MicroStation steigert die Produktionseffizienz um 50 % und ermöglicht damit beeindruckend realistische Simulationen.
Aufbau eines Ökosystems von 3D-Stadtmodellen
Das vom japanischen Ministerium für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus (MLIT) geleitete Projekt PLATEAU ist eine Initiative für 3D-Stadtmodelle und digitale Zwillinge, mit der bis zum Jahr 2027 ein offenes digitales Ökosystem von Stadtmodellen für 500 japanische Städte aufgebaut werden soll. Als Japans größtes Programm zur Stadtmodellierung zielt das Projekt darauf ab, digitale städtische Daten in eine offene Plattform zu integrieren, die den freien Zugang zu Informationen zu Städten ermöglicht. Diese Informationen werden für das intelligente Stadtmanagement, die Stadtplanung und verschiedene Anwendungsfälle genutzt, die von der Katastrophenvorbeugung und -vorsorge über den Umweltschutz bis hin zum Verkehr und zur nachhaltigen Entwicklung reichen. Mit dem Projekt PLATEAU werden die Möglichkeiten der 3D-Stadtmodellierung und -Visualisierung voll ausgeschöpft. Dabei wird der städtische Raum in einer interaktiven digitalen Umgebung nachgebildet und simuliert, sodass neue Lösungen für Städte in ganz Japan geschaffen werden.
Kokusai Kogyo, ein führendes Unternehmen für raumbezogene Dienstleistungen und Ingenieursberatung in Japan und weltweit, bietet schlüsselfertige Geodatenlösungen durch Datenerfassung, -verarbeitung und -analyse an. Das Unternehmen führte die 3D-Modellierung für mehrere der ausgewählten Städte durch, darunter Numazu, eine Touristenstadt mit herrlichem Blick auf den Pazifischen Ozean und den Berg Fuji. Dazu wurde ein originalgetreues 3D-Stadtmodell von Numazu für einen autonom fahrenden Elektrobus erstellt. Kokusai Kogyo baute vier verschiedene 3D-Stadtgeometrien in das Modell ein und verglich sie mit dem visuellen Positionierungssystem des Busses, das autonomes Fahren ermöglicht. „Durch den Abgleich der Informationen, die über die am Bus angebrachte Kamera erfasst wurden, mit den Informationen des 3D-Stadtmodells wird die Position des Busses selbst einschließlich der Richtung ermittelt und die Fahrt automatisch durchgeführt“, sagte Tatsuya Muraki, verantwortlicher Ingenieur der Arbeitsgruppe zur Förderung von 3D-Stadtmodellen bei Kokusai Kogyo in der Abteilung für Geoinformatik.
Verarbeitung komplexer, umfangreicher Daten
Im ersten Projektjahr 2020 entwickelte Kokusai Kogyo detaillierte 3D-Modelle für 15 Städte, zunächst mit einem Detaillierungsgrad (LOD) von LOD 1, d. h. mit Gebäudeformen ohne Dachstrukturen. Später wurden die vorrangigen strategischen Zonen in jeder Stadt mit LOD 2 weiterentwickelt. Im Jahr 2021, während der Erstellung des Stadtmodells von Numazu, wollte Kokusai Kogyo eine höhere Stufe der detaillierten 3D-Modellierung, LOD 3, erreichen. Dabei sollten auch komplexere Räume, Fenster und Türen, Verkehrsampeln und -schilder sowie die Vegetation berücksichtigt werden. „Detaillierte 3D-Modellierung ermöglicht die Entwicklung eines genauen und konkreten Bewusstseins für die Probleme, mit denen Städte umgehen müssen, und Simulationen, die näher an die Realität herankommen als es bisher möglich war“, so Muraki.
Zur Erstellung eines derart detaillierten Modells musste Kokusai Kogyo jedoch umfangreiche und komplexe LiDAR-Punktwolken und Bilddaten verarbeiten, die von ihrem mobilen, fahrzeuggestützten Vermessungssystem erfasst wurden. Die bisherige CAD-Technologie erwies sich als nicht ausreichend, um das von Kokusai Kogyo angestrebte Ergebnis zu erreichen. „Modelle mit LOD 3 sind besonders komplex, da sie Wandflächen in Gebäuden mit Türen und Fenstern abbilden. Darüber hinaus erforderte unser Projekt weitere Elemente, einschließlich Bäumen und Verkehrsinfrastruktur, wie z. B. Ampeln“, so Muraki. Kokusai Kogyo benötigte eine Technologielösung, die in der Lage war, die große Menge komplizierter Daten für die Erstellung digitaler Modelle mit LOD 3 zu modellieren.
Anwendungen von Bentley erleichtern präzise 3D-Modellierung
Kokusai Kogyo entschied sich für MicroStation, um das detaillierte 3D-Stadtmodell von Numazu zu erstellen und die Daten des mobilen Kartierungssystems in Modelle mit LOD 3 für die vier verschiedenen Stadtgeometrien (Gebäude, Straßen, Stadtmobiliar und Vegetation) zu bündeln. „Die Geometrie wird mit MicroStation auf der Grundlage von Punktwolkendaten erstellt, die mit dem mobilen Kartierungssystem erfasst wurden“, so Muraki. „MicroStation spielte eine wichtige Rolle bei der Erzeugung der anspruchsvollsten Daten.“ Die Software bietet eine Reihe von Funktionen zur Erstellung und Bearbeitung komplexer 3D-Formen. Unter Verwendung der Anwendung von Bentley teilte Kokusai Kogyo die Gebäudedaten auf und erstellte Schichten, um Fenster, Türen und Dachflächen zu modellieren. Genauso wurde bei den Straßenmodellen vorgegangen, wobei etwa 10 Zentimeter große Stufen zwischen den Straßen und Gehwegen eingebaut wurden, sowie bei den Modellen für das Stadtmobiliar, wobei sehr detailreich vorgegangen wurde, z. B. mit der Erstellung von Fugen zwischen den einzelnen Bestandteilen der Beschilderung. Für die Vegetationsmodelle wurde die Größe der einzelnen Bäume anhand der Punktwolkendaten gemessen, um die Baumgeometrie realistisch abzubilden. „Von besonderem Wert war für uns die Möglichkeit, mit MicroStation die enormen Mengen an Punktwolkendaten, die durch das mobile Kartierungssystem gewonnen wurden, problemlos anzeigen und modellieren zu können“, so Muraki.
Darüber hinaus entwickelte Kokusai Kogyo eine Zusatzanwendung zu MicroStation für die Kartenerstellung zur weiteren Verbesserung der Modellqualität und -genauigkeit. Dieses Add-on zeichnet sich durch eine hohe Benutzerfreundlichkeit bei der Einstellung und Anpassung von Höhen aus, z. B. durch die halbautomatische Zuweisung von Straßenhöhen aus den Punktwolkendaten. Dank der Anwendungen von Bentley konnte Kokusai Kogyo die Arbeitsabläufe optimieren, um die realistischsten Modelle für das Projekt PLATEAU auf einer offenen Plattform zu erstellen, die mit mehreren Anwendungen für unterschiedliche Zwecke in verschiedenen Branchen kompatibel ist. Mit den digitalen Lösungen von Bentley konnte Kokusai Kogyo die Grenzen von räumlichen Informationen und 3D-Modellierung erweitern und die fortschrittlichsten Simulationen und präzisesten 3D-Darstellungen von Stadtansichten aus der Vogelperspektive bis hin zu Nahansichten von Gebäuden und Gebäudeinnenräumen erstellen.
Initiative für digitale Zwillinge unterstützt intelligentes Stadtmanagement und nachhaltige Entwicklung
Aufgrund der einfachen Bedienung und der Bearbeitungsfunktionen in MicroStation konnte Kokusai Kogyo nicht nur für Numazu, sondern auch für die anderen 16 Städte landesweit im Rahmen des Projekts PLATEAU 3D-Modelle mit einem beeindruckenden Detaillierungsgrad erzeugen. Die Software von Bentley steigerte die Effizienz des Workflows und senkte den Zeitaufwand im Vergleich zu anderer CAD-Software von Drittanbietern um ca. 50 %. Zudem bot sie eine Plattform zur mühelosen Modellierung der umfangreichen Punktwolkendaten. Die Technologie ermöglichte hochdetaillierte 3D-Modelle und damit realitätsnähere Simulationen für autonomes Fahren, die Installation von Solarzellen und den Verlauf von Überschwemmungen, was wiederum zur Förderung der Umweltverträglichkeit und der Sicherheit in der Gesellschaft beiträgt.
Die 3D-Stadtmodelle sind ein wichtiger Schritt in Richtung einer breiteren Nutzung von digitalen Zwillingen. Mit der zunehmenden Zahl von Anwendungsfällen werden die offenen Daten branchenübergreifend zugänglicher. Dadurch wird das Bewusstsein für Projekte für intelligente Städte in Japan gestärkt und intelligentes Stadtmanagement und nachhaltige Entwicklung gefördert. Im Rahmen des Projekts hat Kokusai Kogyo seine Methoden zur Erstellung von Modellen mit LOD 3 in MicroStation in einem technischen Bericht zusammengefasst, der auf der PLATEAU-Website von MLIT verfügbar ist. Mit diesem Beitrag können andere die 3D-Stadtmodellierungstechnologie und den Wert der Modelle für die Zukunft besser nachvollziehen. „Wir gehen davon aus, dass dieses Projekt, eine gemeinsame Initiative von Regierung und Industrie, dazu beitragen wird, das Bewusstsein für Projekte für intelligente Städte in Japan zu stärken und die Nutzung von 3D-Modelldaten zur Lösung von Problemen in Städten zu fördern“, so Muraki.
