Expeditious modelling of virtual urban environments with geospatial L-systems

This paper presents Geospatial L-systems, a new extension of L-systems that incorporates geospatial awareness, and shows an application of this new tool in the expeditious modelling of urban environments, integrated with a modelling system with interoperable access to data sources. L-systems have been used in Computer Graphics for the modelling of plants, and in a few experiments to model urban environments. However, the lack of geospatial awareness is a limitation and in spite of some developments like open l-systems introduced the ability to communicate with the environment, there was a need for more flexibility. A new modelling system, named XL3D, generates virtual urban environments automatically from a XL3D document with a modelling specification. This modelling system accesses data sources in a interoperable way and the modelling processes are based on L-systems. The integration of geospatial L-systems with the XL3D modelling system has increased its potential for automation and improved the potential to generate virtual urban environments with a higher level of detail and visual fidelity, with a lower level of complexity of the modelling processes. These facts are shown in a case study where a virtual urban environment taken from an area in the Porto downtown is generated by this solution

Hybrid optimizer for expeditious modeling of virtual urban environments

Tese de mestrado. Engenharia Informática. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200

Urban design strategies for the upcycling of urban infrastructure residual pockets: 3D city modelling from open data and low-cost rapid mapping tools

This paper deals with the 3D City Modelling specific procedure developed as a tool to support strategies for urban regeneration, within the framework of the B-ROAD research project. The B-ROAD research project, whose acronym stands for Below the Road, is developing urban design strategies for upcycling urban infrastructure residual pockets. The B-ROAD’s methodology is conceived as research by design as it is carried out by creating pilot scenarios, disclosing the latent and still unexpressed potential of these wasted areas and displaying their potential transformations, to turn them into precious resources for the contemporary city. The 3D City Modelling of the study area has proved to be essential and strategic yet often complex and critical as most of the spatial and architectural features of B-ROAD spaces, as well as their potential, cannot be detected nor represented through the traditional means of representation of urbanised land, as aerial survey-based representations, or GIS. Likewise, traditional, or even cutting-edge, survey techniques that can be used to acquire missing data are often costly and time-consuming, thus making it hardly impossible to achieve the purpose of extensive and deep knowledge of such a vast area. Thus, 3D City Modelling aimed at examining spaces and providing a final representation of pilot scenarios has been a crucial stage requiring a specific in-depth study

URBAN DESIGN STRATEGIES FOR THE UPCYCLING OF URBAN INFRASTRUCTURE RESIDUAL POCKETS: 3D CITY MODELLING FROM OPEN DATA AND LOW-COST RAPID MAPPING TOOLS

This paper deals with the 3D City Modelling specific procedure developed as a tool to support strategies for urban regeneration, within the framework of the B-ROAD research project.The B-ROAD research project, whose acronym stands for Below the Road, is developing urban design strategies for upcycling urban infrastructure residual pockets.The B-ROAD’s methodology is conceived as research by design as it is carried out by creating pilot scenarios, disclosing the latent and still unexpressed potential of these wasted areas and displaying their potential transformations, to turn them into precious resources for the contemporary city.The 3D City Modelling of the study area has proved to be essential and strategic yet often complex and critical as most of the spatial and architectural features of B-ROAD spaces, as well as their potential, cannot be detected nor represented through the traditional means of representation of urbanised land, as aerial survey-based representations, or GIS. Likewise, traditional, or even cutting-edge, survey techniques that can be used to acquire missing data are often costly and time-consuming, thus making it hardly impossible to achieve the purpose of extensive and deep knowledge of such a vast area. Thus, 3D City Modelling aimed at examining spaces and providing a final representation of pilot scenarios has been a crucial stage requiring a specific in-depth study.</p

Towards Geo Decision Support Systems for Renewable Energy Outreach

La Tierra se encuentra afectada por numerosos fenómenos tales como los desastres naturales, sobre urbanización, contaminación, etc. Todas estas actividades afectan enormemente a los recursos naturales del planeta llevando a la escasez de los mismos. Un tema especialmente relevante es el uso exhaustivo de energía fósil y su impacto negativo sobre nuestro medio ambiente. Resulta de este modo fundamental la búsqueda de nuevos recursos energéticos limpios para satisfacer nuestras necesidades y reducir la dependencia de recursos energéticos fósiles. La transformación de una infraestructura de generación de energía basada en recursos fósiles a otra basada en recursos energéticos renovables tales como eólica, solar y energía hidroeléctrica llevará a un mejor mantenimiento del medio ambiente ya que supondrá poco o ningún efecto en el calentamiento global por las emisiones, y a una reducción de la dependencia de fuentes de energía fósil. Las energías renovables son una fuente natural de energía que tiene importantes beneficios ya que proporciona un sistema de producción de energía confiable, con precios de la energía estables, puestos de trabajo especializados, y beneficios económicos y el medio ambiente. La energía solar es una de las mejores energías renovables. El sol es la fuente natural y fundamental de la existencia humana sobre la tierra y afecta a todos los procesos químicos, físicos y biológicos. Una hora de la energía del sol en la tierra es suficiente para alimentar a todo el planeta durante un año. La energía del sol o la radiación solar y su presencia geográfica determinan posibles inversiones en energía solar y las estrategias de desarrollo de las mismas. De este modo es esencial para poder proporcionar respuestas relacionadas con el "qué, quién, cuando y donde". Por ejemplo: ¿Cuál es el perfil de trabajo que mejor adapta a una posición gerencial de las energías renovables? ¿Dónde está el mejor lugar para invertir en huertos solares y/o parques eólicos? ¿En qué fecha se registra la más alta productividad? ¿Por qué este lugar no es apto para proyectos hidráulicos? ¿Por qué hay un bajón en la radiación solar en el año 2000 frente a 2012? Etc. En general, la toma de decisiones es el proceso de seleccionar la mejor opción viable de un conjunto de posibles maneras de hacer las cosas. Los Sistemas de Soporte de Decisión (del inglés Decision Support System, DSS) constituyen un ecosistema cognitivo que facilita la interacción entre los seres humanos y los datos para facilitar de forma profunda, significativa y útil la creación de soluciones efectivas en tiempo y costes. Grandes almacenamientos de Datos (Data warehousing), procesos de Extracción, Transformación y Carga (del inglés Extract Transform and Load, ETL) y la Inteligencia de Negocios (del ingles Business Intelligence, BI) son aspectos tecnológicos clave vinculados a la toma de decisiones. Además, la toma de decisiones en el contexto de la energía solar depende de Sistemas de Información Geográfica. Aunque la energía del Sol está disponible en todo el mundo, es evidente que la energía solar es más abundante cerca de los trópicos. Por ejemplo, una inversión en plantas de energía fotovoltaica en lugares cerca de los trópicos y del ecuador requerirá menos tiempo para su amortización. Dependiendo de la ubicación geográfica y las condiciones climáticas, la intensidad solar varía. Por esta razón, es importante seleccionar la ubicación adecuada que optimice la inversión teniendo en cuenta factores como la intensidad de la radiación solar, clima, tierras aptas y economía. Hay modelos como Global atlas y SimuSOLAR que dan información de idoneidad sobre la radiación solar y las ubicaciones. Sin embargo, estos modelos están restringidos a expertos, cubren áreas geográficas limitadas, no son aptos para casos de uso diferentes de los inicialmente previstos, y adolecen de falta de informes detallados e intuitivos para el público en general. El desarrollo de una cartografía extensa sobre la relación de zonas de sol y de sombra es un trabajo muy complejo que involucra diversos conceptos y retos de ingeniería, necesitando de la integración de diferentes modelos de datos, de calidad y cantidad heterogéneas, con limitaciones presupuestarias, etc. El objetivo de los trabajos de investigación desarrollados ha sido establecer la arquitectura de software para el desarrollo de Sistemas de Soporte de Decisión en el ámbito de las energías renovables en general, y de la energía solar en particular. La característica clave de este enfoque de arquitectura de software es ser capaz de proporcionar Sistemas de Soporte de Decisión que ofrezcan servicios de bajo coste ("low cost") en este contexto. Hagamos una analogía. Imagínese que usted está buscando comprar o alquilar una casa en España. Quiere analizar las características del edificio (por ejemplo dimensiones, jardín, más de una edificación en la parcela) y su entorno (por ejemplo, conexiones, servicios). Para realizar esta tarea puede utilizar los datos gratuitos proporcionados por la Oficina Virtual del Catastro de España junto con imágenes libres de un proveedor de ortofotografías (por ejemplo PNOA, Google o Bing) y datos contextuales libres procedentes de otros organismos locales, regionales y/o nacionales (por ejemplo el Ayuntamiento de Zaragoza, el Gobierno de Aragón, el proyecto Cartociudad). Si alguien integra todos estos orígenes de datos en un sistema (por ejemplo el cliente del servicio de mapas de la Infraestructura de Datos Espaciales de España, IDEE), tiene un Sistema de Soporte de Decisión "low cost" para comprar o alquilar una casa. Este trabajo de investigación tiene como objetivo el desarrollo de un enfoque de arquitectura de software que podría proporcionar un Sistema de Soporte de Decisión "low cost" cuando los consumidores necesitan tomar decisiones relacionadas con las energías renovables, en particular sistemas de energía solar, como podría ser la selección de la mejor opción para instalar un sistema solar, o decidir una inversión en una granja solar comunitaria. Una parte importante de este proceso de investigación ha consistido en el análisis sobre la idoneidad de las tecnologías vinculadas a Grandes almacenamientos de Datos y procesos de Extracción, Transformación y Carga para almacenar y procesar gran cantidad de datos históricos referentes a la energía, e Inteligencia de Negocios para la estructuración y presentación de informes. Por otro lado, ha sido necesario centrar el trabajo en modelos de negocio abierto (infraestructura de servicios web, modelos de datos 3D, técnicas de representación de datos sobre zonas de sol y sombra, y fuentes de datos) para el desarrollo económico del producto. Además, este trabajo identifica casos de uso donde los Sistemas de Soporte de Decisión deben ser el instrumento de resolución de problemas de mercado y de problemas científicos. Por lo tanto, esta tesis tiene como objetivo enfatizar y adoptar las tecnologías citadas para proponer un Sistema de Soporte de Decisión completo para un mejor uso potencial de las energías renovables que denominamos REDSS (del inglés Renewable Energy Decision Support System). El trabajo de investigación ha sido desarrollado con el objeto de encontrar respuestas a las siguientes preguntas de investigación: Preguntas relacionadas a los datos: - ¿Cómo elegir el proceso de creación de datos más adecuado para crear modelos geográficos cuyo coste económico sea razonable? Preguntas relacionadas con la tecnología: - ¿Qué limitaciones tecnológicas actuales tienen las herramientas computacionales para el cálculo de la intensidad y sombra solar? - ¿Cómo se puede adaptar conceptos como Grandes almacenamientos de Datos y la Inteligencia de Negocios en el campo de las energías renovables? - ¿Cómo estructurar y organizar datos relacionados con la intensidad solar y la sombra? - ¿Cuáles son las diferencias significativas entre el método propuesto y otros servicios globales existentes? Preguntas relacionadas con casos de uso: - ¿Cuáles son los casos de uso de REDSS? - ¿Cuáles son los beneficios de REDSS para expertos y público en general? Para darle una forma concreta a la contribución y el enfoque propuesto, se ha desarrollado un prototipo denominado Energy2People basado en principios de Inteligencia de Negocio que no sólo proporciona datos de localización avanzada sino que es una base sobre la que para desarrollar futuros productos comerciales. En su conformación actual, esta herramienta ayuda a descubrir y representar las relaciones de datos clave en el sector de las energías renovables y, permite descubrir al público en general relaciones entre los datos en casos donde no era evidente. Esencialmente, el enfoque propuesto conduce a un aumento en el rendimiento de gestión y visualización de datos. Las principales aportaciones de esta tesis pueden resumirse como siguen: - En primer lugar, esta tesis hace una revisión de varios modelos de sol-sombra de código abierto y cerrado para identificar el alcance de la necesidad de modelos de decisión y de su soporte efectivo. Además, proporciona información detallada sobre fuentes de información gratuita relacionada con datos de radiación solar. - En segundo lugar, se plantea un armazón conceptual para el desarrollo de modelos geográficos de bajo coste. Como ejemplo de la aplicación de esta aproximación se ha desarrollado un modelo de bajo coste de ciudad virtual 3D utilizando datos catastrales públicamente disponibles vía servicios Web. - En tercer lugar, este trabajo propone el uso de REDSS al problema de la toma de decisiones en el campo de la energía solar. Este modelo también cuenta con otros puntos distinguibles como los enfoques de co-creación y Mix-and-match. - En cuarto lugar, esta tesis identifica varios escenarios de aplicaciones reales y varios tipos de actores que deberían salir beneficiados por la aplicación de esta estrategia. - Por último, esta tesis presenta el prototipo "Enery2People" desarrollado para explorar datos de localización de la radiación solar y eventos temporales que sirve como ejemplo práctico de la aproximación planteada en esta tesis. Para hacer más claro el potencial del enfoque propuesto, este prototipo es comparado con otros Atlas Internacionales de la energía renovable

Optimization of survey procedures and application of integrated digital tools for seismic risk mitigation of cultural heritage: The Emilia-Romagna damaged theatres.

Starting from current procedures, standards and tools for seismic damage survey, the research presents an integrated workflow for seismic damage documentation and survey applied to historic theatres in the Emilia-Romagna region damaged by the 2012 earthquake. The 2012 earthquake highlighted the fragility of the cultural heritage and underscored the lack of proactive conservation and management of historic assets. The research starts by analysing Agenzia Regionale per la Ricostruzione della Regione Emilia-Romagna- ARRER’s requests, which had found criticalities in applying the current Mic (Ministero della Cultura) procedures for the damage survey of complex types: the A-DC form for churches and the B-DP form for buildings. Using the two types of forms highlighted the lack of ad hoc tools for complex architectural styles such as castles, cemeteries and theatres, resulting in the loss of quantitative and qualitative information necessary for knowledge, conservation and thus management of the reconstruction process. As a result of these considerations, national and international standards of integrated documentation, existing digital databases for cataloguing and classification of cultural property, and seismic risk management were studied to develop a workflow of integrated procedures for seismic damage survey on the specific assigned case study: Regional Historic Theaters affected by the 2012 earthquake. The research used the holistic and interdisciplinary approach of integrated documentation to develop the integrated procedural workflow to enhance and optimise seismic damage detection operations in the case study. In providing a workflow of integrated procedures for the prevention and mitigation of hazards related to potential states of emergency, both natural and anthropic, the research follows an “extensive” methodological approach to test the survey outside the Emilia crater. The methodological framework led to the critical-comparative analysis, divided into two levels: the first involved studying critical issues in the B-DP form, mainly used in the 2012 theatre survey. The second level covered the techniques - laser scanning, digital photogrammetry - and integrated survey methodologies applied during the in-depth investigations for repair and restoration work. The critical-comparative analysis and morpho-typological study led to the development of an integrated procedural flow to survey damage in historic theatres. It is aimed at systematising and optimising the stages of damage documentation. The workflow consists of three information levels: L1. Screening level for the visual survey; L2 survey level defines the 3D acquisition steps for the geometric-dimensional study by theatres. The BIM L3 Plus level guides implementing the level of knowledge of parametric HBIM models for documentation, management and monitoring of historic theatres

Appraisal of Ancient Quarries and WWII Air Raids as Factors of Subsidence in Rome: A Geomatic Approach

Ancient mining and quarrying activities left anthropogenic geomorphologies that have shaped the natural landscape and affected environmental equilibria. The artificial structures and their related effects on the surrounding environment are analyzed here to characterize the quarrying landscape in the southeast area of Rome in terms of its dimensions, typology, state of preservation and interface with the urban environment. The increased occurrence of sinkhole events in urban areas has already been scientifically correlated to ancient cavities under increasing urban pressure. In this scenario, additional interacting anthropogenic factors, such as the aerial bombardments perpetrated during the Second World War, are considered here. These three factors have been investigated by employing a combined geomatic methodology. Information on air raids has been organized in vector archives. A dataset of historical aerial photographs has been processed into Digital Surface Models and orthomosaics to reconstruct the quarry landscape and its evolution, identify typologies of exploitation and forms of collapse and corroborate the discussion concerning the induced historical and recent subsidence phenomena, comparing these outputs with photogrammetric products obtained from recent satellite data. Geological and urbanistic characterization of the study area allowed a better connection between these historical and environmental factors. In light of the information gathered so far, SAR interferometric products allowed a preliminary interpretation of ground instabilities surrounding historical quarries, air raids and recent subsidence events. Various sub-areas of the AOI where the presenceof the considered factors also corresponds to areas in slight subsidence in the SAR velocity maps have been highlighted. Bivariate hotspot analysis allowed substantiating the hypothesis of a spatial correlation between these multiple aspects

hbim in a semantic 3d gis database

Abstract. This work describes the different attempts and the consequent results derived from the integration of an HBIM model into an already structured spatial database (DB) and its 3D visualisation in a GIS project.This study is connected to the European ResCult (Increasing Resilience of Cultural Heritage) project where a DB for multiscale analyses was defined. To test the methodology proposed, the case study of Santa Maria dei Miracoli church in Venice was chosen since it represents a complex architectural heritage piece in a risk zone, it has been subject to a vast restoration intervention in the recent past but a digital documentation and model concerning it was missing.The 3D model of the church was structured in Revit as a HBIM, with the association of different kind of information and data related to the architectural elements by means of 'shared parameters' and 'system families'. This procedure allows to reach an even higher Level of Detail (LOD4), but lead to some issues related to the semantic and software interoperability. To solve these problems the existing DB for the resilience of cultural heritage was extended adding a new entity representing the architectural elements designed in the BIM project.The aim of the test is to understand how the data and attributes inserted in the HBIM are converted and handled when dealing with a GIS DB, stepping from the IFC to the CityGML standard, through the FME software.</p

Training of Crisis Mappers and Map Production from Multi-sensor Data: Vernazza Case Study (Cinque Terre National Park, Italy)

This aim of paper is to presents the development of a multidisciplinary project carried out by the cooperation between Politecnico di Torino and ITHACA (Information Technology for Humanitarian Assistance, Cooperation and Action). The goal of the project was the training in geospatial data acquiring and processing for students attending Architecture and Engineering Courses, in order to start up a team of "volunteer mappers". Indeed, the project is aimed to document the environmental and built heritage subject to disaster; the purpose is to improve the capabilities of the actors involved in the activities connected in geospatial data collection, integration and sharing. The proposed area for testing the training activities is the Cinque Terre National Park, registered in the World Heritage List since 1997. The area was affected by flood on the 25th of October 2011. According to other international experiences, the group is expected to be active after emergencies in order to upgrade maps, using data acquired by typical geomatic methods and techniques such as terrestrial and aerial Lidar, close-range and aerial photogrammetry, topographic and GNSS instruments etc.; or by non conventional systems and instruments such us UAV, mobile mapping etc. The ultimate goal is to implement a WebGIS platform to share all the data collected with local authorities and the Civil Protectio

HBIM in a semantic 3D GIS database

This work describes the different attempts and the consequent results derived from the integration of an HBIM model into an already structured spatial database (DB) and its 3D visualisation in a GIS project. This study is connected to the European ResCult (Increasing Resilience of Cultural Heritage) project where a DB for multiscale analyses was defined. To test the methodology proposed, the case study of Santa Maria dei Miracoli church in Venice was chosen since it represents a complex architectural heritage piece in a risk zone, it has been subject to a vast restoration intervention in the recent past but a digital documentation and model concerning it was missing. The 3D model of the church was structured in Revit as a HBIM, with the association of different kind of information and data related to the architectural elements by means of ‘shared parameters’ and ‘system families’. This procedure allows to reach an even higher Level of Detail (LOD4), but lead to some issues related to the semantic and software interoperability. To solve these problems the existing DB for the resilience of cultural heritage was extended adding a new entity representing the architectural elements designed in the BIM project. The aim of the test is to understand how the data and attributes inserted in the HBIM are converted and handled when dealing with a GIS DB, stepping from the IFC to the CityGML standard, through the FME software