Обилие форматов для обмена данных тормозит развитие технологий информационного моделирования в России

При работе с инженерно-геологическими данными изыскатели и проектировщики вынуждены использовать настоящий «зоопарк форматов», начиная от универсальных XML и JSON до узкоспециализированных AGS, DIGGS, GeoSciML, а также геопространственных GML и даже новейшего IFC4.3.

Каждый из них способен создать BIM-специалисту свою головную боль. Например, столь любимые Минстроем России XML-схемы охватывают только отчётную часть результатов изысканий и не регламентируют формирование пространственной и атрибутивной составляющих геологического пространства. Проектировщикам же результаты изысканий необходимы как полноценная цифровая среда для автоматизации моделирования и расчётов, что требует прямой интеграции моделей инженерно-геологических массивов в расчётные комплексы и ТИМ-платформы без потери геометрии и атрибутов.

Интересное исследование представила группа экспертов, опубликовав результаты своей работы в журнале «ГеоИнфо». Особо любознательных читателей отсылаем к первоисточнику, а остальным предлагаем ознакомиться с общими идеями и выводами экспертов.

Многообразие применяемых форматов авторы разделили на шесть функциональных групп.

1. К первой группе отнесены базовые сериализационные технологии, такие как XML и JSON, которые являются универсальными техническими средствами, не содержащими встроенного понятия геометрии. На их основе создаются специализированные форматы, причём значительная часть прикладных геологических форматов представляет собой предметные словари над общей основой XML и GML.
2. Вторая группа включает специализированные инженерно-геологические форматы фактических данных, среди которых выделяются британский стандарт AGS и международный формат DIGGS на базе XML и GML. AGS, ставший фактическим стандартом обмена в Великобритании, фиксирует результаты бурения, полевых и лабораторных испытаний в текстовом формате с разделителями, но полностью лишён трёхмерной геометрии и не предназначен для описания геологических тел. DIGGS, напротив, построен на геопространственной основе GML, что обеспечивает встроенную геометрию и геопривязку точек наблюдений, однако оба формата ориентированы исключительно на фактические данные и не хранят интерпретированную трёхмерную модель геологического строения.
3. Третья группа представлена форматами интерпретированного геологического строения и трёхмерного моделирования, включая GeoSciML и китайский стандарт Geo3DML. GeoSciML, разработанный Международным союзом геологических наук, описывает геологические тела, структуры и разрезы через концепции геологических подразделений и материалов, но слабо адаптирован под инженерно-геологические задачи и не позволяет передавать результаты лабораторных испытаний. Geo3DML представляет собой открытый язык разметки для кодирования трёхмерных геологических моделей, объединяющий семантическую, геометрическую и визуальную информацию, однако ориентирован преимущественно на китайскую национальную практику и не поддерживается распространёнными в России платформами.
4. Четвёртая группа включает ГИС-форматы общего назначения, которые могут использоваться как промежуточные инструменты для передачи пространственной геометрии и атрибутов. Среди них выделяются традиционный векторный стандарт Shapefile, современный GeoPackage, устраняющий ограничения предшественника, текстовый GeoJSON, оптимизированный для веб-картографии, а также растровые форматы для цифровых моделей рельефа и воксельные форматы для хранения объёмных дискретных моделей подземного пространства. Именно воксельные представления позволяют передавать пространственное распределение свойств и состояний инженерно-геологических массивов, что недоступно классическим векторным форматам.
5. Пятая группа представлена CAD-форматами, которые доминируют в российской практике при подготовке инженерно-геологических карт и разрезов, однако имеют принципиальные ограничения по семантике. Несмотря на то, что современные CAD-среды формально допускают привязку атрибутивной информации через наборы свойств и атрибуты блоков, все эти механизмы являются проприетарными надстройками, а не частью открытой спецификации, и при передаче в нейтральный формат семантическая составляющая утрачивается.
6. Шестая группа представлена интеграционными BIM-форматами, среди которых ключевое место занимает IFC. С выходом версии IFC 4.3 в схеме появилось семейство геотехнических классов, позволяющих передавать не только геометрию геологических объектов, но и их атрибуты в единой ТИМ-среде. Формат позволяет воспроизводить иерархичность геологических тел через связанные ансамбли трёхмерных тел с привязанными показателями свойств, обеспечивает простую интеграцию цифровой информационной модели инженерно-геологического массива в сводную модель объекта и создаёт возможность автоматизированного поиска коллизий. Однако IFC 4.3 не позволяет сохранять исходные данные, такие как фотографии и паспорта испытаний, а российское программное обеспечение находится в процессе внедрения поддержки новых классов.

Проведённый сопоставительный анализ форматов по ключевым критериям пригодности для цифрового моделирования позволил авторам выявить несколько принципиальных проблем.

Прежде всего – отсутствует универсальный формат, который одновременно передавал бы трёхмерную геометрию иерархической системы геологических тел, атрибутивное описание их свойств и состояний, исходные фактические данные и полные метаданные о происхождении информации. Используемые форматы ориентированы, как правило, на один из этих аспектов, в результате чего инженерно-геологическая информация оказывается фрагментированной между несколькими несогласованными представлениями. Наиболее полно к роли сквозного формата приближается IFC 4.3, однако его поддержка в отечественном ПО ещё не завершена, а встроенные возможности описания исходного фактического материала и метаданных остаются ограниченными.

Второй блок проблем связан с несоответствием между развивающейся практикой цифрового моделирования и существующей нормативной базой, ориентированной преимущественно на традиционную отчётную форму. Разрабатываемые XML-схемы структурируют состав текстовых разделов и табличных приложений отчётов, но не содержат требований к цифровым информационным моделям массивов, их структуре и правилам использования. Кроме того, недостаточно проработан формат представления результатов полевых и лабораторных испытаний, который должен обеспечивать сохранение структуры унифицированных форм, предусмотренных нормативными документами.

В результате исполнители вынуждены строить трёхмерные модели для проектировщиков во внутренних форматах и одновременно подготавливать цифровую выдачу в рамках нормативно регламентированных XML-структур, которые с этими моделями формально не связаны. Цифровая инженерно-геологическая модель не становится юридически значимым документом, что снижает мотивацию вкладываться в её развитие.

Третья группа проблем обусловлена фрагментацией программного обеспечения, используемого для моделирования результатов изысканий. На рынке доминируют проприетарные комплексы, ориентированные на отдельные задачи, каждый из которых использует собственные внутренние форматы и лишь частично поддерживает экспорт в открытые стандарты. Внутренние форматы большинства комплексов имеют закрытую схему и не задают фиксированного словаря сущностей, что нарушает требование однозначности семантической схематизации. Конвертация между форматами требует ручного сопоставления полей и не может быть полностью автоматизирована. Это особенно критично при длительных проектах с разными цифровыми платформами у изыскателей, проектировщиков и экспертизы, а также при передаче данных в государственные фонды.

Ключевым направлением развития авторы считают формирование сквозной цепочки обмена данными, в которой специализированные инженерно-геологические форматы, IFC 4.3 и национальные XML-схемы рассматриваются как взаимодополняющие элементы единой модели данных. IFC 4.3 отвечает за объектно-пространственное представление инженерно-геологических массивов в составе информационной модели объекта, а XML-формат – за машиночитаемое представление результатов изысканий для целей экспертизы и межведомственного обмена.

Однако само по себе наличие геологических классов в IFC ещё не обеспечивает однозначности: без жёстких правил разные специалисты будут заполнять одни и те же классы по-разному. Необходима разработка национальных или отраслевых профилей обмена, которые формализуют состав и структуру данных в IFC-моделях и тем самым задают требуемую каноничность для последующего использования в расчётных комплексах и ТИМ-платформах.

Важным направлением станет методологическая проработка сквозного потока данных от полевых и лабораторных наблюдений до цифровой модели и ведомственных хранилищ. Табличные форматы фактических данных служат источником атрибутики и метаданных точек наблюдений, которые при построении трёхмерной модели привязываются к геометрии геологических тел и далее экспортируются в IFC и XML. Реализация подхода потребует создания отраслевых конвертеров и сервисов, поддерживающих единые классификаторы и системы координат.

Авторы предлагают концепцию двухуровневого представления инженерно-геологической информации, в рамках которой IFC 4.3 и национальные XML-схемы функционируют как взаимодополняющие компоненты единой цифровой среды. На объектно-пространственном уровне формируется цифровая модель массива, включающая иерархически соподчинённые геологические тела и пространственное распределение расчётных характеристик, а на нормативно-отчётном уровне из этой модели генерируются машиночитаемые документы для экспертизы и фондов.

Отдельно авторы констатируют, что цифровая модель инженерно-геологического массива является подсистемой инженерной цифровой модели геологического пространства как независимой части информационной модели объекта, а не инженерной цифровой модели местности.

Предлагается внести соответствующие корректировки в нормативную базу с добавлением определения цифровой информационной модели инженерно-геологического массива как объектно-ориентированной параметрической трёхмерной модели геологического пространства, представляющей собой иерархическую систему геологических тел, насыщенных атрибутивными данными. Реализация концепции требует решения ряда научно-методических и технологических задач, включая разработку национального профиля IFC 4.3 и апробацию подхода на пилотных объектах, результаты которой могут стать основой для последующей стандартизации цифрового инженерно-геологического моделирования на всех этапах жизненного цикла объектов капитального строительства.

***

Вот к таким выводам относительно «зоопарка форматов» пришли эксперты журнала «ГеоИнфо». Ну, а мы традиционно приглашаем уважаемых читателей обсудить проблему на нашем форуме и поделиться личным опытом.

Искренне Ваш,
За-Строй.РФ

Подписывайтесь на За-Строй.РФ в МАХ 

При полном и/или частичном копировании данного материала, для последующего размещения его на стороннем ресурсе, обратная, индексируемая ссылка на источник обязательна!