечили эффективную и безопасную (по отношению к первоисточникам архива) передачу пользователям архива запрашиваемую информацию. Подобные хранилища документов об объектах культурного наследия донесут до следующих поколений специалистов все многообразие тематических данных, позволят применять в дальнейшем новые технологии к обработке исторически значимой информации.
Сведения об авторах:
, ген. директор Научно-производственного центра по охране и использованию памятников истории и культуры Свердловской области,
Раб. , , E-mail *****@***ru
, начальник отдела мониторинга Научно-производственного центра по охране и использованию памятников истории и культуры Свердловской области,
Раб. , , E-mail *****@***ru
, начальник научно-исследовательской лаборатории Уральского Регионального Производственного центра «Уралгеоинформ», 1
Раб. , , E-mail *****@***ru
Государственный научно-производственный центр по охране и использованию памятников истории и культуры Свердловской области
НПЦ по охране и использованию памятников истории и культуры Свердловской области является некоммерческой организацией, юридическим лицом публичного права - государственным специально уполномоченным органом по охране и использованию недвижимых памятников истории и культуры в Свердловской области. В его функции входит управление, контроль и осуществление мероприятий по охране и использованию памятников истории и культуры на территории Свердловской области.
Наши координаты:
Адрес: Россия, Екатеринбург, ул. Хохрякова, 9
Телефоны: (34, ,
Факс: (34
E-mail: *****@***ru
Уральский региональный производственный центр
геоинформации «Уралгеоинформ»
Наши координаты:
Адрес: Россия, Екатеринбург,
Телефоны: (34, ,
Факс: (34
E-mail: *****@***ru
