giS – narzędzie w dokumentowaniu

sys-tem pozyskiwania, gromadzenia, przetwarzania, analizowa-nia, wizualizacji i udostępniania danych umiejscowionych w przestrzeni geograficznej. GIS integruje ze sobą

odpowied-nie oprogramowaodpowied-nie, sprzęt komputerowy, użytkowników, gotowe procedury operacyjne oraz przede wszystkim dane przestrzen ne i opisowe dane tabelaryczne, tworzące razem bazy danych przestrzennych.

GIS, jako element wspomagania procesu decyzyjnego, znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach, w tym także w geologii inżynierskiej. Ważną cechą wyróżniającą ten sys-tem jest umiejscowienie danych w przestrzeni przez nadanie im atrybutów x, y i z. Środowisko GIS pozwala na zintegro-wanie danych umieszczonych w różnych geograficznych lub geodezyjnych układach współrzędnych i utworzonych z róż-ną dokładnością. Dzięki temu możliwe jest umieszczenie wszystkich zgromadzonych danych we wspólnej przestrzeni geograficznej, co pozwala na wzajemne nakładanie wszelkich istotnych warstw informacyjnych (rys. 64) i tworzenie wie-lowarstwowego modelu (kwiecień, 2009). Daje to nie tylko możliwość kartograficznego przedstawienia zdobytych infor-macji, lecz także dokonywanie wieloelementowych analiz (tzw. geoprzetwarzanie), pomagających w rozwiązywaniu problemów geologiczno-inżynierskich.

Celem zastosowania GIS jest stworzenie modelu odzwier-ciedlającego stan rzeczywisty. W związku z tym bierze się tu pod uwagę wszelkie możliwe informacje z różnych dziedzin, dotyczących wybranego obszaru i zagadnień, które są przed-miotem dokumentowania. Dane te mogą i powinny być aktu-alizowane na bieżąco, w miarę pozyskiwania kolejnych no-wych lub zmodyfikowanych danych. W ten sposób zgromadzone, przetworzone i odpowiednio przeanalizowane dane o podłożu gruntowym są efektywnie wykorzystywane w procesie dokumentowania geo logiczno-inżynierskiego.

Sporządzenie modelu geologicznego pomaga zrozumieć, jak zbudowane jest podłoże gruntowe, jakie mogą zachodzić w nim procesy i jakie mogą zaistnieć w związku z tym zagro-żenia dla obiektów, które są przedmiotem dokumentowania.

Właśnie dlatego praca z wykorzystaniem GIS pozwala na szybkie, efektywne i weryfikowalne wizualizacje tego, co prezentuje model odzwierciedlający rzeczywistość. W efekcie praca w systemie GIS, poza samą możliwością poznania i zrozumienia przestrzeni otaczającej obszar objęty dokumen-towaniem (nie tylko geologicznej), służy przede wszystkim do tworzenia map, które będą integralnym elementem proce-su dokumentowania.

Mapy te prezentują zarówno informacje wykorzystane przy tworzeniu modelu, np. mapy: dokumentacyjna i lokali-zacyjna, jak i te będące wynikiem przeprowadzonych analiz,

np. mapy: gruntów i warunków geologiczno-inżynierskich (rozdz. 8.3.2). Mapy tworzone w środowisku GIS dzięki szyb-kości ich przetwarzania i łatwości zobrazowania analizowa-nego terenu, pozwalają w rezultacie odzwierciedlić efekty prac samego dokumentowania. Są one podstawą do prostego odczytania informacji o podłożu gruntowym i jego otoczeniu geograficznym, co jest wykorzystywane podczas podejmo-wania decyzji w planowaniu przestrzennym i w całym pro-cesie inwestycyjnym, tj. w wyborze lokalizacji, projektowa-niu, wykonawstwie i eksploatacji obiektu budowlanego.

Systemy GIS, w odniesieniu do danych, bazują na trzech głównych cechach funkcjonalnych, wydzielonych ze wzglę-du na etapowość prac (za: kwiecień, 2009):

– pozyskiwanie danych: wyszukiwanie, gromadzenie i integracja;

– geoprzetwarzanie danych: weryfikacja, analiza i przetwa-rzanie;

– publikowanie danych: wizualizacja, prezentacja i udostęp-nianie.

Mimo że każda z tych cech charakteryzuje się odmiennym podejściem, to wszystkie są ze sobą powiązane i jedna wyni-ka z drugiej. Jest to zbieżne z wyni-każdym etapem w procesie dokumentowania geologiczno-inżynierskiego.

Pozyskiwanie. etap ten reguluje mechanizmy zbierania, wprowadzania, gromadzenia i przechowywania informacji przydatnych podczas dokumentowania. Poza wektorowymi, przestrzennymi danymi, są to również powiązane z nimi re-lacyjnie dane tabelaryczne i otworowe oraz powiązania z ze-wnętrznymi źródłami danych. utworzone dzięki temu bazy danych dają możliwość zarządzania nimi, zapewniają spój-ność i integralspój-ność danych oraz umożliwiają ich weryfikację i przygotowanie do przeprowadzenia niezbędnych analiz.

geoprzetwarzanie. Na tym etapie, na podstawie infor-macji zawartych w utworzonych wcześniej bazach danych, przeprowadza się złożone analizy przestrzenne. opierają się one głównie na relacjach między obiektami. odpowiednio przeprowadzone analizy, przez wykonywanie operacji na ze-branych danych, umożliwiają wytworzenie nowych informa-cji. Dzięki możliwości umieszczenia w jednym środowisku GIS danych w różnych formatach oraz przeliczania do jedne-go układu współrzędnych, mogą być przeprowadzane bardzo złożone analizy wspierające cały proces dokumentowania geologiczno-inżynierskiego.

Publikowanie. Systemy GIS pozwalają na przedstawie-nie wyników dokumentowania przechowywanych w posta-ci tabelarycznej i przestrzennych klas obiektów jako wek-torowe lub rastrowe warstwy. Dotyczy to zarówno danych pozyskanych na potrzeby dokumentowania, jak i będących rezultatem przeprowadzonego geoprzetwarzania. Same ze-stawienia tabelaryczne informacji zawartych w bazach po-zwalają na sprawny i szybki wgląd w dane oraz ich obróbkę statystycz ną, zobrazowaną w formie diagramów i wykresów.

Warstwy przestrzenne w sposób czytelny i jednoznaczny są natomiast wizualizowane przez dokonanie odpowiedniej, uniwersalnej symbolizacji oraz nadanie właściwych etykiet obiektom (punkty, polilinie i poligony). Tak przygotowane warstwy są następnie wykorzystane do zaprezentowania wyników prac dokumentowania w postaci przekrojów, map, a nawet modeli i animacji 3D. Środowisko GIS pozwala nie tylko na szybkie przygotowanie do druku materiałów, wy-korzystywanych w dokumentowaniu jako załączniki gra-ficzne, lecz także umożliwia ich udostępnianie elektronicz-ne, np. w serwisach internetowych. Mogą to być zarówno pliki rastrowe arkuszy map (jako przygotowane do druku załączniki), jak i zgrupowane lub pojedyncze obiekty w usługach WMS (Web Map Service) lub w serwisach WFS (Web Feature Service).

rys. 64. Warstwowa struktura modelu gis (dane Pig-PiB)

GIS – narzędzie w dokumentowaniu 159

Cały proces gromadzenia, obiegu i przetwarzania danych o podłożu gruntowym tworzy powtarzalny schemat uwzględ-niany w dokumentowaniu geologiczno-inżynierskim (rys. 65).

W pierwszej kolejności na podstawie standardowej bazy danych GIS oraz zaimplementowanych metadanych włącza się wszystkie zebrane archiwalne dane przestrzenne i tabe-laryczne (1 faza dokumentowania – zbieranie i analiza infor-macji archiwalnych o terenie). W ramach gromadzenia informacji wprowadzane są do bazy kolejne dane, np. skali-browane mapy geologiczne, wyniki badań podłoża, lokali-zacja wykonanych badań geofizycznych itp. W ten sposób są zebrane wstępne informacje o obszarze objętym dokumen-towaniem, będące podstawą dalszych prac. Mogą być one ujęte na przykład w postać studium geologiczno-inżynier-skiego. Na tym etapie na podstawie zebranych danych two-rzone mogą być zaktualizowane mapy i przekroje, a nawet karty wierceń, sondowań i tabele badań laboratoryjnych. Po zarchiwizowaniu i zaimportowaniu do bazy GIS, dane prze-strzenne mogą stanowić podstawę do wykonania, a następnie zrealizowania projektu robót geologicznych. Następnie zbie-ra się nowe dane, które w dalszej kolejności przeanalizowa-ne i przetworzoprzeanalizowa-ne w procesie GIS dostarczą kompletną i aktualną informację o podłożu gruntowym. uzupełniają one bazę danych GIS, dzięki czemu jest możliwe stworzenie modelu geologicznego, będącego wynikiem całego procesu dokumentowania geologiczno- inżynierskiego. Powstałe opracowanie (dokumentacja, ekspertyza, opinia itp.) wraz z mapami, przekrojami, kartami otworów i tabelami warto-ści parametrów, mogą być łatwo publikowanie w postaci elektronicznej (pliki rastrowe, usługi WMS, serwisy WFS

itp.) lub wydrukowane. Wykorzystywane są one oczywiście w procesie inwestycyjnym, dla którego przeprowadzono dokumentowanie.

Na końcu realizacji dokumentowania otrzymujemy uzu-pełnioną o nowe informacje bazę GIS. Jest ona używana jako archiwum danych opisujących szeroko pojęty model geo-logiczny. Zebrane i przechowywane w ten sposób informacje mogą być udostępniane i wykorzystywane w zależności od potrzeb. Na przykład podczas realizacji kolejnego etapu lub przy nowej inwestycji wykonawca dokumentowania sięga do bazy GIS i posługuje się zawartymi w niej danymi (traktowa-nymi już jako archiwalne). Rozpoczyna tym samym nowy cykl obiegu i zdobywania informacji o podłożu gruntowym, w wyniku czego jest rozbudowywany model geologiczny.

Dzięki takiemu postępowaniu, wraz z dokumentowaniem geologiczno-inżynierskim wykonywanym na potrzeby reali-zacji kolejnych inwestycji, ilość informacji o podłożu w bazie GIS stale wzrasta.

Wykorzystanie GIS i bazy danych umożliwia przetwarza-nie informacji o podłożu gruntowym, dając możliwość szyb-kiego i łatwego wytwarzania produktów, które obrazują jego budowę. Zawarte w bazie danych informacje o profilach wier-ceń umożliwiają generowanie kart otworów i przekrojów geologicznych. Analizy przestrzenne (geoprzetwarzanie) pozwalają natomiast na tworzenie map i konstruowanie prze-strzennych modeli.

Przekroje, mapy i modele 3D korzystają z informacji nie tylko o geometrii obiektów, lecz także z całego zakresu da-nych zawartych w bazie. Dlatego podczas przeprowadzania analiz przestrzennych kluczowym elementem jest tabela

rys. 65. obieg i wykorzystanie danych w dokumentowaniu geologiczno-inżynierskim

atrybutów nierozłącznie z nią związana (głębokość położenia warstw, poziom zwierciadła wód gruntowych, rodzaj gruntu itp.). Analiza i przetwarzanie danych atrybutowych przez na-kładanie różnych warstw i założenie, że istnieje relacja z in-nymi dain-nymi pozwala na generowanie różnego rodzaju map i modeli przestrzennych, będących graficznym przedstawie-niem wyników dokumentowania.

korzystanie z narzędzi GIS, szczególnie z geoprzetwa-rzania danych, daje wiele możliwości wizualizowania infor-macji przestrzennej na każdym etapie dokumentowania geo-logiczno-inżynierskiego. Dzięki wykorzystaniu technologii GIS w szybki i łatwy sposób można złożyć i przetworzyć wiele danych przestrzennych i w konsekwencji wygenerować wszystkie mapy związane z dokumentowaniem. Są wśród nich stosunkowo proste do wykonania mapy lokalizacyjne czy dokumentacyjne oraz takie, które są wynikiem nakładania wielu warstw i wieloczynnikowych analiz, jak mapy warun-ków geologiczno-inżynierskich (rys. 66).

Podobnie jest z wykonywaniem obrazujących budowę geologiczną modeli 3D. W tym celu wykorzystuje się i inte-gruje wszystkie zebrane i dostępne w bazie danych informa-cje o podłożu i powierzchni dokumentowanego terenu, w tym otwory wiertnicze i sondowania, wyniki badań laboratoryj-nych i geofizyczlaboratoryj-nych, przekroje geologiczne, warstwy prze-strzenne GIS, cyfrowy model terenu itp. W wyniku geoprze-twarzania powstają mniej lub bardziej skomplikowane modele 3D, obrazujące budowę geologiczną

dokumentowa-nego obszaru. Mogą to być wizualizacje ukształtowania stro-powych powierzchni warstw, położenia zwierciadła wód gruntowych lub wokselowy obraz położenia warstw geo-logicznych (rys. 67). W efekcie wspomaga to interpretację budowy geologicznej i ułatwia zrozumienie procesów zacho-dzących w podłożu.

Środowisko GIS obsługują wyspecjalizowane programy, zarówno komercyjne, jak i bezpłatne, opierające się na licen-cji wolnego i otwartego oprogramowania. Wśród atutów każ-dego z nich są m.in.:

– grupowanie danych z wielu źródeł;

– integrowanie danych o różnych formatach i skalach;

– możliwość korzystania za pośrednictwem Internetu z pu-blicznych zasobów danych i map zgromadzonych w ba-zach danych służb publicznych;

– szybkość i powtarzalność prowadzenia obiektywnych, wieloelementowych analiz;

– możliwość ciągłej aktualizacji danych uszczegóławiają-cych budowany model;

– łatwość i powtarzalność tworzenia map, także w systemie arkuszowym;

– proste udostępnianie danych i map wytworzonych na po-trzeby dokumentowania w postaci cyfrowej przez serwisy internetowe.

Praca w środowisku GIS pozwala na zgromadzenie i in-tegrację danych niezbędnych w procesie dokumentowania, a przede wszystkim na ich geoprzetwarzanie, co w efekcie

rys. 66. Przykładowa mapa warunków geologiczno-inżynierskich podłoża dla inwestycji kolejowej

BIM – nieszablonowe narzędzie projektowe w procesie budowlanym 161

prowadzi do opracowania wielowarstwowego modelu geo-logicznego dokumentowanego terenu. Zwizualizowanie in-formacji w nim zawartych w postaci kart dokumentacyjnych badań (model 1D), przekrojów (model 2D), map lub blokdia-gramów (model 3D) pozwala wykorzystać je na różnych eta-pach planowania przestrzennego i procesu budowlanego.

9.2. BIM – NIeSZABloNoWe NARZęDZIe