7.3Геоинформационные системы

Геоинформационные системы (ГИС) предназначены для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных географических данных и свя­занной с ними информации. Инструменты ГИС обеспечивают систематизирован­ное хранение, поиск, анализ и редактирование цифровых карт, а также дополни­тельную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, количество жильцов, расположение транспортных коммуникаций и т. п. ГИС включают в себя системы управления базами данных, сопряженные с редакторами растровой (например, аэрофотоснимков) и векторной (карты высот, коммуникаций, планов населенных пунктов) графики и аналитических средств. ГИС широко применяются в различных отраслях, в том числе напрямую не связанных с проек­тированием: картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, строитель­стве, управлении транспортом и т. п.

Отраслевая ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами. Среди них – инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, монито­ринг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегриро­ванные ГИС совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интег­рированной среде.

Наибольшее распространение получили так называемые масштабно-незави­симые ГИС, основанные на множественных представлениях пространственных объектов, и обеспечивают графическое или картографическое воспроизведение данных в любом из выбранных масштабов, на основе единого набора данных с наибольшим пространственным разрешением.

В практике проектирования ГИС получили широкое распространение в строи­тельстве, проектировании дорожных сетей, магистральных трубопроводов и ли­ний электропередач. Пример использования систем ГИС показан на Рис. 7 .33.

Рис. 7.33. Совмещенная векторная карта дорожных коммуникаций и данных аэрофотосъемки

8Cae – инженерные расчеты

CAE (англ. Computer-Aided Engineering) – это разнообразные программные про­дукты, обеспечивающие выполнение инженерных расчетов и физически подоб­ной симуляции функционирования проектируемых изделий, проверки их рабо­тоспособности, прогнозирования длительности жизненного цикла, определения рабочих характеристик на этапе проектирования до изготовления опытных образ­цов и их испытаний, оптимизации этих характеристик. Расчетная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравне­ний: методе конечных элементов, конечных объемов, конечных разностей и т. д. Это обусловлено тем, что расчетные системы, построенные на основе численных методов, в отличие от аналитических, практически не зависят от геометрической конфигурации анализируемого изделия.

Отдельно стоит выделить системы симуляции и моделирования сложных тех­нологических процессов, таких как литье металлов и пластмасс, штамповка, хими­ческое фрезерование и т. д. Особенностью подобных расчетов является совместное решение задач, описывающих различные физические процессы – гидродинами­ческие течения, отверждение, теплоперенос, химические реакции полимеризации и прочее.

Наряду с расчетом конструкций компьютерное моделирование и симуляция могут использоваться и для оптимизации проектов. Оптимизацию можно про­водить для задач статики, устойчивости, установившихся и неустановившихся динамических переходных процессов, собственных частот и форм колебаний, акустики и аэроупругости. Все это делается одновременно, путем вариации пара­метров формы, размеров и других свойств проектируемого изделия. Эффектив­ные алгоритмы оптимизации обрабатывают любое количество проектных пара­метров и ограничений. Вес, напряжения, перемещения, собственные частоты и многие другие характеристики могут рассматриваться либо в качестве целевых функций проекта (в этом случае их можно минимизировать или максимизиро­вать), либо в качестве ограничений. Алгоритмы анализа чувствительности позво­ляют исследовать влияние различных параметров на поведение целевой функции и управлять процессом поиска оптимального решения. Кроме того, компьютер­ное моделирование применяется для планирования экспериментов (определение мест расположения датчиков) и оценки полноты полученных эксперименталь­ных данных.

Таким образом, численное моделирование задач прочности существенно эко­номит время, ресурсы, позволяет сократить объемы натурных испытаний, а также более тщательно оптимизировать конструкции.