Moluch 114 c indd

p( y, x), p(x)  0 x (x)
( (x)

• 
  область значений x ), тогда непараметрическая оценка регрессии
  

будет иметь следующий вид [2]:

ⁿ x  x x  x
K ( ^{x  xi} )

_n (x)  _ y_i K_N ( _c
ⁱ ), K (

N
c
ⁱ ) 
c _n

n
x  x_j

n
K (
(2)

,
i 1
n n  _c ⁾

где x — точка, в которой восстанавливается функция регрессии _n (x)
или
y_n , при расчете не используется точка

^{x  x} , ^c — коэффициент размытости, главным образом определяющий степень сглаживания весовой функции K ( ^{x  xi} ,
^{i n} c _n ⁾
удовлетворяет некоторым условиям сходимости:
^ n ⁿ

K (z)  0; K (z)dz  ; lim c^1K (z)   (z);
( z )

(3)

c  0; lim c  0; lim nc^m  .
ⁿ n ⁿ n ⁿ
На рисунке 2 приведены наиболее распространенные ядерные функции [2].

^0, если 1  z ;
_{K (z) } 1 z , если z  1,

Рис. 2. Виды ядерных функций

(4)

^{0, 75}_^1 ^z2 _^{, если z  1,}

_
^{K (z)  }0, если 1  z ;

^{K (z)  }0, если 1  z .
^_1 2 z _1 z _2 , если z  1,
_
В классическую непараметрическую регрессию 2 добавим весовую функцию
(5)

(6)

c
K ( ^{y  yi} ) ^{, которая будет выполнять}
y

сглаживание по выходу y _.
Полученная робастная регрессия будет выглядеть следующим образом:
_{n K (} x  x_{i )K (} y  y_{i )}

y (x)  _ cx cy y

(7)

n i
_{i 1  K (} x  x_{j )K (} y  y_{j )}
c_x c_y
j 1
Таким образом, оценка регрессии в точке будет строиться с учетом значений выходов соседних точек. Если точка, в которой восстанавливается значение, будет сильно отличаться от соседних, то такая точка является аномальной,

c
^{и ядро} K ( ^{y  yi} ) ^{будет равняться нулю.}
y

Рис. 3. Принцип работы алгоритма

На рисунке 3 красная точка является аномальной, значение y^' сильно превосходит соседние точки в интервале

^{( y'  c ; y'  c ) , поэтому ни одна точка не попадает под весовую функцию} K ( ^{y  yi} ) ^{, из чего следует, что оценка регрессии
y y} c_y

n
 (x) в точке (x^'; y^' ) будет равна нулю.
Параметр размытости c_x определяется путем решения задачи минимизации квадратичного показателя соответствия выхода объекта и выхода модели, основанного на «методе скользящего экзамена», когда при построении модели не учитывается i-я пара измерений:

I (x_j ) 
_y_i  y_{n }x_i , c_{x }  min,
i  j
(8)

n

2

1
ⁿ i 1 ^cx
В многомерном случае, если каждой компоненте вектора x соответствует компонента вектора c_x , то во многих
практических задачах c_x можно принять скалярной величиной, если предварительно привести компоненты вектора x , по выборке наблюдений, к одному и тому же интервалу, например, использовать операции центрирования и нормирования.

Настройку коэффициента размытости регрессии.
c _y можно выполнять методом скользящего экзамена для обратной оценки

В данной статье представлен алгоритм полного исключения выброса из исходной выборки. Если при изучении про- цесса имеется необходимое количество измерений, то при полном исключении точки из исходной выборки возможно более точное исследование.

Литература:

1. 
   Хьюбер, П. Робастность в статистике.— М.: Мир, 1984.— 303 с.
   
2. 
   Рубан, А. И. Методы анализа данных: учебное пособие.— 2-е изд.— Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004.— 319 с.
   
3. 
   Тарасенко, Ф. П. Непараметрическая статистика.— Томск: изд. ТГУ, 1976.— 294 с.
   

Совместное использование технологий информационного моделирования зданий и геоинформационных систем в городском планировании

Диденко Алексей Анатольевич, студент; Ковырзина Ксения Сергеевна, студент
Уфимский государственный авиационный технический университет
В статье рассмотрены перспективы внедрения и развития технологий компьютерного моделирования зданий, их экологических и эксплуатационных свойств в городской среде с использованием ГИС. Описывается государственная поддержка развития и внедрения BIM-технологий, их типичные особенности на примере решения задачи расчета инсоляции. В результате анализа обосновывается необходимость использования и увеличения финансирования этих технологий, а также важность концентрации внимания на проблеме подготовки кадров в этой области.

В
последние два десятилетия успешно развивается кон- цептуальный подход в городском планировании при создании новых объектов строительства, получивший на- звание экологически рациональное проектирование (Sus- tainable Design), который заключается в создании ком- пьютерной модели нового здания, несущей в себе массив детализированной информации о будущем объекте и объ- единяет принципы экологичности материалов, энерго- эффективности, качества и долговечности конструкций и безвредности для здоровья человека. Данный подход по- лучил в мире широкое распространение и по своей сути ориентирован на тесное взаимодействие геоинформа-
ционных технологий (ГИС) и технологий информацион- ного моделирования зданий (BIM — Building Information Modeling).
Строительная практика подтверждает, что детальное проектирование сооружения с учетом процессов, ко- торым оно будет подвержено на протяжении всего жиз- ненного цикла, позволяет застройщикам избежать таких проблем, как получение претензий от различных служб, судебных исков и незапланированных затрат. При этом, данные, используемые при проектировании объекта стро- ительства (сооружения) имеют высокую степень инте- роперабельности и доступны для работы в большинстве

современных программных продуктов, обеспечивая воз- можность решения задач рационального планирования на основе единой модели ГИС и BIM.
В статье ставится задача осветить проблему неполного взгляда на управление объектом строительства, которая решается на основе совместного использования техно- логий информационного моделирования зданий и геоин- формационных систем в городском планировании.
Для решения поставленной задачи рассмотрим под- робно понятие BIM — технологий, практическую пользу их применения в экологическом планировании и преиму- щества их интеграции с ГИС.
1. BIM технологии: практическая польза и перспек- тивы развития
В проектировании объекта отдельное место занимает определение оптимальных параметров будущей эксплуа- тации здания в течение всего его жизненного цикла и ра- циональный взгляд в будущее на такие аспекты жизни объекта, как удовлетворение юридическим, экологиче- ским, эксплуатационным и т.п. требованиям, о которых застройщики зачастую не задумываются, пока не возни- кают проблемы или претензии со стороны различного рода служб. Все эти параметры могут быть учтены в ин- формационной модели здания, так как BIM позволяет ра- ботать с большим объемом правильно организованной атрибутивной и пространственной информации об объ- екте, используемой на стадиях проектирования, строи- тельства и эксплуатации. (Рисунок.1)

Рис. 1. Информация, имеющая отношение к BIM

Главными лицами по внедрению BIM-технологий во всем мире являются собственники объекта, поскольку они заинтересованы в комплексном и эффективном под- ходе к решению проблем сооружения, которым владеют или собираются владеть.

Следует выделить ряд основных преимуществ, ко- торые представляют интерес проектировщикам и за- стройщикам в ходе работ с объектом при использовании BIM-технологий:

1. 
   Возможность проектирования объекта с высокой степенью достоверности со всеми конструкциями, ма- териалами, инженерным оснащением и протекающими в нем процессами.
   
2. 
   Возможность проверки и испытания эксплуатаци- онных характеристик на основе виртуальной модели про- ектных решений.
   
3. 
   Возможность достижения высокой скорости, объема, качества строительства за счёт эффективного взаимодей- ствия между участниками проектного процесса в органи- зации проектирования, строительства, эксплуатации и сноса.
   

4. 
   Возможность значительной экономии бюджетных средств.
   
5. 
   Возможность максимально приближенного соот- ветствия эксплуатационных характеристик нового здания требованиям заказчика.
   

Кроме того, с ростом значимости надзорных (экс- пертных) органов, заинтересованных в совершенство- вании строительной области и внедрении технологий ин- формационного моделирования зданий, регулирование применения BIM технологий осуществляется на уровне законодательства, как в мире, так и в России в частности. Так, по итогам заседания президиума Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и иннова- ционному развитию России от 04 марта 2014 года было принято решение о разработке и утверждении «Плана поэтапного внедрения технологий информационного мо- делирования в области промышленного и гражданского строительства» [5], который включает этапы разработки нормативно-правовых актов, подготовки кадров, обяза- тельного применения BIM-технологий в ходе проектиро-

вания, строительства и эксплуатации объектов, финанси- руемых за счет средств федерального бюджета.
Стоит отметить, что органы законодательной власти США, Великобритании и Китая более десяти лет назад определили BIM-технологии как соответствующие го- сударственным стратегическим интересам, и государ- ственные строительные и инфраструктурные проекты в обязательном порядке реализуются с их применением, а разработка систем информационного моделирования за рубежом ведется с 80-х годов прошлого столетия.
Владельцы зданий используют BIM для управления данными конкретных эксклюзивных зданий. При за- просе информации о нескольких зданиях, таких как не- большие города или районы, или выполняя геогра- фические анализы, как лучший анализа путь каждого конкретного объекта, владелец здания сталкивается с проблемами.
BIM позволяет осуществить интеграцию с ГИС и тем самым позволяет открыть доступ к ряду новых опций ана- лиза для больших групп зданий (районы, поселения, го- рода и т.п.) для широкого круга специалистов, в том числе для пространственного анализа, где важно учитывать ряд дополнительных параметров (рельеф, относительное рас- положение объектов и т.д.). Подобного рода интеграция позволит увидеть здание в пространстве в процессе
управления объектом и анализа с учетом более широкого спектра данных, что дает возможность ответить на такие вопросы, как:

• 
  где расположены активы и как наиболее эффек- тивно размещать и поддерживать их?
  
• 
  какие объекты наиболее пострадают в случае сти- хийного бедствия и как расставить приоритеты, учитывая эти возможности?
  
• 
  где потребление энергии выше, чем она должна быть и почему?
  

Примером решения задачи может послужить расчет инсоляции в градостроительстве, так как эта задача может помочь детально взглянуть на этапы и про- ектные решения в соответствии с требованиями по- становления Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076–01«Гигиенические требования к инсо- ляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий» [3], которыми, в ряде случаев, пре- небрегают в строительной практике, что несет в себе такие потенциальные проблемы, как судебные иски и не- запланированные крупные затраты.
2. Пример решения задачи экологически-рацио- нального планирования в градостроительстве с исполь- зованием технологий информационного моделирования и ГИС.

Рис. 2. Вид моделей до предобработки

Рис. 3. Результат предобработки. Точки на поверхности здания и полигоны

Рис. 4. Алгоритм работы инструмента

Рис. 5. Линии видимости

Внимание стоит уделить проблемам, сопутствующим возведению новых или реконструкции старых зданий на территории уже сложившихся жилых районов. Одна из них заключается в возникновении конфликтных ситуаций между жильцами существующих домов и застройщиком из-за несоблюдения последним норм инсоляции [6].
Гигиеническая оценка жилых и общественных зданий и территорий жилой застройки проводится для установ- ления соответствия настоящим санитарным правилам [3]. Также эти расчеты являются обязательным разделом в составе предпроектной и проектной документации. Со- блюдение санитарных требований является обязательным для физических и юридических лиц, занимающихся проек- тированием, строительством, реконструкцией и эксплуа- тацией объектов.
Ниже представлен пример решения задачи расчета ин- соляции на этапах согласования проекта и проверки на со- ответствие требованиям норм СанПиН с использованием модели данных, разработанной и адаптированной в среде BIM-проектирования, а затем импортированной в ГИС.
В рамках рассматриваемой задачи требуется опреде- лить численное значение количества времени, проведен-
ного под действием солнечного излучения, соответству- ющее каждому участку.
Для расчета инсоляции недостаточно модели исследу- емого здания, необходимо получить и обработать данные движения Солнца по небесной сфере. Следует отметить, что угол, под которым плоскость движения Солнца пере- секает математический горизонт (плоскость, перпенди- кулярная радиусу Земли, проведенному к положению ис- следуемой местности) индивидуальна для исследуемого района.
Для объекта, расположенного в городе Уфа в летний периода времени, требуется узнать значение широты (со- ставляет 54° северной широты) и величину отклонения, плоскости движения Солнца от зенита (направление, ука- зывающее непосредственно «вверх» над конкретным ме- стом) (31°).
Для расчёта использовались ряд программных про- дуктов компании ESRI. В CityEngine модели прошли пре- добработку (Рис.2 и 3), в результате которой был получены полигональный слой панелей на поверхности зданий и от- дельный слой точечных объектов, где каждая точка соот- ветствует своему полигону на поверхности объекта. Далее

Рис. 6. Отобранные линии видимости

Рис. 7. Результат работы инструмента

в программе ArcScene был проведен расчёт при помощи созданных в этой же программе слоя точек местоположений Солнца на небесной сфере и инструмента геообработки.
Таким образом, в расчете используются следующие данные: точечный слой местоположений Солнца в разное время дневных суток, точки на поверхности объекта, слой, полученный в результате предобработки моделей иссле- дуемых зданий и, в качестве потенциальных преград для солнечных лучей, цифровая модель рельефа и ближайшие городские здания.
Алгоритм автоматизированного учета инсоляции с ис- пользованием информационного трехмерного моделиро- вания в ГИС приведен на рисунке 4.
В ходе работы программы строятся прямые линии ви- димости, которые выполняют роль солнечных лучей, от точек положений Солнца до точек на поверхности ис- следуемого объекта (рис.3) и численно определятся ко- личество входящих линий в каждую точку. В ходе рас- чёта линии проверяются на наличие препятствий, таких как другие городские здания и рельеф местности, и далее линии, встретившие препятствие на своем пути до ис- следуемой точки, больше не учитываются в ходе анализа и статистика подводится только по линиям, достигнувшим исследуемый объект.
По окончании проверок линий на наличие препятствий на своем пути по каждой точке на поверхности объекта подводится статистика, включающая информацию о ко- личестве входящих в неё линий видимости или солнечных лучей, которая записывается затем в слой полигонов, из которых состоят объекты.
В результате работы (Рисунок 7), объект будет ви- зуализирован в соответствии с данными статистики, где участки, наиболее подвергнутые солнечному излучению в течение суток, будут окрашены в светлые тона.
Далее, исходя из данных о длительности дневных суток в исследуемый период, вычисляется количество времени для каждого участка, проведенного под действием сол- нечного излучения. Далее в соответствии с требованиями СанПиН к освещению здания, приведенными в часах воз- действия инсоляции на объект, в программе есть возмож- ность задать параметры визуализации, которые покажут наличие участков неподходящих под требования.
Преимущества, которые следует отметить, это воз- можности учёта рельефа местности в ходе расчёта солнеч- ного воздействия, использования одних и тех же моделей в BIM-программах и ГИС и относительно небольшие временные затраты на подготовку данных и оценку инсо- ляции.

Заключение

В данной статье были рассмотрены основные кон- цепции BIM-технологий и их государственная поддержка, кратко описаны отличительные черты экологически-ра- ционального моделирования. Подробно описываются преимущества совместного использования технологий информационного моделирования зданий и ГИС в раци- ональном планировании, а также приводится пример за- дачи и её подробное решение с применением описанных концепций и технологий.

Литература:

1. 
   Трехмерные ГИС приходят в Россию. Autodesk Infrastructure Modeler как инструмент создания 3D ГИС. Галина Емельянова, Иван Спивак, Александр Шатохин. Неолант. Инженеринг, IT, Инновации. // Ваше окно в мир САПР. URL: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=15195 (дата обращения: 11.05.2016).
   
2. 
   ArcGIS Resources: Справочная система // Справка | ArcGIS Resources. URL: http://resources.arcgis.com/ru/ help/ (дата обращения: 11.05.2016).
   
3. 
   СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076–01 «Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий» // Библиотека ГОСТов и нормативов. URL: http://ohranatruda.ru/ot_ biblio/normativ/data_normativ/9/9741/ (дата обращения: 11.05.2016).
   
4. 
   The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences // Interna- tional Society for Photogrammetry and Remote Sensing. URL: http://www.int-arch-photogramm-remote-sens- spatial-inf-sci.net/XL-2-W2/31/2013/isprsarchives-XL-2-W2–31–2013.pdf (дата обращения: 11.05.2016).
   
5. 
   Об утверждении Плана поэтапного внедрения технологий информационного моделирования в области про- мышленного и гражданского строительства (с изменениями на 4 марта 2015 года) // Электронный фонд пра- вовой и нормативно-технической документации. URL: http://docs.cntd.ru/document/420245345 (дата обра- щения: 11.05.2016).
   
6. 
   Способ учета инсоляции как инструмент формообразования в архитектурном проектировании. // Периодиче- ское издание ФГБОУ ВПО Уральская государственная архитектурно-художественная академия. URL: http:// archvuz.ru/2012_22/61 (дата обращения: 11.05.2016).
   
7. 
   Краус, Д. Д., Перевод с англ. Федорова. В. Т. Радиоастрономия.— Москва: Сов. радио, 1973.— 456 с.