Алексей Улазовский.Диплом / 3 раздел

43

3.КАМЕРАЛЬНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

3.1 Программные комплексы, используемые при камеральной обработке.

По окончанию полевых работ начинается процесс камеральной обработки, а именно занесение данных в соответствующее программное обеспечение с их последующей обработкой.

Основное предназначение программ, подходящих для данной деятельности - составление топографического плана или цифровой модели местности. Различие состоит только в интерфейсе. В Беларусии допущены к применению и используются для обработки измерений такие программы, как Credo, AutoCAD, Pythagoras, Trimble, MapInfo и др. [18].

Программный продукт CREDO разработан компанией “Кредо-Диалог”. Основное предназначение это обработка материалов изысканий, проектирования объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства, разведки, добычи и транспортировки нефти и газа, создания и ведения крупномасштабных цифровых планов городов и промышленных предприятий. Данный программный продукт имеет модульную структуру. Основными модулями, поставляемыми в настоящее время, являются:

• CREDO Топоплан 1.01 – предназначен для создания цифровой модели местности инженерного назначения и выпуск чертежей топографических планов и планшетов при полосных и площадных инженерных изысканиях объектов промышленного и гражданского строительства. Исходными данными являются файлы CREDO_TER, CREDO_PRO, CREDO_MIX, CREDO_DAT 3.0, а так же данные в формате DXF. Результат – цифровая модель местности инженерного назначения, топографические планы в виде листов чертежа или планшетов, файлы формата CXYZ, DXF.

• CREDO Генплан – предназначен для проектирования генеральных планов объектов любого назначения при проектировании, строительстве и эксплуатации строительных объектов, кадастровых и геоинформационных систем. Исходными данными являются цифровая модель местности, материалы полевой наземной съемки в системе Топоплан. Чтение данных CREDO_TER, CREDO_PRO, CREDO_MIX, CREDO_MIX, данные в формате DXF. Черно-белые и цветные растровые файлы карт, планов, аэрофотоснимков, подготовленные в программе Transform. Результат – полноценная трехмерная цифровая модель проекта, чертежи в том числе разбивочный план, план организации рельефа, сводный план инженерных сетей, план земляных масс, план благоустройства территории, ведомости объемов.

• CREDO Дороги – используется при проектировании нового строительства и реконструкции загородных автомобильных дорог всех технических категорий, транспортных развязок, городских улиц и магистралей. Результат – трехмерная цифровая модель проекта, чертеж, в том числе плана, продольного профиля, поперечных профилей, ведомости и таблицы, экспорт цифровой модели проектного решения в формате DXF и в текстовый формат CXYZ.

• Нивелир 1.0 – предназначен для камеральной обработки полевых измерений при геометрическом нивелировании I-IV классов, технического и высокоточного инженерного, выполняемого обычными и цифровыми нивелирами, при создании высотных государственных геодезических опорных сетей и местных высотных сетей, геодезическое обеспечение строительства, наблюдения за вертикальными смещениями зданий, сооружений и оборудования. Результат – ведомость превышений и высот пунктов, координат и высот, характеристик нивелирных линий, ведомости предобработки, отражающие учет поправок на среднюю длину рабочего метра пары реек, оценка точности высот пунктов, поправок.

• CREDO Конвертер 1.0 – предназначен для обмена данными между продуктами на платформе CREDO III и продуктами других производителей. Исходными данными являются набор проектов, созданных в продуктах на платформе CREDO III.

Trimble Business Center – мощная офисная геодезическая программа, позволяющая использовать широкие возможности технологии приема спутниковых сигналов Trimble R-Track на вашем компьютере. С помощью Trimble Business Center вы сможете без усилий передать полевые GNSS измерения в офис для обработки. После обработки вы также быстро сможете экспортировать GNSS данные в разнообразное программное обеспечение сторонних производителей.

Задачи Trimble Business Center:

• Импорт и экспорт данных GNSS съемки

• Обработка GNSS измерений, включая данные ГЛОНАСС

• Многочисленные средства обеспечения и контроля качества измерений

• Исключительно быстрая обработка базовых GNSS линий

• Уравнивание геодезических сетей GNSS векторов методом наименьших квадратов

• Создание моделей поверхности, быстрое построение горизонталей и 3D-визуализация

• Расширенные возможности вычислений координат

• Параметры преобразования ИГД и проекций

• Создание местных систем координат на основе сотен установленных государственных систем координат

• Калибровка в местную систему координат

• Создание отчетов

Процесс импорта геодезических данных в офисное программное обеспечение стал простым, как никогда прежде. Это связано с тем, что программа Trimble Business Center (TBC) автоматически импортирует GNSS измерения в файлы соответствующего формата. При импорте данных в Trimble Business Center вы просто указываете нужный файл на вашем компьютере, а программа TBC автоматически анализирует и определяет его тип и выбирает нужный способ обработки. Такая исключительно простая в использовании автоматизированная система позволяет вам также напрямую перетаскивать файлы из папки в открытый проект TBC, чтобы уже через несколько секунд увидеть свои данные.

AutoCAD- двух и трёхмерная система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk. AutoCAD и специализированные приложения на его основе нашли широкое применение в машиностроении, строительстве, архитектуре и других отраслях промышленности.

AutoCAD является постоянно развивающейся базовой средой проектирования, каждая новая версия которой наследует все лучшее от предыдущих и направлена на решение следующих основных задач: повышение производительности и эффективности работы пользователей; обеспечение многократного использования имеющихся наработок; беспрепятственное сотрудничество пользователей при проектировании; адаптация AutoCAD к индивидуальным потребностям разработчиков объектно-ориентированных задач.

Ранние версии AutoCAD оперировали небольшим числом элементарных объектов, такими как круги, линии дуги и текст, из которых составлялись более сложные. Однако, на современном этапе возможности AutoCAD весьма широки.

В области двумерного проектирования AutoCAD по-прежнему позволяет использовать элементарные графические примитивы для получения болеесложных объектов. Кроме того, программа предоставляет весьма обширные возможности работы со слоями и аннотативными объектами (размерами,текстом, обозначениями). Использование механизма внешних ссылок (XRef) позволяет разбивать чертеж на составные файлы, за которые ответственны различные разработчики, а динамические блоки расширяют возможности автоматизации 2D-проектирования обычным пользователем без использования программирования. Начиная с версии 2010 в AutoCAD реализована поддержка двумерного параметрического черчения.

Текущая версия программы (AutoCAD 2012) включает в себя полный набор инструментов для комплексного трёхмерного моделирования(поддерживается твёрдотельное, поверхностное и полигональное моделирование). AutoCAD позволяет получить высококачественную визуализацию моделей с помощью системы рендеринга mentalray. Также в программе реализованоуправление трёхмерной печатью (результат моделирования можно отправить на 3D-принтер) и поддержка облаков точек (позволяет работать с результатами 3D-сканирования). Тем не менее, следует отметить, что отсутствиетрёхмерной параметризации не позволяет AutoCAD напрямую конкурировать с машиностроительными САПР среднего класса.

Основным форматом файла AutoCAD является DWG — закрытый формат, изначально разрабатываемый Autodesk. Для обмена данными с пользователями других САПР предлагается использовать открытый формат DXF. Следует отметить, что файлы с расширениями DWG и DXF может читать большинство современных САПР, поскольку данные форматы являются стандартом де-факто в области двумерного проектирования. Для публикации чертежей и 3D-моделей (без возможности редактирования) используется формат DWF, также созданный компанией Autodesk.

Кроме этого, программа поддерживает запись и чтение (посредством процедур импорта/экспорта) файлов формата 3DS, DGN, SAT и некоторых других [26].

3.2. Уравнивание планово-высотного обоснования (CREDO)

С развитием прогресса и широким распространением персональных компьютеров широкое применение нашли программные комплексы для обработки результатов топографо-геодезических съемок. И среди этих программных продуктов, наибольшую известность на постсоветском пространстве имеет программно-технологический комплекс CREDO, представляющий собой совокупность технологий сбора данных и программных средств их обработки, создания и широкого использования цифровой модели местности инженерного назначения. И именно обработка данных в комплексе Credo является первым этапом в создании цифровой модели местности.

Реализуемый в современных технологиях процесс сбора данных, за исключением создания опорных геодезических сетей, не разделяется на создание планового, высотного обоснования, съемочные или обмерные работы. Поэтому файл данных, формируемый в процессе выполнения работ с использованием электронной регистрации, содержит всю совокупность измерений и введенной в процессе съемки семантической информации в порядке их регистрации. Кроме того, резко изменившиеся, по сравнению с традиционными нормативными характеристиками, точностные параметры современных средств измерений существенно расширяет выбор схем построения плановых и высотных сетей, что размывает границу между методами построений (трилатерация, триангуляция, полигонометрия).

Вес это определяет методологическую основу программного комплекса CREDO, базирующуюся на двух основных принципах: комплексном подходе к обработке информации и модульной структуре программного обеспечения [17].

Комплексность обработки информации достигается насыщением информационного, технологического и программного обеспечения средствами, позволяющими вводить и обрабатывать разнообразную метрическую, семантическую и синтаксическую информацию, создавать цифровую модель местности и решать на ее основе различные задачи в интересах пользователя. Такие средства, в частности, обеспечивают возможность:

• различных преобразований координатных систем;

• использования информации, полученной по современным технологиям с помощью разнообразных геодезических приборов, стоящих на вооружении производственных предприятий и организаций, и полной ее обработки методом наименьших квадратов с оценкой точности уравненных значений всех неизвестных и их функций;

• построения цифровой модели местности инженерного назначения по результатам полевой топографической съемки или векторизации имеющегося картографического материала;

- решения на основе цифровой модели местности различных прикладных задач, и в частности - создания проектов зданий и сооружений.

- транспортных коммуникаций, формирования земельного участка и др. с получением, при необходимости, цифровой модели проекта, чертежного плана и пр.;

- взаимодействия с распространенными ГИС - и CAD-системами экспортируя и импортируя информацию [17].

Каждая из перечисленных позиций требует решения достаточного большого числа локальных задач. Например, реализация первых двух позиций предполагает:

• определение и преобразование эллипсоидальных, геоцентрических и прямоугольных координат с использованием заданного эллипсоида и математической проекции;

• определение параметров связи координатных систем и др.;

• ввод потока полевой информации, полученной с помощью устройств регистрации, автоматическое разделение (сепарацию) ее по видам геодезических измерений, классам точности и формирование схем геодезических построений;

• наличие разветвленной системы полевого кодирования синтаксических и семантических данных, полного описания атрибутов объектов местности и подготавливаемых программами CREDO проектов;

• выполнение комплекса предварительных вычислений, включающих расчет измеренных значений угловых и линейных величин, контроль технических допусков, учет редукционных поправок, определение рабочих координат определяемых пунктов, локализацию ошибочных данных и пр.;

• выявление и локализацию ошибочных данных;

• уравнивание неравноточных измерений, выполненных в геодезических построениях методом наименьших квадратов с оценкой точности уравненных значений неизвестных и их функций [17].

Комплексность обработки предполагает реализацию эффективной технологии «сквозной» обработки информации, начиная от ее создания (получения) и заканчивая проектом, разбивочным чертежом и иным документом, являющимся конечным продуктом деятельности проектно-изыскательской организации. При этом получаемый план местности становится не целью работ, а лишь средством ее достижения [18].

Ввод исходных данных может быть выполнен путем импорта файлов с данными измерений в форматах электронных тахеометров; прямого импорта данных непосредственно с тахеометра или ввода текстовых файлов определенной пользователем структуры. Корректная интерпретация вводимой информации обеспечивается соответствующими настройками.

Результаты измерений считываются из памяти электронного тахеометра (регистратора) и переносятся на диск с помощью стандартной утилиты WindowsHyperTerminal или стандартных программ - конвертеров, поставляемых с электронным регистратором. После этого осуществляется их импорт в систему, в процессе которого выполняется: определение формата представления данных; предварительный их просмотр с целью выявления и исправления возможных ошибок; настройка общих параметров импорта, состав которых определяется типом измерительного прибора, и особенностей используемой системы кодирования; расшифровка и обработка данных в программе.

Параметрами импорта являются условия для автоматического определения формулы вычисления вертикального угла, форма представления координат пунктов, необходимость направления данных в соответствующие таблицы журнала Измерения для визуализации и др.

Импорт текстовых файлов выполняется по настраиваемым пользователем шаблонам. Подготовка таких файлов может быть выполнена с использованием позиционных, дескрипторных форматов или форматов с разделителями. Специфика импорта описана в эксплуатационных документах системы [19].

Все импортированные или введенные с клавиатуры данные попадают в табличные редакторы, отображаются в графическом окне и доступны для редактирования и документирования. Содержание таблиц определяется характером помещаемой в них информации, в частности:

• таблица Пункты ПВО содержит данные о каждом пункте планово-высотного обоснования: его идентификатор (имя), плановые координаты, высоту, тип, статус и отношение к рельефу

• таблица Дирекционные углы содержит измеренные дирекционные углы и необходимые для установления веса данные о точности в виде класса (разряда) сети;

• таблица Теодолитные ходы содержит общую информацию о каждом звене и измерениях на каждом пункте этого звена.

• таблица Измерения содержит описание станций и данные о выполненных с них измерениях (в том числе о температуре, давлении и влажности); активизация строки с именем станции меняет содержание информации в ее нижней части. Состав данных может быть изменен с помощью переключателей ПВО, Тахеометрия и др.

Собственно вычислительная обработка результатов полевых измерений включает предварительные и редукционные вычисления (определение данных, отнесенных к определенной проекции и плоскости: углов, длин линий, превышений и др.), анализ их качества с целью локализации и устранения грубых ошибок, уравнительные вычисления с оценкой точности неизвестных и их функций, обработку материалов тахеометрической и пр.

Управление обработкой данных осуществляется с помощью команд выпадающего меню (Рис. 3.1.1) и иконок инструментальной панели.

Рис.3.1.1- Команды вычислительной обработки информации в Credo_Dat

Предварительная обработка предшествует уравнительным вычислениям, поскольку включает:

• расчет средних значений направлений, горизонтальных проложений, вертикальных углов и превышений, контроль соблюдения технологических допусков, установленных для соответствующего класса измерений;

• распознавание теодолитных и нивелирных ходов, выявление избыточных измерений, создание перечня исходных и определяемых пунктов, формирование топологии сети обоснования;

• учет поправок за атмосферное влияние, компарирование, кривизну Земли и рефракцию, а также редукционные вычисления;

• расчет предварительных (рабочих) координат пунктов;

- формирование промежуточных протоколов и отчетных документов.

В процессе предобработки данных осуществляется автоматическая сортировка информации по типам геодезических построений и измерений.

С этой целью используется информация о классах точности измерений, наличие прямых и обратных измерений, однородность программы измерений и иные признаки, с помощью которых из общего потока измерений, импортированных из файла электронного регистратора, программой выделяются теодолитные, тахеометрические, нивелирные ходы др. По результатам предварительной обработки создается:

- ведомость предобработки (средние значения расстояний, направлений и класс точности измерения для каждой станции и пункта наведения планово-высотного обоснования, включая теодолитные ходы);

• ведомость линий и превышений (значения расстояний и превышений в прямом и обратном направлениях, их средние значения, разности двойных измерений и средние квадратические ошибки для каждой станции и пункта наведения планово-высотного обоснования);

• ведомость редуцирования линий (значения измеренных линий и учтенных поправок, в том числе редукционных);

• ведомость редуцирования направлений (значения измеренных направлений и учтенных поправок, в том числе редукционных).

Локализация ошибочных данных в программе является одной из наиболее ответственных задач программы и выполняется методами анализа, трассирования и выборочного отключения.

Технология проектирования включает следующие операции:

• загрузку привязанной и трансформированной в нужную систему координат растровой подложки;

• размещение на растровой основе проектируемых пунктов, исходя из условий местности и опыта выполнения аналогичных работ;

• установление априорных значений средних квадратических ошибок линейных и угловых измерений для соответствующих классов точности проектируемой сети;

• ввод набора линейных и угловых измерений (их значения не используются и могут быть произвольными), определяющих топологическую структуру сети, с указанием класса точности;

• настройку параметров уравнивания , выполнение предобработки и уравнивания сети;

• анализ результатов уравнивания сети (в первую очередь — средних квадратических ошибок положения пунктов, размеров и ориентации эллипсов ошибок) и, при необходимости, ее оптимизация удалением, отключением существующих или добавлением новых угловых и линейных измерений, изменением класса точности измерений, изменением баланса весов угловых и линейных измерений;

• повторная предобработка и уравнивание сети;

• при необходимости — расчет данных для выноса проекта положения пунктов в натуру.

Операции повторяются до получения нужного результата; в итоге будет получен конкретный проект сети, построенный с учетом реальных условий местности. Вынос в натуру подготовленного таким образом проекта требует проверки видимости по всем направлениям.

Расчетные задачи включены в программу как часть математического обеспечения, встречающихся в практике инженерно-геодезических работ. К числу таких задач отнесены:

• вычисления расстояния и дирекционного угла для пары точек или цепочки точек (решение обратной геодезической задачи на плоскости);

• вычисления угла по координатам трех точек;

• вычисления средней квадратической погрешности взаимного положения пары точек;

- решения обратных геодезических задач для выноса проекта в натуру;

- обработка контрольных определений координат;

- перевычисление координат.

Обработка данных завершается выводом на печать и средства графического отображения различных каталогов, отчетов, ведомостей, графических документов (схем, планшетов) и экспортом результатов обработки в форматах MapInfo (MIF/MID), ArcView (SHP), AutoCAD (DXF) или внутренних форматах комплекса CREDO (TOP/ABR, CDX и др.).

Для использования полученных данных другими программами комплекса CREDO достаточно сохранить проект [21].

Примеры ведомостей, которые были созданы в результате обработки планово-высотного обоснования см. в ПРИЛОЖЕНИИ Е.

3.2. Создание цифрового плана местности в программном комплексе AutoCAD

После обработки данных, все данные экспортируются в программу АutoCad выбирая в меню «Файл- экспорт- АutoCad».

По полученным точкам в программе АutoCad вычерчивается схема съемочной геодезической сети план топографо-геодезических изысканий используя при этом абрис, составленный на объекте, промежуточные съёмки, проектные планы и планы организации рельефа, спецификацию оборудования. Готовый чертёж выполняется в масштабе 1:500.Оригиналы планшетов сдать в спецчасть Отдела по архитектуре и градостроительству Витебского горисполкома. Заказчику выдать технический отчет в 3 экземплярах и копии топопланов М 1:500 на картбумаге 3 экземплярах.

Пример цифрового плана см. в ПРИЛОЖЕНИИ Ж.