Город, который можно просчитать
Как цифровые технологии помогают предотвращать катастрофы: опыт 3D-моделирования плотины
В этом сезоне редакция VELLURE Central Asia выступила партнером образовательной инициативы КазГАСА, направленной на развитие исследовательской культуры среди студентов архитектурных и инженерных направлений.
Мы приняли участие в оценке конкурсных работ - и, откровенно, искали не академическую правильность. Нас интересовали проекты, в которых уже чувствуется мышление нового поколения: системное, технологичное и ориентированное на реальную городскую среду.
Одна из работ сразу выбилась из общего поля. Не формой подачи, а глубиной подхода. Это исследование не про абстрактную теорию - а про город, в котором мы живем, и риски, которые в нем уже существуют.
В рамках этой коллаборации мы решили дать автору возможность выйти за пределы университетской аудитории и представить свой проект в профессиональном контексте.
Перед вами - работа Асылулы Нурислама.
Мы приняли участие в оценке конкурсных работ - и, откровенно, искали не академическую правильность. Нас интересовали проекты, в которых уже чувствуется мышление нового поколения: системное, технологичное и ориентированное на реальную городскую среду.
Одна из работ сразу выбилась из общего поля. Не формой подачи, а глубиной подхода. Это исследование не про абстрактную теорию - а про город, в котором мы живем, и риски, которые в нем уже существуют.
В рамках этой коллаборации мы решили дать автору возможность выйти за пределы университетской аудитории и представить свой проект в профессиональном контексте.
Перед вами - работа Асылулы Нурислама.
Алматы - город редкой красоты и сложного характера. Его силуэт невозможно представить без гор, но именно они формируют не только визуальную идентичность, но и зону постоянного риска. Здесь природа всегда рядом - и она же требует точности в работе с территорией.
Одна из ключевых угроз - селевые потоки. Для предгорных территорий это не теоретический сценарий, а реальный процесс, способный затронуть инфраструктуру и жилые районы. Интенсивные осадки, таяние ледников и прорывы моренных озер могут за короткое время превратить воду и грунт в разрушительную силу.
Одна из ключевых угроз - селевые потоки. Для предгорных территорий это не теоретический сценарий, а реальный процесс, способный затронуть инфраструктуру и жилые районы. Интенсивные осадки, таяние ледников и прорывы моренных озер могут за короткое время превратить воду и грунт в разрушительную силу.
Автор: Асылулы Нурислам
Руководитель проекта: Шоганбекова Дания Асыгатовна
Руководитель проекта: Шоганбекова Дания Асыгатовна
Показательный случай произошел 23 июля в 02:15 - прорыв моренного озера Безымянное. По данным исследования, было выброшено около 40 тысяч кубических метров воды, а селевой поток прошел по руслу реки Каргалинка и достиг городской территории. Этот эпизод стал напоминанием о том, что даже существующие защитные сооружения требуют не только контроля, но и более точных инструментов прогнозирования.
Одним из таких объектов является Чапаевская плотина - важное гидротехническое сооружение, от состояния которого зависит безопасность части города. Традиционный осмотр фиксирует текущее состояние, но не отвечает на главный вопрос - что произойдет при критической нагрузке.
Именно на этом уровне и появляется необходимость цифрового моделирования.
Проект начался с аэрофотосъемки с использованием беспилотного аппарата Autel EVO Max 4T. Были получены детализированные изображения плотины и прилегающей территории, включая рельеф, русло реки и поверхность конструкции.
Далее данные были обработаны в программе Agisoft Metashape, где на основе снимков была создана трехмерная модель - фактически цифровая копия плотины. В процессе сформировано плотное облако из более чем 260 миллионов точек. Это позволило перейти от общего представления об объекте к его точному цифровому анализу.
Одним из таких объектов является Чапаевская плотина - важное гидротехническое сооружение, от состояния которого зависит безопасность части города. Традиционный осмотр фиксирует текущее состояние, но не отвечает на главный вопрос - что произойдет при критической нагрузке.
Именно на этом уровне и появляется необходимость цифрового моделирования.
Проект начался с аэрофотосъемки с использованием беспилотного аппарата Autel EVO Max 4T. Были получены детализированные изображения плотины и прилегающей территории, включая рельеф, русло реки и поверхность конструкции.
Далее данные были обработаны в программе Agisoft Metashape, где на основе снимков была создана трехмерная модель - фактически цифровая копия плотины. В процессе сформировано плотное облако из более чем 260 миллионов точек. Это позволило перейти от общего представления об объекте к его точному цифровому анализу.
Следующий этап - интеграция модели в ArcGIS Pro. Здесь данные о плотине были объединены с цифровой моделью рельефа Алматы, что позволило рассматривать объект в контексте реального ландшафта.
Моделирование показало, что основной поток воды проходит вдоль русла Каргалинки. Однако при увеличении объема возможен выход за его пределы. В этом случае вода распространяется по пониженным участкам рельефа, формируя потенциальные зоны подтопления. Для города это критически важная информация - она позволяет заранее выявлять уязвимые территории.
Отдельное направление исследования - анализ состояния самой плотины. Для этого был разработан алгоритм на Python с применением методов компьютерного зрения. Он анализировал изображения поверхности и автоматически выявлял участки, похожие на трещины.
В результате было обнаружено семь потенциально опасных дефектов на фронтальной и тыльной частях сооружения. При этом автор отмечает, что алгоритм может давать ложные срабатывания, принимая некоторые линейные элементы конструкции за повреждения. Это связано с ограниченной обучающей базой.
Тем не менее, сам подход показывает важный сдвиг: искусственный интеллект становится дополнительным инструментом инженера, позволяя быстрее находить зоны риска и повышать точность анализа.
Ключевая ценность проекта - в его комплексности. Дрон фиксирует состояние объекта, фотограмметрия создает цифровую модель, GIS-система моделирует поведение воды, а алгоритмы компьютерного зрения анализируют конструкцию. Вместе это формирует новую модель мониторинга - более точную, наглядную и ориентированную на предотвращение, а не реакцию.
Моделирование показало, что основной поток воды проходит вдоль русла Каргалинки. Однако при увеличении объема возможен выход за его пределы. В этом случае вода распространяется по пониженным участкам рельефа, формируя потенциальные зоны подтопления. Для города это критически важная информация - она позволяет заранее выявлять уязвимые территории.
Отдельное направление исследования - анализ состояния самой плотины. Для этого был разработан алгоритм на Python с применением методов компьютерного зрения. Он анализировал изображения поверхности и автоматически выявлял участки, похожие на трещины.
В результате было обнаружено семь потенциально опасных дефектов на фронтальной и тыльной частях сооружения. При этом автор отмечает, что алгоритм может давать ложные срабатывания, принимая некоторые линейные элементы конструкции за повреждения. Это связано с ограниченной обучающей базой.
Тем не менее, сам подход показывает важный сдвиг: искусственный интеллект становится дополнительным инструментом инженера, позволяя быстрее находить зоны риска и повышать точность анализа.
Ключевая ценность проекта - в его комплексности. Дрон фиксирует состояние объекта, фотограмметрия создает цифровую модель, GIS-система моделирует поведение воды, а алгоритмы компьютерного зрения анализируют конструкцию. Вместе это формирует новую модель мониторинга - более точную, наглядную и ориентированную на предотвращение, а не реакцию.
В дальнейшем исследование может быть расширено. Один из направлений - развитие алгоритма за счет более широкой базы изображений, адаптированной под гидротехнические сооружения. Это позволит повысить точность и снизить количество ложных сигналов.
Также перспективно более детальное моделирование водного потока с учетом скорости, объема и времени распространения, а также поведения твердых масс.
Среди инженерных решений автор выделяет каскадные селезадерживающие сооружения. Их принцип - размещение выше основной плотины дополнительных барьеров, которые поэтапно снижают скорость потока и задерживают твердый материал. В результате основная плотина принимает на себя уже ослабленную нагрузку.
Для Алматы, где городская структура напрямую связана с горным ландшафтом, такие решения становятся частью системного подхода к безопасности.
Также перспективно более детальное моделирование водного потока с учетом скорости, объема и времени распространения, а также поведения твердых масс.
Среди инженерных решений автор выделяет каскадные селезадерживающие сооружения. Их принцип - размещение выше основной плотины дополнительных барьеров, которые поэтапно снижают скорость потока и задерживают твердый материал. В результате основная плотина принимает на себя уже ослабленную нагрузку.
Для Алматы, где городская структура напрямую связана с горным ландшафтом, такие решения становятся частью системного подхода к безопасности.
Современный город требует не только эстетики, но и точности. Не только архитектуры, но и сценариев. Не только формы, но и понимания того, как ведет себя среда в критических условиях.
Цифровая модель плотины в этом контексте - не просто технический проект. Это пример того, как данные начинают работать на безопасность. Как город можно не только проектировать, но и просчитывать.
Цифровая модель плотины в этом контексте - не просто технический проект. Это пример того, как данные начинают работать на безопасность. Как город можно не только проектировать, но и просчитывать.
