C-Through - Un prototipo para el análisis interactivo de la planificación urbana 3D en la Web

 

 

 

C-Through - Un prototipo para el análisis interactivo de la planificación urbana 3D en la Web

De Lisa Staehli

La planificación urbana es una tarea desafiante, especialmente para proyectos de infraestructura y construcción extensos en áreas de uso mixto donde diferentes partes interesadas y necesidades chocan. Para resolver estas tareas, los planificadores urbanos de todo el mundo están estableciendo la tercera dimensión en los procesos de planificación para visualizaciones y análisis de datos. La recopilación de conjuntos de datos 3D se ha convertido en una tarea común para las ciudades, pero a veces los datos no se presentan ni están disponibles de manera que los planificadores urbanos puedan utilizarlos para la toma de decisiones.

Haciendo un prototipo de c-through (una aplicación web 3D interactiva basada en ArcGIS JavaScript API 4.3) estamos apuntando a apoyar la toma de decisiones en la planificación urbana proporcionando herramientas que ayudan a explorar y analizar las implicaciones de la distribución de uso en una escala unitaria. En el nivel de los apartamentos, tiendas u oficinas, comúnmente denominados "espacios". La aplicación web desarrollada en el marco de una pasantía de verano de tres meses se implementó para tres ubicaciones en diferentes ámbitos: Zurich, Vancouver y Dubai. La siguiente descripción se centrará en el caso de uso de Zurich.

Figura 1. Captura de pantalla de la aplicación C-Through mostrando Zurich

La ciudad de Zurich está haciendo un gran esfuerzo para recopilar amplios conjuntos de datos relacionados con 3D para casi todos los edificios de la ciudad, como datos detallados de uso por piso y unidad. Sin embargo, este conjunto de datos sólo se ha utilizado hasta ahora en aplicaciones 2D (por ejemplo, haga clic en "construir" y muestre una tabla con los tipos de uso correspondientes por piso). La combinación del conjunto de datos de uso con los edificios 3D de Zurich en un alto nivel de detalle, permitió mostrar la distribución de uso en una aplicación 3D construida con ArcGIS JS API. El procesamiento de datos involucró el uso de las fortalezas de CityEngine y ArcGIS Pro y se describe en la siguiente sección.

Este conjunto de datos híbridos de edificios en 3D y su uso es de particular interés para la planificación urbana porque permite a los urbanistas investigar áreas de uso mixto a escala local. En general, las áreas urbanas logran proporcionar un alto nivel de vida cuando logran combinar diferentes tipos de usos para que la interacción humana pueda evolucionar en un ambiente bullicioso. Aunque estas áreas de uso mixto son elementos característicos de cada ciudad, tienen una tendencia a ser frágiles como resultado de un mercado inmobiliario orientado a los beneficios que prefiere, por ejemplo, residencial sobre el uso comercial. Un desarrollo que también puede ser monitoreado en Zurich es la creciente desaparición de pequeñas tiendas en áreas peatonales que son propiedad de los comerciantes locales y, en consecuencia, comprados por las cadenas de tiendas internacionales que pagan alquileres más altos y llenar espacios enormes.

Como resultado, la diversidad de usos disminuye constantemente y pequeñas "tiendas para mamá" eventualmente desaparecerán completamente de nuestros paisajes urbanos, (pero sólo si esas tendencias no son monitoreadas e identificadas en detalle por los planificadores urbanos gubernamentales). Lo que se necesita son herramientas que permiten explorar la distribución de usos y localizar desarrollos interesados ​​para proteger áreas de uso mixto.


Procesamiento de datos

Un desafío común en la construcción de aplicaciones 3D es la disponibilidad de buenos datos. Los conjuntos de datos que proporcionan datos
limpios en 3D, estructurados y significativos siguen siendo relativamente raros, pero sí existen o pueden procesarse. Para la generación del conjunto de datos de uso final para la ciudad de Zurich, se necesitaron varios pasos entre CityEngine y ArcGIS Pro.


Figura 2. Flujo de trabajo incluyendo ArcGIS Pro, ArcGIS Portal / Server e ArcGIS JS API

Los datos de entrada fueron puestos a disposición por la ciudad de Zurich como una tabla con una fila para cada unidad en la ciudad con el uso y área correspondiente. Además, cada unidad de la tabla tiene un identificador único para el edificio al que pertenece, así como el piso dentro del edificio donde se encuentra. Como paso de preprocesamiento, la tabla se modificó con la ayuda de SQL para tener la siguiente información por separado: 
  • Pisos: una tabla con ID de edificio (identificador) y número correspondiente de pisos superiores e inferiores (por debajo del suelo)
  • Divisiones: una tabla con identificadores de suelo (identificador) para cada edificio y el número correspondiente de divisiones en unidades
  • Unidades: la tabla original con ID de unidad (identificador) y el uso y área correspondiente
Lo que sigue es un dúo entre ArcGIS Pro y CityEngine (CE).

Pro: Los edificios en 3D de la ciudad de Zurich se cargaron primero en ArcGIS Pro, donde los suelos de las mesas se unieron a la identificación del edificio único.
CE: Los edificios fueron importados a CityEngine. Se dividieron horizontalmente de acuerdo con el número de pisos superiores y las plantas bajas se extruyeron según el número de pisos inferiores. El conjunto de datos fue exportado como una Geodatabase de archivo fuera de CityEngine con la opción "Una característica por forma de hoja" activada.
Pro: Los pisos se unen con la mesa de divisiones.
CE: Los pisos se dividieron entonces verticalmente según su número correspondiente de divisiones. Hay que decir aquí que los pisos estaban igualmente divididos, aunque técnicamente una división por área sería posible. El problema era que CityEngine aún no soporta la lectura de campos de valores múltiples que hubieran sido necesarios en este caso (por ejemplo, un atributo de división con múltiples valores de área).
Pro: Estas unidades producidas se unieron con el conjunto de datos original que incluye el uso y el área por unidad. 


Figura 3. Proceso de división de edificios en unidades
Con este método, más del 85% de las unidades se asignaron correctamente a su uso correspondiente. Debido a la calidad del conjunto de datos, así como a inexactitudes de procesamiento inevitable, no es posible alcanzar un porcentaje más alto.

La división del piso también ha sido probada en ArcGIS Pro como lo sugiere Geoff Taylor. Debido a la complejidad de los edificios 3D, la herramienta Split floors de la caja de herramientas Facility de ArcGIS Pro no proporcionó inmediatamente los resultados deseados. Por lo tanto, todas las divisiones se hicieron en CityEngine.

El conjunto de datos final fue publicado en ArcGIS Portal desde donde fue accedido por la API de ArcGIS JavaScript para mostrarla como una capa de escena en la escena web.


Lógica de aplicación


La aplicación consta de tres herramientas principales:

  • Herramienta para resaltar: seleccione uno o varios edificios haciendo clic
  • Herramienta de visualización: cambia el renderizador de la capa basada en una propiedad y muestra estadísticas y gráficos con valores de la selección
  • Herramienta de filtrado: filtrar la capa por piso, tipo de uso y área y mostrar sólo las características filtradas
 
Figura 4. Descripción general de la interfaz de usuario de la aplicación
 
La herramienta para resaltar muestra básicamente el modo de resalte para los edificios (ciudad, edificios o edificios múltiples) y también el número de edificios que están actualmente seleccionados. Las funciones se pueden seleccionar haciendo clic. La selección múltiple se activa cuando se pulsa la tecla MAYÚS mientras se hace clic en un edificio.

La herramienta de visualización da la opción de cambiar el atributo que es utilizado por el renderizador. En el modo predeterminado (ninguno), sólo se aplica un renderizador si el modo de realce entra en edificios o edificios múltiples: los edificios seleccionados aparecen en azul. El modo de uso muestra los diferentes tipos de usos y se implementó con un renderizador de valor único. El modo de área hace que las características se correspondan con el área de la unidad y se logró mediante variables visuales.


Los dos modos de visualización posteriores también incluyen gráficos que se construyen con amCharts. El modo de uso muestra un gráfico circular con porcentajes de uso (calculado por área). El modo de área viene con un gráfico de barras que se configura como un histograma donde se cuentan el número de características que caen dentro de un cierto rango. Ambos gráficos se pueden utilizar de forma interactiva: al hacer clic en una parte del gráfico circular o un gráfico en el gráfico de barras, el procesador cambia y solo se muestra el rango o tipo de uso seleccionado (todos los demás están en gris).

La herramienta de filtro cambia la apariencia de la vista en función de lo que se ha seleccionado como filtro. La herramienta ofrece la opción de cambiar el piso, el uso y el área de la selección. Los tres filtros diferentes también se pueden combinar (por ejemplo, mostrar las unidades de oficina de planta baja entre 50 y 100 m²).


Implementación


La visualización de los edificios seleccionados es posible porque hay dos capas idénticas en la escena: una capa activa y una capa de fondo. La capa activa siempre es la selección actual y recibe actualizaciones de visualización (cambio de representaciones) y de filtro (expresión de definición). La capa de fondo siempre se filtra a la inversa de los edificios seleccionados (mostrar todos los edificios que no están seleccionados) y no recibe actualizaciones de visualización o filtro. El concepto básico de tener dos capas se describe en el siguiente código:


var activeLayer = new SceneLayer({ url: url });
var backgroundLayer = new SceneLayer({ url: url });

activeLayer.visible = true;
backgroundLayer.visible = false;

scene.addMany([activeLayer, backgroundLayer]);

activeLayer.definitionExpression = "buildingID IN (25617, 4682)";
backgroundLayer.definitionExpression = "buildingID NOT IN (25617, 4682)";
Snippet de código para mostrar cómo resaltar las funciones al tener dos capas idénticas en la API de ArcGIS JS.

Para filtrar correctamente las capas, se pueden concatenar diferentes expresiones de definición de varias herramientas. Debido a que el filtrado, así como la selección de un edificio o edificio múltiple influye en la apariencia de la vista y los componentes de la aplicación, la interacción con la aplicación actualiza la expresión de definición que se adjunta a la capa activa. Por ejemplo, si un usuario selecciona dos edificios y desea ver las unidades de oficina de la planta baja de esos edificios, se combinan las siguientes expresiones de definición:

  • Proviniendo de la Herramienta para resaltar
“buildingID IN (25617, 4682)”
  • Proviniendo de la Herramienta de filtrado 
“Floor = ‘Groundfloor’”
“Usage = ‘Office’”

  • Concatenando el Filtro de capa

activeLayer.definitionExpression = “buildingID IN (25617, 4682) AND Floor = ‘Groundfloor’ AND Usage = ‘Office’”;


Al consultar una capa, puede crear una consulta nueva o crear una que ya satisfaga la definición "Expresión" que se establece en la capa. Mediante el uso de createQuery (), el resultado sólo devolverá las funciones ya filtradas, como se describe y se muestra en el filtro SceneLayer y en la muestra de consulta. Esto fue especialmente práctico para recuperar valores para la creación interactiva de gráficos y estadísticas, ya que la cláusula where de la consulta no necesita ser reconstruida porque la capa tiene una expresión de definición desde donde se obtiene directamente esta información.

Snippet de código para mostrar cómo consultar una capa de escena accediendo a las funciones ya filtradas.


Conclusiones finales


El proceso de construcción de c-through puede ser visto como una integración de datos de entrada prometedores en una cadena de productos Esri que finalmente genera una aplicación significativa que tiene el potencial de apoyar y simplificar el análisis y la toma de decisiones en la planificación urbana. Inicialmente empezamos con un problema en la planificación urbana, donde una necesidad de acción se ha establecido en los últimos años y hemos construido con éxito una solución fácil de usar con un esfuerzo comparativamente pequeño. Una gran ventaja de este flujo de trabajo se puede ver en la interoperabilidad de los productos Esri que permite una implementación que se puede realizar en semanas en lugar de meses.

La planificación urbana se dirige cada vez más hacia la tercera dimensión no sólo para las tareas de visualización hacia el final del ciclo de vida de un proyecto, sino también para el análisis en las etapas preliminares. Además, se ha alcanzado un consenso sobre los beneficios de las plataformas web en este campo y se pueden encontrar especialmente en la posibilidad de compartir y trabajar en colaboración en proyectos, así como el potencial de interacción útil que ha demostrado la aplicación web c-through. Sin embargo, todavía estamos en el comienzo de esta revolución. Todavía hay una falta de aplicaciones web en el campo de la planificación urbana que van más allá de la simple visualización de atributos o tratar de mostrar enormes porciones de una ciudad con un nivel sofisticado de detalle.

C-through ha demostrado como un prototipo que estos requisitos exactos pueden ser cumplidos y logrados mediante el uso de la tecnología mencionada anteriormente. Como un concepto general, se puede aplicar a cualquier ciudad o sitio del proyecto que tiene datos sobre el piso y la escala de unidad o puede hacerlo disponible. En la era de BIM, los datos con un nivel aún más alto de detalle se puede utilizar para estas aplicaciones y proporcionar un enorme potencial especialmente para visualizaciones y animaciones.

Como resultado de la extensa retroalimentación sobre el prototipo c-through, un mayor conjunto de interacción, así como animaciones serán evaluados y probados ahora con el fin de llegar a la próxima generación de aplicaciones de planificación urbana.


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