Espoon 3D-dataa saa nyt avoimesta rajapinnasta

Maailman ensimmäinen avoin CityGML-rajapinta tuo Espoon rakennukset, liikenneväylät ja jopa lyhtypylväät sisältävän 3D-datan kaikkien käyttöön. Aina ajan tasalla oleva 3D-Espoo toimii asemakaavojen ja yhdyskuntasuunnittelun pohjana, mutta avointa rajapintaa voi hyödyntää myös missä tahansa verkkopalvelussa.

Espoon paikkatietoyksikön päällikkö Mirja Metsälä napsauttaa esittelyvideon pyörimään. Ei, tämä ei ole ilmakuvaa Espoosta, vaan ihka oikea 3D-malli koko kaupungista. Viimeinenkin epäilys karisee, kun Keilaniemen fotorealistisen kaupunkinäkymän läpi näkyvät myös länsimetron maanalaiset tunnelit.

Jos vuonna 2017 avoimena datana julkaistu 3D-Helsinki teki vaikutuksen, on helmikuussa 2019 kaikkien saataville ilmestynyt 3D-Espoo vielä täydellisempi kuvaus fyysisestä kaupungista. Mukana ovat rakennusten, maanpinnan ja vesistöjen lisäksi niin kaupungin kaavoitustiedot, liikenneväylät, maalämpökaivot kuin lyhtypylväät.

Koko kaupungin suunnittelu on nyt harppaamassa kaksiulotteisista kartoista 3D-aikaan. Tiheästi rakennetuilla alueilla tämä on välttämätöntä, sillä toimintoja sijoitetaan useampaan kerrokseen. “3D-ympäristössä esimerkiksi maanalaisten tonttien luominen on helppoa”, Mirja Metsälä kertoo.

Espoon rajapinta on tiettävästi maailman ensimmäinen avoin rajapintapalvelu, josta saa ulos CityGML-dataa. “Me sanomme, että Euroopan ensimmäinen, kun emme ole ihan varmoja Australiasta”, Metsälä kertoo. CityGML on Open Geospatial Consortiumin (OGC) hallinnoima avoin standardi 3D-kaupunkimallidatan siirtoon eri järjestelmien välillä.

Myös Espoon mallin tarkkuus on huippuluokkaa. CityGML-standardin tarkkuustasot ovat LOD (Level of Detail) 0-3. Espoon malli on tarkinta LOD3-tasoa. Käytännössä se tarkoittaa, että esimerkiksi rakennusten mallinnuksen kipupiste, talojen räystäät, ovat mallissa kohdillaan. Myös rakennusten katot ja julkisivut näyttävät siltä kuin luonnossakin. Rakennusten, teiden ja kasvillisuuden pintatekstuurit ovat peräisin vuonna 2017 tehdystä koko Espoon kattavasta viistoilmakuvauksesta 1,5 kilometrin korkeudesta. “Pohja-aineistoa päivitetään jatkuvasti, ja rajapinnan aineisto päivittyy neljä kertaa vuodessa”, kertoo Metsälä.

Tarkkuustasot LOD0-LOD3
CityGML-mallin tarkkuustasot (Level of Detail) ovat LOD0-LOD3.

Vuosien urakka

Usein rajapintojen rakentaminen onnistuu pelkästään pienellä tietojärjestelmän muokkauksella. Rajapinta kaupungin 3D-dataan on kuitenkin kertaluokkaa suurempi urakka, varsinkin kun se tehdään yhtä pieteetillä kuin Espoossa. Helmikuussa 2019 tuotantokäyttöön avattu rajapintapalvelu on vain jäävuoren huippu.

Mirja Metsälä kertoo, että pohjatyö alkoi vuonna 2014. “3D-suunnittelu oli jo silloin arkipäivää, mutta lakisääteiset pohja-aineistot, kuten kaavoituksen kantakartta, olivat kaksiulotteisia aineistoja.” Espoo päätti tuolloin siirtää kaupungin rekisterit suoraan 3D-aikaan. “Aloimme kehittää sekä ohjelmistoja että meidän omaa toimintatapaamme niin, että nyt me ylläpidämme tätä 3D-mallia samoilla resursseilla kuin aikaisemmin kaavoituksen pohjakarttana toiminutta 2D-kantakarttaa.”

3D-mallia päästiin rakentamaan, kun kaupungin paikkatietopäällikkö Jani Havukainen innosti Espoon käyttämän Trimble Locus -ohjelmiston kehittäjät rakentamaan ohjelmistoonsa 3D-ominaisuuksia. Kuntien perustiedon hallintaohjelmisto sai uusia kykyjä, ja ensimmäinen, LOD1-tasoinen laatikkomainen 3D-malli Espoosta syntyi vuonna 2015 “lähes nappia painamalla”. “Rakennusten sokkelien alueet ja kerrosluku vain haettiin kaupungin rekistereistä”, Metsälä selittää. Ensimmäiset palaset LOD3- tasoista 3D-Espoota syntyivät Havukaisen ja hänen kesäharjoittelijansa kokeiluna.

Vuonna 2016 alkoi Metsälän johtaman paikkatietoyksikön karttatiedon käsittelijöiden koulutus 3D-mallintamiseen. “Moni oli piirtänyt koko työuransa 2D-karttoja.” Nyt koko henkilöstö on perehtynyt 3D-mallinnuksen saloihin.

Mirja Metsälä avaa 3D-mallin ylläpitotyökaluun pienen palan Espoota. Aivan tavallinen 2D-karttanäkymä on niin sanottu kantakartta, jonka ylläpito kuuluu kunnan lakisääteisiin tehtäviin. Metsälä etsii kartalle piirretyn lyhtypylvään, määrittelee sen lyhytpylvääksi ja hakee sille ohjelmakirjastosta ulkoasun. Nyt kartan piirrosmerkistä onkin tullut 3D-objekti, joka siirtyy rajapinnan kautta saatavaan 3D-malliin seuraavan päivityksen yhteydessä. Rakennukset vaativat hiukan enemmän käsityötä, vaikka mallinnuksen pohjatyö onkin automatisoitu. “Noin 70 % kaupungin rakennuksista on tällä hetkellä tarkastettu käsin”, Metsälä kertoo. Koko urakan pitäisi olla valmis vuonna 2020.

Softaa yhteistyönä

Espoon pioneerityö on vaatinut paljon ohjelmistokehitystä ja ohjelmistotoimittajien välistä yhteistyötä. Haastetta on helpottanut se, että monen suomalaiskaupungin perustietojensa hallintaan käyttämän Trimble Locus -ohjelmiston kehitystä tehdään aivan Espoon paikkatietoyksikön naapurissa, Kehä 1:n toisella puolella. Toinen espoolaisyritys, Terrasolid, taas on maailman markkinajohtaja laserkeilausaineistojen käsittelyohjelmistoissa. Kaupungin 3D-mallin voi rakentaa yläilmoista tehdyn laserkeilauksen pistepilvestä, mutta esimerkiksi rakennuksia varjostavat puut tuottavat hankaluuksia. “Terrasolidin toisella ohjelmalla, TerraPhotolla, taas voidaan hakea parhaat palat miljoonista viistoilmakuvista rakennusten seiniin”, Metsälä kertoo.

Lopulta 3D-mallin tuotannossa päädyttiin mutkikkaalta kuulostavaan ratkaisuun. “Rakennuksen vektorimuotoinen sokkelilinja viedään Trimble Locuksesta TerraPhotoon, teksturoidaan seinä ja tuodaan se takaisin Locukseen.” Lopputuloksena syntyneeseen 3D-malliin lisätään kaupungin rekistereistä vielä erilaista ominaisuustietoa, esimerkiksi rakennusten rakennusvuosi ja katuosoite. Trimble Locus -ohjelmisto sai myös avoimen WFS-rajapinnan, josta 3D-dataa saa ulos CityGML-standardin mukaisessa muodossa.

Espoon ja paikallisten ohjelmistoyritysten yhteisen kehitystyön tuloksista pääsevät nauttimaan muutkin. Trimble Locus on käytössä monissa muissakin suomalaiskaupungeissa. “Tämä oli tosi hieno juttu”, Metsälä iloitsee kaupungin ja softatoimittajien välisestä yhteistyöstä.

Aluksi ammattilaisille

Mitään jokamiehen huvia rajapinnan hyödyntäminen ei ole – vielä. Vaikka CityGML on kaupunkien ja ohjelmistovalmistajien yhdessä luoma kaupunkimallistandardi, toistaiseksi vain harva ohjelmisto tukee uutta tiedostomuotoa. Mirja Metsälä kertoo, että mallia pääsee katselemaan esimerkiksi FZK-Viewer-ohjelmistolla. Kesällä 2019 testataan myös mallin katselupalvelua, aluksi kaupungin omassa sisäverkossa. “Katselupalvelu on tulossa myös julkiseen internetiin”, lupaa Metsälä.

Mallia voi katsella FZK-Viewer-ohjelmistolla.
Mallia voi katsella FZK-Viewer-ohjelmistolla.

Espoon 3D-mallin julkistus herätti huomiota, mutta moni ehti jo pettyä, kun ei päässytkään lentämään 3D-Espoon halki esittelyvideolla nähtyyn tapaan. “Vuoden päästä se onnistuu”, Metsälä lupaa.

Alkuvaiheessa avoin rajapinta onkin suunnattu lähinnä yhdyskuntasuunnittelun ammattilaisten käyttöön. “Tavoite on, että Espoota suunnitellaan mahdollisimman hyvällä aineistolla.” Ensimmäisiä rajapinnan hyödyntäjiä ovat isot konsulttitalot, jotka osaavat muokata datan suunnitteluohjelmistojensa ymmärtämään muotoon, sekä kaupungin oma organisaatio. “Idea on, että 3D-malli toimii kaupunkisuunnittelijoiden visualisointityökaluna. Uudet suunnitelmat tuodaan olemassa olevaan kaupunkimalliin, kun niitä esitellään päättäjille tai kaupunkilaisille.”

Aina ajan tasalla oleva ja itse ylläpidetty 3D-Espoo tuo säästöä kaupungin suunnittelukustannuksiin. “Nyt ei enää tarvitse tilata konsultilta 3D-mallia suunnittelualueen ympäristöstä erikseen joka hanketta varten. Malli on aina saatavissa suunnitelmien visualisointia ja päätöksentekoa varten. Kun ympäristö tai suunnitelmat muuttuvat, malli on ajan tasalla.” Hyötyjiä ovat myös vaikkapa omakotirakentajat, jotka pääsevät nyt ihailemaan talosuunnitelmaansa todellisessa kaupunkimiljöössä.

Vaikka avoin rajapinta on maksutta kaikkien käytössä, tilaavat esimerkiksi arkkitehdit Espoon 3D-aineiston edelleen maksullisina siirtotiedostoina suunnittelijoille tutummissa Sketchup- ja DWG-formaateissa. “Tarkoitus on kehittää opastusta ja mahdollisesti valmiita työkaluja yleisimpiin tiedostomuunnoksiin”, Metsälä kertoo.

Tulevaisuudessa peliareenaksi

Moni eurooppalainen kaupunki on jo saanut oman 3D-mallin, mutta alati muuttuvilla kaupunkiseuduilla mallit vanhenevat nopeasti. Espoo lähti rakentamaan omaa malliaan jatkuva ylläpito mielessään. “Jos kaupungin paikkatiedon ylläpito on erillään 3D-mallista, uudet rakennukset pitää lisätä erikseen molempiin. Meillä ne ovat sama asia.”

3D-Otaniemeä
3D-Otaniemeä. Värit kuvaavat alueiden asemakaavan mukaisia käyttötarkoituksia.

Yleensä kaupunkien 3D-mallit keskittyvät rakennuskantaan, mutta Espoossa mallissa ovat mukana myös liikenneväylät, vesistöt, katukalusteet ja maankäyttötiedot. Ainutlaatuista on myös avoin rajapinta, jonka avulla aina ajantasaisen 3D-Espoon voi kytkeä mihin tahansa digipalveluun.

Mirja Metsälä arvioi, että viiden vuoden kuluttua Espoon pioneerityö on saanut seuraajia muistakin kaupungeista ja mallille on ilmaantunut käyttöä myös yhdyskuntasuunnittelun ulkopuolelta. Metsälä on käynyt esittelemässä mallia esimerkiksi HRI:n paikkatietoaiheisessa kehittäjätilaisuudessa. “Sovelluskehittäjät olivat kyllä kiinnostuneita. Vaikka he tykkäävät REST-rajapinnoista, he olivat sitä mieltä, että standardoitu CityGML on ihan hyvä.”

Myös CityGML-kehitystyössä tiivisti mukana olevan Karlsruhen yliopiston tutkijat ovat ottaneet yhteyttä. “He halusivat kokeilla rajapintaa. Tämä on ensimmäinen käytännön sovellus.”

Entä missä käytössä rajapinnan rakentajat haluaisivat sen tulevaisuudessa nähdä? “Meidän virastopäällikkömme toivoo Minecraft-Espoota”, Metsälä paljastaa. Kaupunkien 3D-mallien päätyminen pelimaailmoiksi ei ole kaukaa haettu ajatus. “Varsinkin sitten, kun aineistoja saa useammasta kaupungista.”

Näin syntyi 3D-Espoon avoin rajapinta

  • 2014 Espoo aloittaa kaupungin 3D-mallin rakentamisen.
  • 2015 LOD1-tasoinen malli valmis.
  • 2016 3D-mallia hyödyntämistä kokeillaan Vermonrinteen suunnittelussa, Espoon karttatiedon käsittelijät opiskelevat 3D-mallinnusta.
  • 2017 Espoo, Terrasolid ja Trimble tekevät ohjelmistokehitystä yhdessä, avoimen standardin CityGML valitaan tiedostoformaatiksi.
  • 2018 Beta-rajapinta tarjoaa teksturoitua LOD3-tasoista dataa kaupungin suunnittelualueilta.
  • 2019 Koko kaupungin kattava avoin rajapinta tuotantoon, yli 70 % automaattimallinnetuista rakennuksista on tarkastettu käsin.
  • 2020 Kaikki Espoon rakennukset tarkastettu ja mukana 3D-mallissa, katselupalvelu 3D-dataan suurelle yleisölle.

Mirja Metsälän vinkit kaupunkien rajapintojen rakentajille

  1. “Rajapintoja ei tehdä suurelle yleisölle. Tarvitaan tarkasti kohdennettua viestintää, että tavoitetaan ne ammattikäyttäjät, joita rajapinnat voisivat palvella. Espoon 3D-rajapintaa promotaan some-kanavissa, käymme puhumassa alan koulutustilaisuuksissa ja suunnittelukonsultit ovat käyneet meillä kylässä.”
  2. “3D-rajapinta on rakennettu osaksi Espoon operatiivista toimintaa. Ylläpidon miettiminen on oleellinen osa rajapinnan rakentamista.”
  3. ”Rajapinnalla pitää olla käyttöä, ei sitä muuten kannata tehdä.“