8. Классификация информационных технологий

К числу компонентов ИТ относят также компьютерную технику, средства коммуникаций, офисное оборудование и специфические виды услуг – информационное, техническое и консультационное обслуживание, обучение и т.п. Развитие ИТ способствовало их быстрому распространению и эффективному использованию в управленческих и производственных процессах, практически к повсеместному применению и большому многообразию. ИТ в настоящее время можно классифицировать по ряду признаков:

1. По способам построения компьютерной сети:

   1. Локальные (несколько компьютеров связаны между собой);

   2. Многоуровневые (сети разных уровней подчинены друг другу);

   3. Распределенные (сети автоматизированных банков данных, например, банковские, налоговые и др. службы).

2. По виду технологии обработки информации (в программном аспекте):

   1. Текстовая обработка;

   2. Электронные таблицы;

   3. Автоматизированные банки данных;

   4. Обработка графической информации;

   5. Расчеты и моделирование;

   6. Мультимедийные системы;

   7. Другие системы (экспертные, системы программирования, интегрированные пакеты).

3. По типу пользовательского интерфейса (т.е. с точки зрения возможностей доступа пользователя к информационным и вычислительным ресурсам):

   1. С командным интерфейсом – пользователь подает команды компьютеру, а тот выполняет их и выдает результат пользователю. Командный интерфейс реализуется в виде пакетной технологии и технологии командной строки.

   2. С WIMP-интерфейсом (Window – окно, Image – картинка, Menu – меню, Pointer – указатель) – ведение диалога с пользователем с помощью графических образов – меню, окон, других элементов. Примером ИТ с WIMP интерфейсом является операционная система MS Windows.

   3. С SILK-интерфейсом (Speech – речь, Image – картинка, Language – язык, Knowledge – знание). Он наиболее приближен к обычной, человеческой форме общения. В рамках этого интерфейса идет «разговор» человека и компьютера. Разновидности SILK – интерфейс на основе речевой (команды подаются голосом путем произнесения специальных зарезервированных слов – команд) и биометрической технологий (для управления компьютером используется выражение лица человека, направление его взгляда, размер зрачка, рисунок радужной оболочки глаз, отпечатки пальцев и другая уникальная информация). Изображения считываются с цифровой видеокамеры, а затем с помощью специальных программ распознавания образов из этого изображения выделяются команды).

9. Основные тенденции развития информационных технологий

В настоящее время наблюдается тенденция к объединению различных типов информационных технологий в единый компьютерно-технологический комплекс, который носит название интегрированного. Особое место в нем принадлежит средствам телекоммуникации, обеспечивающим не только чрезвычайно широкие технологические возможности автоматизации управленческой деятельности, но и являющимся основой создания самых разнообразных сетевых вариантов ИТ.  Подобно тому, как железные и шоссейные дороги определяли экономику начала века, инфраструктуру современной экономики составляют телекоммуникационные технологии, обеспечивающие дистанционную передачу данных на базе компьютерных сетей и современных технических средств связи. Одна из наиболее важных тенденции в их развитии – это процесс слияния локальных, местных и глобальных компьютерных сетей, который существенно влияет на масштабность экономических процессов, деятельность корпораций и фирм. Это объединение происходит благодаря распространению технологии сети Интернет как наиболее удобного средства взаимодействия различных информационных систем.  Зарубежные специалисты выделяют 5 основных тенденций развития ИТ:

1. Первая тенденция связана с изменением характеристик информационного продукта,  который все больше превращается в гибрид между результатом расчетно-аналитической работы и специфической услугой, предоставляемой индивидуальному пользователю ПК.

2. Отмечаются способность к параллельному взаимодействию логических  элементов  ИТ,  совмещение  всех  типов  информации (текста, образов, цифр, звуков) с ориентацией на одновременное восприятие человеком посредством органов чувств.

3. Прогнозируется ликвидация всех промежуточных звеньев на пути от источника информации к ее потребителю, например, становится возможным непосредственное общение автора и читателя, продавца и покупателя, певца и слушателя, ученых между собой, преподавателя и обучающегося, специалистов на предприятии через систему видеоконференций, электронный киоск, электронную почту.

4. В качестве ведущей называется тенденция к глобализации информационных технологий в результате использования спутниковой связи и всемирной сети Интернет, благодаря чему люди могут общаться между собой и с общей базой данных, находясь в любой точке планеты.

5. Конвергенция рассматривается как последняя черта современного процесса развития ИТ, которая заключается в стирании различий между сферами материального производства и информационного бизнеса, в максимальной диверсификации видов деятельности фирм и корпораций, взаимопроникновении различных отраслей промышленности, финансового сектора и сферы услуг.

ЛЕКЦИЯ 2 Современные компьютерные технологии, используемые при изысканиях и проектировании линейных сооружений.

Изыскание и проектирование линейных сооружений представляет собой комплексную задачу, включающую:

- обработку исходных данных инженерно-экономических, геодезических, геологических и экологических изысканий, используемых при проектировании трассы, искусственных сооружений (малых и средних мостов, водопропускных труб, защитных сооружений и т. д.), узлов и станций, инженерных сетей и других видов сооружений, обеспечивающих эксплуатацию линейных сооружений;

- расчеты экономические, вариантные, конструктивные;

- проектирование линейных сооружений.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Обработка исходных Расчеты Проектирование

данных

Графические программы Расчетные программы и

и программные комплексы: программные комплексы:

AutoCAD

АРХИ CAD КОСМОС

Компас ЛИРА (SCAD)

CREDO CREDO

Surfer -803

Robur

ГИС КАМАТ

Использование современных компьютерных технологий позволяет снизить затраты на проектирование, строительство и эксплуатацию, за счет разработки наиболее рациональных вариантов с учетом всех природных и инженерных факторов, а также повысить качество проектной документации.

Графические программы

Программа AutoCAD. Первая версия программы была выпущена в 50-х годах прошлого века и предназначалась для машиностроительного проектирования. Данная программа относится к первому поколению. Графическое построение в основном осуществляется механическим путем. В настоящее время имеет самое широкое распространение. Используется для создания любых чертежей: машиностроительных, строительных, дизайнерских, электрических схем и т д. Программа совместима со всеми видами других программ (может экспортировать, импортировать полученные чертежи. модели). Позволяет строить двух и трех мерные модели (3D).

АРХИ CAD - программа второго поколения предназначена для проектирования зданий и сооружений, может быть использована для ландшафтного проектирования (включает графику и расчет). Позволяет строить трехмерные модели.

Программа «Компас». Относится также к первому поколению программ. Незначительно отличается от AutoCADа.

Программный комплекс «CREDO» разработан научно-производственным объединением «Кредо-диалог» (Белорусь, г. Минск). Данный комплекс относится к программным продуктам второго поколения. Данный комплекс предназначен для обработки инженерных изысканий и проектирования автомобильных и железных дорог. В настоящее время программный комплекс «CREDO» включает в себя программы:

CREDO ГЕНПЛАН – предназначен для проектирования генеральных планов объектов любого назначения;

CREDO КОНВЕРТЕР – предназначен для обмена данными между программами CREDO и другими программными продуктами;

CREDO ЛИНЕЙНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ предназначена для создания цифровой модели местности инженерного назначения и выпуск топографических планов;

CREDO ДОРОГИ – предназначена для проектирования нового строительства и реконструкции автомобильных дорог всех технических категорий, транспортных развязок, городских улиц и магистралей;

CREDO-DAT – ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ – предназначена для выполнения камеральной обработки инженерно-геодезических данных;

ТРАНСКОР - ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КООРДИНАТ - предназначен для трансформации геоцентрических, геодезических и прямоугольных координат, определения параметров трансформации.

ЗЕМПЛАН – ЗЕМЛЕУСТРОИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ – предназначен для расчета площадей земельных участков, создания и печати графических и текстовых документов при инвентаризации земель;

НИВЕЛИР – ОБРАБОТКА ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ – предназначена для обработки полевых измерений при геометрическом нивелировании I-IY классов (как технического, так и высокоточного инженерного), выполняемого обычными и цифровыми нивелирами;

CREDO-TER – ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ МЕСТНОСТИ – предназначена для обработки результатов площадных и линейных изысканий, создания и редактирования цифровой модели местности инженерного назначения, получения на ее основе топографических планов, подготовка планов для кадастровых, землеустроительных, градостроительных систем, систем автоматизированного проектирования;

CREDO- GEO – ОБЪЕМНАЯ ГЕОЛОГИЧЕКАЯ МОДЕЛЬ – моделирование геологического строения площадки или полосы изысканий, построение чертежей инженерно-геологических колонок и разрезов, экспорт геологического строения по разрезам в проектирующие системы;

CREDO- КОЛОНКА – ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕКАЯ КОЛОНКА – ввод данных по инженерно-геологическим выработкам, оформление и выпуск чертежей инженерно-геологических колонок, обмен геологическими данными с другими системами;

CREDO- GEO ЛАБОРАТОРИЯ – обработка инженерно-геологических данных, предназначена для ввода, хранения и обработки лабораторных данных инженерно-геологических изысканий, выпуска отчетной документации, импорта и экспорта данных для связи с другими системами CREDO.

Surfer -803 – предназначена для построения объемной цифровой модели местности, геологического строения территории.

Robur – предназначена для проектирования железнодорожных линий – программа третьего поколения.

ГИС КАМАТ – географическая информационная система (КАртографо-Математический Анализ Территорий). Программный комплекс имеет модульную структуру и реализован в виде автоматизированных рабочих мест (АРМов). Для каждой подсистемы разработаны свои АРМы. Вся информация о топографических объектах разбита на два класса семантическая (характеристики объектов) и метрическая (координаты объектов). Используя запросную систему АРМ- территория, можно создать различные варианты тематических карт, в том числе инженерно-геологических, которые дополняются текстовыми отчетами.

Решение инженерно-геологических задач с использованием ГИС-технологий условно можно подразделить на пять групп:

1. Создание всех видов собственно геологических и тематических карт.

2. Решение задач геологического прогнозирования.

3. Создание карт и геологической информации : а)- по административным районам; б) по геологическим структурам.

4. Создание двух и трехмерных моделей геологического строения для подсчета запасов полезных ископаемых (месторождений строительных материалов);

5. Мониторинг инженерно-геологической среды.

Первые инженерно-геологические карты компьютерного изготовления появились в конце 70-х начале 80-х годов. Геологические карты создаются на основе топографических карт соответствующего масштаба. При этом на карте при помощи специальных обозначений выделяются морфоструктуры: водоразделы, долины, террасы, и т. д., а также опасные физико-геологические процессы: оползни, сели, обвалы, карст и т. д.

В качестве точечных объектов для описания геологического строения естественные обнажения или разведочные выработки: скважины, шурфы, дудки и т.д., результаты зондирования и т.д. На основе собранной точечной информации формируются характеристики, в структуре которых присутствуют: название горной породы, ориентировка тела в пространстве, наличие границы тела, ее состав и физико-механические характеристики.

К группе простых геологических задач относится проблема моделирования поверхности. Среди основных способов пространственного моделирования можно выделить: интерполяцию на основе триангуляции Делоне, интерполяцию с помощью аналитических сплайнов (D – сплайнов), обобщенную средневзвешенную интерполяцию, кусочно-полиноминальное сглаживание, кригинг.

В качестве программного обеспечения для решения задач пространственного моделирования используются специальные разработки типа MAG, SURFER и др. ГИС также имеет специальные модули для построения карт изолиний и поверхностного тренда.

К группе сложных задач относятся подсчеты запасов месторождений строительных материалов и другие информационно-аналитические задачи, для решения которых используются методы математического моделирования для числового описания геологического строения на основе использования ряда программных продуктов: Geoblok, ГИС MapInfo и др.

Программа Geoblok - имеет расширенный набор средств моделирования представляя возможности подсчета запасов месторождений строительных материалов различными способами: среднеарифметическим или суммарным, разрезов, треугольников Болдырева, объемной палетки Соболевского, регулярных блоков, тетраэдров. Методика расчета запасов по способу разрезов (вертикальных или горизонтальных) предусматривает следующую последовательность действий :

- выделение рудных интервалов вдоль скважин и борозд опробования;

- расчет координат проб по данным инклинометрии и маркшейдерских замеров, оконтуривание рудных тел и блоков, определение средневзвешенных показателей в заданных контурах, подсчет запасов.

База данных детальной и эксплуатационной оценок формируется в Mikrosoft Excel или Access. Наиболее трудоемким является процесс ввода первичной информации с колонок документации скважин и журналов опробования горных выработок.

КОСМОС – предназначен для расчета любых элементов конструкций.

ЛИРА (SCAD) – предназначена для расчета элементов конструкций (ферм, колонн, перекрытий и т.д.);

Расчетные программы CREDO

ГРИС – Гидравлический расчет труб и малых мостов – включает в себя комплекс расчетных программ, позволяющий выполнить расчеты стоков дождевых паводков и талых вод, рассчитать пропускную способность малых искусственных сооружений, круглой трубы, прямоугольной трубы, малого моста.

ОСАДКА – ОСАДКА НАСЫПИ НА СЛАБОМ ОСНОВАНИИ – моделирование дорожной насыпи на болотных грунтах при проектировании автомобильных дорог в болотистой местности и анализе вариантов проектных решений с использованием торфяной залежи в качестве основания насыпи.

ОТКОС – устойчивость откосов земляного полотна автомобильных и железных дорог

УВС – ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОДНОЙ СРЕДЫ – расчет уровня загрязненности водных объектов;

РАДОН – расчет дорожной одежды - автоматизированное проектирование и расчет дорожных одежд нежесткого типа (для автодорог);

ZNAK - проектирование индивидуальных дорожных знаков (для автодорог);

МОРФОСТВОР – РАСЧЕТ МОРФОСТВОРА автоматизация обработки гидрогеологических данных по морфостворам рек.

МОСТ _ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ – проектирование мостового и пролетного строения, крайних и промежуточных опор, сопряжения моста с насыпью подходов, регуляционных сооружений.

Лекция 3

Последовательность автоматизации процесса проектирования.

Проектирование железнодорожных магистралей представляет собой комплексную задачу, включающую:

- обработку исходных данных для проектирования трассы, искусственных сооружений (малых и средних мостов, водопропускных труб, подпорных и других защитных сооружений и т.д.), узлов и станций, инженерных сетей и других видов сооружений, обеспечивающих эксплуатацию железнодорожных линий.

- расчет, проектирование и представление материалов каждого отдельного элемента железной дороги выполняется в соответствии с действующими СНиПами (в будущем регламентами) и с использованием определенных расчетных моделей.

Целью автоматизации процесса проектирования является повышение качества проектов, снижение затрат на проектирование, строительство и эксплуатацию линейных сооружений за счет разработки наиболее рациональных вариантов, учитывающих совокупность всех природных и инженерных факторов.

1. Обработка исходных данных и их представление в виде отдельных файлов, программ.

Основой для проектирования являются результаты инженерных изысканий. Их обработка - один из наиболее важных этапов. Можно разработать точные и сложные алгоритмы расчета, но если в исходных данных допущена ошибка, то запроектировать рациональное сооружение не удастся. Для автоматизации проектирования используются следующие материалы:

- Текстовые – отчеты об инженерно-экономических, инженерно-геодезических, геологических и экологических изысканиях. Текстовые документы представляют собой, начальную информацию. На подготовительном этапе предпроектных работ это, в основном опубликованные или архивные материалы изысканий выполненных ранее. Обработка этих материалов заключается в проверке их достаточности, точности достоверности, статистической обработке с использованием существующих программ и алгоритмов.

Например:

- в данных инженерно-геологических изысканий представлены паспорта буровых скважин с глубиной проходки 8,0 м. Предполагается, что на данном участке трасса пройдет в выемке глубиной 10 м. Следовательно, представленные результаты являются недостаточными для проектирования выемки;

- предполагается разработать долинный ход, по первой надпойменной террасе, в архивных данных имеются результаты геологического строения террасы, выполненные 5 лет назад, анализ газетных материалов свидетельствует, что в данном районе, после ливневых дождей наблюдался сход оползней, следовательно, геологическое строение на этом участке претерпело изменение.

- в архивных данных представлены результаты испытания грунтов участка строительства двумя организациями, результаты испытаний значительно отличаются, необходимо выбрать наиболее достоверные.

- Графические материалы – дешифровка аэрофотоматериалов и данных космической съемки, топографические карты, инженерно-геологические колонки, инженерно-геологические и гидрогеологические и экологические карты и разрезы, графики испытания грунтов, результаты зондирования и т. д.

- Аэрокосмическая съемка геотехнических систем выполняется по схеме: предпроектное состояние- кадастр-динамика-прогноз- рекомендации по инженерной защите- разработка конструкций и технологии инженерной защиты на всех стадиях создания и функционирования сооружений. Используемые при этом технологии включают в себя: многозональную аэрофотосъемку, тепловую инфракрасную аэросъемку, спектальную аэрофотосъемку, перспективную аэрофотосъемку с использованием космической фотосъемки и наземных экспедиционных исследований. Фотограмметрическая, оптико-электронная и тематическая обработка материалов съемки позволяют изготовлять кадастровые, динамические, и прогнозно-оценочные картографические и цифровые модели состояния геотехнических систем с назначением мероприятий по инженерной защите сооружений и окружающей среды. Для выполнения этих работ и обработки результатов используется следующая аппаратура и программное обеспечение:

- многозональные аэрофотосъемочные цифровые камеры (МСК-3);

- многозональный синтезирующий проектор (МСП-4);

- прецизионная камера (для фотограмметрической обработки и преобразования изображений ППА-Б);

- стереокомпараторы, стреометрографы ,

- комплекс цифровой обработки изображений (Свит-Изот 106 ОС)

Использование аэрокосмической съемки геотехнических систем позволяет:

- обосновать строительство проектируемых сооружений большого протяжения большого протяжения;

- выбирать их направление в экстремальных инженерно-геологических условиях (в сейсмических районах, районах тектонической раздробленности, карста, оползней, обвалов, селей, мерзлотных процессов);

- проводить экологическую экспертизу проектных материалов и эксплуатируемой линии.

- Топографические карты, инженерно-геологические колонки, инженерно-геологические и гидрогеологические и экологические карты и разрезы в автоматическом режиме строятся по результатам, как дешифровки аэрофото- или космической съемки, так и полевым наземным исследованиям. Процесс автоматизации этих построений базируется на использовании существующих программных комплексов.

В большей части это графические или графо-математические программы.