Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

УО «Полоцкий государственный университет»

Кафедра прикладной геодезии и фотограмметрии

Курсовая работа

по дисциплине: «Инженерно-геодезическое обеспечение автоматизированных систем проектирования»

«Сбор, обработка и анализ топографической информации для САПР»

Выполнила:

студентка группы 10-Гео 1

Прокофьева Екатерина Игоревна

Проверил:

доцент кафедры ПГиФ

Ялтыхов Вадим Викторович

Новополоцк 2014



Содержание

Содержание

Введение.

1. Структура САПР

2. Обзор программного обеспечения для САПР.

2.1 Элементы интерфейса AutoCAD 2014 (Рисование и аннотации).

3. Средства получения топографической информации для САПР.

3.1 Инструментальная топографическая съёмка.

3.2 Векторизация растровых изображений.

4. Цифровые топографические планы.

4.1 Векторные модели ситуации.

4.2 Классификатор Credo Topoplan

4.3 Классификатор Geonics

5. Цифровые модели рельефа

5.1. Методы построение ЦМР

5.2 Векторизация горизонталей

5.3 Построение модели рельефа по данным векторизации горизонталей

6. Анализ полученных результатов.

7. Вычисление объемов

7.1 Вычисление объемов методом по квадратам

7.2 Вычисление объемов по регулярной ЦМР.

Заключение

Список использованной литературы.



Введение

В деятельность изыскательских и проектных организаций в настоящее время быстро проникает компьютеризация, поднимающая проектную работу на качественно новый уровень, при котором резко повышаются темпы и качество проектирования, более обоснованно решаются многие сложные инженерные задачи, которые раньше рассматривались лишь упрощенно. Во многом это происходит благодаря использованию эффективных специализированных программ, которые могут быть как самостоятельными, так и в виде приложений к общетехническим программам. Деятельность по созданию программных продуктов и технических средств для автоматизации проектных работ имеет общее название - САПР.

Целью данной курсовой работы является ознакомление с наиболее распространенными программными комплексами, изучение их возможностей и особенностей.

В данной курсовой работе будут рассмотрены и описаны методы и модели по созданию цифровых моделей рельефа (ЦМР) и выяснено какой из методов является более подходящим для представленной модели рельефа. ЦМР создадим четырьмя способами, которые будут проверены на соответствие необходимой точности.

В качестве программного продукта для создания ЦМР в данной курсовой работе используется Surfer 10.

Будет выполнен подсчёт объема земляных масс при помощи программных средств, способом по квадратам и приведены результаты сравнения.



1. Структура САПР

Система автоматизированного проектирования (САПР) - организационно-техническая система, используемая для автоматизации процесса проектирования, состоящая из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.

Структура САПР включает следующие элементы:

· компоненты обеспечения;

· подсистемы;

· ПМК - программно-методические комплексы;

· ПТК - программно-технические комплексы;

· КСАП - комплекс средств автоматизации проектирования.

Компоненты определенного типа образуют программно-методические (ПМК) и программно-технические комплексы (ПТК). Совокупность ПМК, ПТК и отдельных компонентов обеспечения САПР, не вошедших в программные комплексы, объединенная общей для подсистемы функцией образует комплекс средств автоматизации проектирования (КСАП) подсистемы. Совокупность КСАП различных подсистем формируют КСАП всей САПР в целом. Подсистемы как элемент структуры САПР возникают при эксплуатации КСАП подсистем пользователями. Подсистемы образуют САПР.

По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.

К проектирующим относятся подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например[3]:

. подсистема компоновки машины;

. подсистема проектирования сборочных единиц;

. подсистема проектирования деталей;

. подсистема проектирования схемы управления;

. подсистема технологического проектирования.

К обслуживающим относятся подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например:

. подсистема графического отображения объектов проектирования;

. подсистема документирования;

. подсистема информационного поиска и др.

В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два вида проектирующих подсистем:

. объектно-ориентированные (объектные);

. объектно-независимые (инвариантные).

К объектным подсистемам относят подсистемы, выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования, например:

. подсистема проектирования технологических систем;

. подсистема моделирования динамики, проектируемой конструкции и др.

К инвариантным подсистемам относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например:

. подсистема расчетов деталей машин;

. подсистема расчетов режимов резания;

. подсистема расчета технико-экономических показателей и др.[1]



2. Обзор программного обеспечения для САПР

Программное обеспечение САПР - совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для автоматизированного проектирования.

Из многочисленного программного обеспечения (далее ПО) рассмотрим 3 программных продукта, имеющих отношение к автоматизации проектирования. Коmpas, SolidWorks и Autocad.

Опишем основные элементы интерфейса программ, а обзор проведём по следующим критериям:

· Наличию русскоязычной локализации

· Систематическому выходу обновлений

· Поддержке различных операционных систем

· Поддержке различных разрядностей операционных систем

· Требовательности ПО к возможностям компьютера, то есть к оперативной памяти, процессору, видеокарте

· Возможности использования без установки, к примеру на usb-накопителе

· Возможности работы нескольких специалистов над одним чертежом

· Возможности получения справки

· Количеству предоставленных материалов для изучения данной программы

· По поддержке 3D, 2D моделирования

· По возможности написания модулей на каких-либо языках программирования, для большей автоматизации работы в той или иной отрасли

· По уже написанному количеству модулей, “макросов”

· По возможности взаимодействия с электронными таблицами, базами данных

· По возможности изменения рабочего пространства под свои нужды, адаптации

· По возможности печати и публикации чертежей

· По возможности и удобству экспорта и импорта с других ПО

· Возможности работы в наших ГОСТах, чтобы не было надобности чертить свои рамки, выставлять настройки правильного размера, устанавливать для этого дополнительные модули

· По количеству поддерживаемых единиц измерения

· По возможности параметризации (параллельные прямые, прямой угол)

· По качеству и количеству возможных привязок

· По возможности расчета прочности материала детали

· Поддержка блоков

· Аннотирование чертежей

· Защита чертежей, шифрование

· Статистика применения ПО в различных областях

Сравнение будем проводить только наиболее актуальных версий на 2014 год.

Kompas

Компас - система автоматизированного проектирования с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС. Разрабатывается российской компанией «Аскон».[2]

Основные элементы интерфейса программы.

В верхней строке окна дается название и номер версии системы - КОМПАС-3D V7. Далее в квадратных скобках указывается тип открытого документа. Во второй строке располагаются пункты Главного меню окна чертежа. В третьей строке располагается панель инструментов, которая обычно присутствует во всех окнах системы в различных режимах работы. В четвертой и пятой строках зарезервировано место соответственно для Панелей инструментов, Текущего состояния и Вида.

Рабочая область располагается в середине экрана, в ней размещаются те или иные документы: эскиз, графический документ (чертеж, фрагмент), текстовый документ, спецификация. Здесь непосредственно выполняются все операции, связанные с построением, оформлением или редактированием документов.

В левой части по умолчанию располагается Компактная панель.

Ниже рабочей области может располагаться, если нужно, Панель свойств.

Самая нижняя строка экрана - Строка сообщений (строка состояния). В этой строке даются подсказки о том, какие действия можно выполнить, или расшифровать активные в настоящий момент команды.

Главное меню служит для вызова выпадающих меню и размещено оно во второй строке главного окна системы.

Выпадающее меню пункта Файл включает в себя пункты: создать, открыть, выход.

Диалоговое окно Новый документ с представлением документов в виде крупных значков:

Панель инструментов - панель на которой расположены кнопки вызова команд стандартных операций с файлами и объектами.

Панель инструментов включает следующий набор кнопок:

Создать - вызывает на экран диалоговое окно Новый документ.

Открыть - вызывает диалоговое окно. Выберите файлы для открытия, с помощью которого можно выбрать и открыть нужный файл.

Сохранить - вызывает диалоговое окно с помощью которого можно сохранить файл.

Печать позволяет настроить параметры вывода текстового документа или спецификации на печать. На экране появится диалоговое окно, в котором можно выбрать нужное устройство вывода (или файл, в который требуется вывести документ), масштаб вывода, диапазон печати, количество копий и другие параметры;

Предварительный просмотр позволяет перейти в режим предварительной просмотра и печати документов.

Вырезать удаляет выделенные объекты и помещает их в буфер обмена данными (Clipboard). Команда доступна только в том случае, если в активном документе имеются выделенные объекты. Предыдущее содержимое буфер; обмена данными будет удалено. Если вы вырезаете в буфер чертежные объекты из фрагмента или из одного вида чертежа, система будет ожидать указания базовой точки (при этом указатель изменяет свою форму на изображение осей координат). Укажите точку, которая будет базовой для выделенного набора объектов. Если вы вырезаете в буфер чертежные объекты из разных видов чертежа и/или виды целиком, указания базовой точки не требуется.

Копировать действует точно так же, как и кнопка Вырезать, только выделенные объекты остаются на месте.

Вставить позволяет вставлять копию содержимого буфера обмена данных в активный документ. Если буфер обмена пуст, команда будет недоступна. Если в буфере находятся объекты, принадлежавшие фрагменту или виду чертежа, их фантом появится на экране. Система будет ожидать указания положения точки привязки (нового положения базовой точки объектов).

Отменить отменяет предыдущее действие пользователя, если это возможно;

Повторить повторяет последнее действие пользователя, если это возможно;

Менеджер библиотек включает или отключает отображение на экране Менеджера библиотек - системы управления КОМПАС - библиотеками;

Переменные включает или отключает отображение на экране диалогового окна Переменные для работы с переменными и уравнениями графического документа в режиме Эскиз и переменными документа в режиме Модель;

Что это такое? позволяет получить справку по командам, кнопкам и другим элементам интерфейса КОМПАС-3D.

Другие кнопки вызывает всплывающее меню, которое имеет один пункт: Настройка интерфейса. Щелчок по этому пункту вызовет соответствующее диалоговое окно Настройка интерфейса.

Solid Works

SolidWorks - программа предназначенна для трехмерного проектирования САПР и работает под управлением Microsoft Windows. Разработана как альтернатива для двухмерных программ САПР. Приобрела популярность благодаря простому интерфейсу. Продукт компании SolidWorks Corporation.[3]

Главная задача программы -- предоставить пользователю мощность трёхмерной САПР системы по цене системы двухмерного САПР.

Данная программа это система автоматизированного проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения. Она представляет собой инструментальную среду, предназначенную для автоматизации проектирования сложных изделий в машиностроении и в других областях промышленности. Является системой гибридного (твердотельного и поверхностного) параметрического моделирования, она предназначена для проектирования деталей и сборок в трёхмерном пространстве (3-D проектирования), а также для оформления конструкторской документации.

Основные элементы интерфейса программы.

Обновленная схема цветов для некоторых значков упрощает работу с программой SolidWorks для людей с цветовыми расстройствами зрения. Также обеспечивает более удобочитаемый шрифт.

Каждый документ в приложении SolidWorks отображается в отдельном окне. Можно расположить окна документов в соответствии с потребностями рабочего процесса. Если есть несколько дисплеев, можно установить окно приложения SolidWorks так, чтобы охватить два дисплея.

В графической области отображаются детали, сборки и чертежи, которыми может оперировать пользователь.

Левая панель в окне SolidWorks служит для управления проектированием деталей и сборок, листами чертежей, свойствами, конфигурациями и приложениями сторонних поставщиков. В окне CommandManager предоставляется доступ к инструментам SolidWorks.

В дереве конструирования FeatureManager в левой части окна SolidWorks отображается контурный вид активной детали, сборки или чертежа. Вы можете легко увидеть построение модели или сборки или просмотреть разные листы и виды чертежа.

Плавающее дерево конструирования FeatureManager позволяет одновременно просматривать дерево конструирования FeatureManager и PropertyManager (Менеджер свойств).

Окно Property Manager предназначено для настройки свойств и других параметров для многих команд SolidWorks.

Липкие настройки - настройки некоторых параметров сохраняются для всех сеансов и версий SolidWorks, если их специально не изменить.

ConfigurationManager (Менеджер конфигурации) служит для создания, выбора и просмотра многочисленных конфигураций деталей и сборок в документе.

На панели дисплея можно просмотреть различные параметры отображения документов детали и чертежа. В сборках и деталях также можно применять изменения к параметрам.

Панель задач обеспечивает доступ к ресурсам, библиотекам повторно используемых элементов проектирования SolidWorks, видам, которые можно перетаскивать на чертежные листы, и другим полезным объектам и сведениям.

Строка состояния, расположенная в нижней части окна SolidWorks, отображает информацию о выполняемых вами задачах.

С помощью Instant3D можно быстро создавать и изменять геометрию модели, используя маркеры и линейки.

AutoCAD

AutoCAD - относится к классу программ CAD (Computer Aided Design), которые предназначены, в первую очередь, для разработки конструкторской документации: чертежей, моделей объектов, схем и т. д.[4]

Программа позволяет строить 2D и 3D чертежи любых назначения и сложности с максимальной точностью. Разработчиком программы является американская компания Autodesk.

Основные элементы интерфейса программы.

Интерфейс в AutoCAD 2014 может выглядеть по-разному. Варианты интерфейса - классический, рисование и аннотации, 3D моделирование. Кроме предустановленных интерфейсов, пользователь может произвести глубокую настройку и создать свой собственный. В этой статье я рассмотрю основные элементы интерфейса “Рисование и аннотации”.

После первого запуска AutoCAD, перед вами появится рабочее окно программы. Оно напоминает большинство приложений для Windows. Ниже, на рисунке, отмечены основные элементы интерфейса. Рассмотрим их подробнее.

2.1 Элементы интерфейса AutoCAD 2014 (Рисование и аннотации)

На Вкладках ленты находятся все основные инструменты для работы. Вкладки можно редактировать. Добавлять, удалять, видоизменять, удалять\добавлять доп. инструменты.

Панель быстрого доступа, расположены часто используемые команды для работы с чертежами, такие как Сохранить, Новый и т. д. На данную панель можно добавлять любые команды. На усмотрение пользователя.

Выбор интерфейса - выпадающая вкладка выбора интерфейса.

Быстрый поиск - строка поиска, позволяет искать ответы на часто задаваемые вопросы. Для работы необходимо подключение к интернету.

Модель\лист - панель, которая содержит вкладки переключения модель\лист.

Строка состояния - содержит функции точности построения, а так же инструменты для работы с масштабом, аннотациями и дублирует несколько функций.

Видовой куб. (При плоском моделировании не используется).

Представляет собой переключатель между видами. Используется при 3D моделировании.

Интерфейс пользователя поддерживает возможность настройки под потребности конкретной отрасли. Изменяются установки по умолчанию для различных функциональных возможностей AutoCAD, включая шаблоны чертежей, содержимое инструментальных палитр, рабочее пространство, фильтры Autodesk Seek, партнёров в Autodesk Developer Network, портал Online Experience и Центр подписки.

Таблица 2.1 - Обзор ПО для автоматического проектирования

Критерий сравнения	Компас	SolidWorks	Autocad
Наличие различных локализаций	Присутствует русскоязычная	Присутствует русскоязычная	Выпуск на 18 языках, в том числе на русском
Систематический выход обновлений	Присутствует, раз в год с 2008 г.	Выпускается с 1993 г., обновления раз в год	Присутствует
Поддержка операционных систем, разрядности	- MS Windows XP SP3 x86 - MS Windows Vista SP2 x86/х64 и выше - MS Windows 7 SP1 x86/х64 и выше - MS Windows 8 x86/х64 и выше	Windows 7 x86/x64, Windows 8 x64, Windows Vista	Windows xp sp3, 7, 8; OS X(пока лишь версия 2013); Android; 32x и 64x
Минимальные системные требования	Для работы с 64-разрядной версией КОМПАС-3D рекомендуется использовать компьютер с многоядерным процессором и объемом оперативной памяти не менее 8 ГБ.	Не менее 8 Гб оперативной памяти, рекомендовано 10 Гб, Процессор: Intel® and AMD® (Apple Mac® не поддерживается!)	Рекомендуемая оперативная память: 4Гб; Минимальная: 2Гб;Монитор: 1024x768px; Для 3D Минимальная оперативная память: 4Гб; Видеоадаптер класса рабочих станций с памятью не менее 128 МБ, поддерживающий режим true color
Возможности использования без установки	Portable, версия не требующая установки	Portable, версия не требующая установки	Portable, версия не требующая установки
Специализированные приложения на основе предложенного ПО	Компас-График, Компас-СПДС, Компас-3D, Компас-3D LT, Компас-3D Home	SolidWorks Standard, Professional, Premium, Simulation, Flow Simulation, Plastiсs Electrical, Composer, Inspection	Architecture, Electrical, Civil 3D, MEP, Map 3D, Raster Design, Structural Detailing, Ecscad, Mechanical, P&ID, Plant 3D
Возможности работы нескольких специалистов над одним чертежом	нету	Технологии коллективной разработки присутствуют	Возможность предоставлена, работа через локальную сеть, через интернет
Количество предоставленных материалов для изучения данной программы, возможность справки	Материалов достаточно, как видео, так и бумажных версий	Материалов значительно меньше, чем например, предлагаются в Autocad'е	Материалов достаточно, как видео, так и бумажных версий
Поддержка 2D, 3D моделирования	2D, 3D	3D	2D, 3D
Возможность написания модулей на каких-либо языках программирования	Python, C++	Microsoft Visual Basic, Microsoft Visual C++, и файлы-макросы SolidWorks	VisualLisp, .NET, VBA, C, C++
Адаптированность под различные виды деятельности	Компас-Строитель, Компас-Электрик, Компас-График	FaceWorks, FormatWorks, PDQWorks	Autocad Electrical, Geonics, AutoPLANT, AutoCAD Architecture, AutoCAD Mechanical, Promis-e, PLANT-4D, AutoPLANT, СПДС GraphiCS, GEOBRIDGE, САПР ЛЭП, Rubius Elecric Suite и много других.
Возможность взаимодействия с электронными таблицами, базами данных	Имеется. MS Excel	Имеется. MS Excel, Word да и др. Windows приложения	Имеется. MS Excel, MS Access и другие.
Изменение рабочего пространства, адаптация	Присутствует, но далеко не настолько детальный как в autocad.	Присутствует, но далеко не настолько детальный как в autocad.	средства разработки и адаптации, позволяют настроить систему под нужды конкретных пользователей и значительно расширить функционал базовой системы.
Возможности печати и публикации чертежей		Можно распечатать или начертить весь чертежный лист или только его часть. Можно выполнять либо черно-белую (по умолчанию), либо цветную печать. Можно задать различные параметры для отдельных листов чертежа.	Имеется возможность публиковать электронный набор чертежей в виде файла DWF, DWFx или PDF. Существует возможность компоновки листов чертежей в адаптируемый набор чертежей с последующей публикацией в электронном виде. Электронный набор чертежей - это аналог набора чертежей, распечатанных на бумаге
Возможности взаимодействия с другими программными продуктами	экспорт пакета документов в разные форматы (eDrawing, DXF, DWG)	Экспорт/импорт в файлы 3D XML, ACIS,Adobe Illustrator (*.ai), Adobe Photoshop (*.psd), Autodesk Inventor,CADKEY Графические, CATIA, DXF 3D DXF/DWG, eDrawings, Графические с высокой степенью сжатия, HOOPS, IDF, .IFC, .pdf, .jpeg, .tiff, .xps и другие.	программа поддерживает запись и чтение (посредством процедур импорта/экспорта) файлов, формата 3DS, DGN, SAT и некоторых других. Начиная с версии 2012, AutoCAD позволяет преобразовывать , полученные из трёхмерных САПР (таких как Inventor, SolidWorks, CATIA, NX и т. п.) в формат DWG.
Возможность работы в наших ГОСТах, без учета различных модулей	возможность оформления документации по различным стандартам (ЕСКД, СПДС, ISO и др.)	Поддержка ЕСКД, ГОСТ	нет
Количество поддерживаемых единиц измерения	килограммы или граммы -- для массы; миллиметры, сантиметры, дециметры или метры -- для длины	Поддержка таких систем измерения ка кСИ (MKS), Английская (IPS) или Метрическая (G)	Миллиметры, сантиметры, метры, километры, микродюймы, милы, ярды, ангстремы, нанометры, микроны, дециметры, декаметры, гектометры, гигаметры, астрономические ед., световые годы, парсеки
Возможность параметризации	Возможность параметризовать такие параметры как: Совпадение точек, горизонтальность, параллельность, перпендикулярность, касание		Совпадение, коллинеарность, концентричность, равенство, фиксация, горизонтальный, параллельность, перпендикулярность, гладкость, симметрия, касание, вертикальность
Количество и качество привязок	Ближайшая точка, середина, пересечение, касание, нормаль, по сетке, выравнивание, угловая привязка, центр, точка на кривой	Объекты эскиза SolidWorks можно привязать к точкам (конечным точкам, средним точкам, пересечениям и т. д.)других объектов эскиза. Доп-ные ф-ые возможности привязки: Масштабная сетка(отображается для привязки); Формирование (взаимосвязи отображаются по мере создания эскиза); Взаим-язи (добавляются между объектами эскиза автом. с помощью формирования или вручную)	Объектная прив-ка (Конточка, серелина, центр, узел, квадрант, пересечениею продолжение, твсавки, нормаль, касательная, ближайшая, кажущиеся перес., параллельно), отслеживание
По возможности расчета прочности материала детали		Поддерживается
Поддержка блоков	Поддерживает простейшие блоки, как альтернатива большое библиотек	Блоки поддерживаются	Присутствуют, “статические” и динамические, с возможностью объединения в библиотеки
Аннотирование чертежей	Возможно	3d аннотирование	Аннотативные размеры (аннотативные зависимости)
Защита чертежей, шифрование	Защита чертежей и добавление цифровой подписи	Защита данных. ЭЦП.	Защита чертежей и добавление цифровой подписи

Вывод: В настоящее время покупатель имеет возможность широкого выбора подходящего программного обеспечения, как в виде отдельного самостоятельного комплекса, так и приложений к универсальным комплексам.

Из представленных программных продуктов сложно просто выбрать лучший. Все зависит от конкретной цели, которую необходимо решить.

AutoCAD - это фактически стандарт для строителей и архитекторов, но для проектирования в 3D чистый AutoCAD практически не приспособлен. Solid Works замечательно подходит для твердотельного моделирования, имеет развитые возможности для плоского черчения, это выбор многих инженеров. Но основная сфера приложения - машиностроение. Однако, обе программы не русские, и поэтому несмотря на качественную русификацию имеют некоторые проблемы с оформлением КД по ГОСТу.

Таким образом: для 3D моделирования отлично подходят SolidWorks и Компас 3D; дополнительные программы значительно облегчают нелегкий труд конструктора, а для разработки чертежей более пригоден AutoCAD или Компас - График.

Компас-График обеспечивает создание практически любых типов чертежных документов - чаще всего это чертежи отдельных деталей и сборочные чертежи, но возможна подготовка и более специфических видов чертежей, например, электрических или коммуникационных схем.

На базе AutoCAD есть довольно мощные пакеты, например AutoCAD Inventor, вот его можно сравнивать с SolidWorks или Компас 3D. По функциональности они схожи, есть конечно отличия, но в целом это мощные пакеты для 3-х мерного моделирования, в машиностроении незаменимые вещи.

Выбор программы, как уже говорилось, зависит от поставленной задачи.



3. Средства получения топографической информации для САПР

3.1 Инструментальная топографическая съёмка

Инструментальная топографическая съёмка -- совокупность работ по созданию топографических карт или планов местности посредством измерений с помощью точных геодезических инструментов, к которым относятся механические, оптико-механические, электрооптические и радиоэлектронные инструменты, применяемые для измерений на местности, составления планов и крупномасштабных карт.

Различают несколько видов инструментальной топографической съемки:

-Теодолитная - топографическая съемка, выполняемая для получения контурного плана местности (без высотной характеристики рельефа). При теодолитной съемке расстояния измеряют мерной лентой, а направления линий определяют по горизонтальному кругу теодолита. Теодолитная съемка служит для создания съемочной сети и для съемки небольших участков местности в инженерных целях.

-Тахеометрическая съемка выполняется тахеометрами (теодолитами) для получения плана с изображением рельефа горизонталями. При такой съемке углы измеряют в вертикальной и в горизонтальной плоскостях. Расстояния определяют по дальномеру. Тахеометрическая съемка служит для создания плана участка местности с горизонталями при инженерных изысканиях, геологических, гидрологических и других исследованиях.

-Мензульная съемка производится с использованием двух приборов: мензулы и кипрегеля, при помощи которых непосредственно на местности можно получить план с изображением рельефа. Достоинство мензульной съемки в том, что она позволяет в процессе съемки сопоставлять изображение, получаемое на плане с изображаемой местностью.

-Фототеодолитная съемка - наземная съемка, выполняемая с применением фототеодолита и приборов для фотограмметрической обработки фотоснимков. Производится путем фотографирования снимаемой площади с двух разных точек. Съемка выполняется на труднодоступных участках склонов, на бортах карьеров и др. После соответствующей обработки, получаемой пары снимков (стереопары), можно получить план участка местности.

- Съемка GPS-приемниками - наземкая съемка, выполняемая с применением GPS-приемника. Производится путем точного определение координат и высот точек на местности в заданной системе координат.

Кроме того используются:

-Аэрофотосъемка - съемка, выполняется специальным фотоаппаратом АФА с самолета. Она производится в сочетании с наземными геодезическими действиями, необходимыми для привязки снимков (контурная, комбинированная, стереофотограмметрическая).

- Космическая съёмка - съёмка, выполняемая приборами, находящимися за пределами земной атмосферы. Снимки земной поверхности, полученные путём космической съемки отличаются тем, что при целостном характере изображения местности они охватывают огромные площади. Применяется для создания картографической продукции преимущественно мелкого масштаба. [6]

3.2 Векторизация растровых изображений

Векторизация - процесс преобразования растрового монохромного изображения в набор взаимосвязанных векторных объектов, таких как отрезок, дуга, окружность, полилиния, текст, штриховка и блок примитивов или символ. Векторизация требует растрового изображения карты, полученного с помощью сканирования.

Выделяют ручную, автоматическую и полуавтоматическую векторизацию.

Ручная векторизация. Суть технологии заключается в том, что Вы на экране видите карту и обводите линии на карте с помощью мыши.

Автоматическая векторизация. Применяется при наличии векторизатора (по задача которого - обвести линии и растрового изображения достаточно хорошего качества.

Как правило, привязка атрибутивной информации сегодня тоже осуществляется в среде векторизаторов.

Полуавтоматическая векторизация - сочетание векторизатора и человека. Является наиболее распространенным видом.

MapEDIT

Map Edit -- программа для векторизации растровых изображений.

Автоматизированный векторизатор графических данных MapEDIT предназначен для создания цифровых векторных карт по их растровым изображениям на экране компьютера.

Векторизатор MapEDIT позволяет проверять корректность топологических отношений между объектами карты. Исправление найденных ошибок возможно как в автоматическом, так и в интерактивном режиме.

Векторизатор MapEDIT обеспечивает решение следующих основных задач:

*выполнение автоматизированной / ручной векторизации (цифровки) по монохромным и цветным растрам с разделением объектов карты по слоям;

*занесение атрибутивных данных, характеризующих объект, в базу данных одновременно с векторизацией;

*координирование карты, исправление искажений бумажных оригиналов;

*контроль корректности топологических отношений введенных объектов (построение топологии);

*экспорт полученных цифровых векторных карт и баз данных в форматы ГИС и САПР.

Векторизатор MapEDIT позволяет:

*производить обработку исходных растров;

*выполнять сводку/сшивку цифровых векторных карт;

*импортировать цифровые векторные карты для их редактирования.

Autodesk Raster Design

Интегрированный модуль для AutoCAD® и программных продуктов на его основе, позволяет автоматически векторизовать гладкие контуры (рельеф, гидрография), объекты строгой геометрической формы (дорожная сеть, застройка и др.) с контролем геометрии, а также распознавать текст различной высоты и ориентации (в том числе кириллический). Информация автоматически распределяется по слоям. Проверка топологии осуществляется средствами Autodesk Map.

Основные функциональные возможности AutoCAD Raster Design:

· Экспорт растровых изображений

· Возможность использования многоугольной маски

· Редактирование и подчистка изображений

· Манипулирование растровыми объектами (REM)

· Предоставлены инструменты средства векторизации и оптическое распознавание

· Трансформирование изображений более чем по трем опорным точкам

· Показ и анализ изображений с геопривязкой.

AutoCAD Raster Design, применяемый совместно с AutoCAD Map 3D, предоставляет проектировщикам инженерных сооружений, транспортных сетей и генплана, а также картографам и специалистам по ГИС возможности редактирования растровых изображений, визуального анализа и обработки картографических изображений.[7]

Вывод: Основным плюсом MapEdit перед Raster Design является то что это приложение не зависит от другого приложения. Raster Design привязан к Аutocad и без него работать не сможет. Так к достоинствам MapEdit можно отнести высокую скорость просмотра и редактирования созданных объектов, что говорит о низкой требовательности к графическим характеристикам компьютера. Raster Design проиграет в этом сравнении, поскольку привязан к autocad. Однако используя различные возможности Raster Design и Аutocad одновременно можно добиться больших результатов в векторизации растра по сравнению от MapEdit. Зато MapEdit поддерживает описания объекта и связи между ними.



4. Цифровые топографические планы

Результаты топографических съемок по желанию заказчика могут быть представлены в виде цифрового или электронного топографического плана. Цифровой топографический план - это цифровая модель местности, сформированная с учетом законов картографической генерализации в принятых для планов проекциях, разграфки, системе координат и высот и записана в спецпрограммах на ПК.

Основные требования к цифровым топографическим картам и планам ЦТП всех масштабов должны удовлетворять следующим основным требованиям:

· быть в единой установленной системе координат, единой установленной системе высот, иметь систему разграфки и номенклатуру листов;

· иметь единую систему классификации, кодирования объектов местности (карты) и правил цифрового описания картографической информации;

· достоверно и с соответствующей масштабам точностью и полнотой отображать современное состояние местности, её типичные черты и характерные особенности;

· позволять производить оперативную оценку местности и свободно ориентироваться на ней;

· обеспечивать, с соответствующей масштабам точностью, возможность определения плоских прямоугольных и географических координат, абсолютных и относительных высот точек и превышений одних точек над другими, качественных и количественных характеристик объектов местности;

· быть согласованными по содержанию между собой; элементы содержания смежных номенклатурных листов ЦТК каждого из масштабов должны быть согласованы между собой.

ЦТП создают, как правило, в местных системах координат и установленной в Республике Беларусь государственной системе высот.

ЦТП создаются следующими способами:

· цифрование картографической информации по растровой картографической основе с использованием применяемых технологий.

· формирование ЦТК в интерактивном режиме по исходным цифровым картографическим материалам.

Цифрование картографической информации (генерализацию цифровой картографической информации) следует выполнять по элементам содержания топографической карты в последовательности, обеспечивающей их взаимное согласование, по принципу «от более «жёстких» элементов содержания карты к менее «жёстким»:

· математические элементы карты, плановая и высотная основа;

· рельеф;

· гидрография и гидротехнические сооружения;

· населённые пункты;

· промышленные, сельскохозяйственные и социально-культурные объекты;

· дорожная сеть и дорожные сооружения;

· растительный покров и грунты;

· границы и ограждения.

Объекты «подпись» цифруются непосредственно после цифрования тех объектов, к которым они относятся.

Координатным описанием объекта плана с точечным характером локализации являются координаты главной точки условного знака, отображающей местоположение объекта местности.

Координатным описанием объекта плана с условно-линейным характером локализации являются координаты двух главных точек внемасштабного условного знака, отображающие местоположение и ориентацию объекта местности. Направление последовательности координатного описания объектов с условно-линейным характером локализации, при цифровании, может быть произвольным (мосты, водопады, пороги и т. п.) или определенным:

? "слева - выше" (ворота для пропуска плотов, участки прорыва плотин и т. п.);

? "сверху - вниз" ("стрелка" направления течения, источники необорудованные и т. п.).

Координатным описанием объекта плана с линейным характером локализации является последовательность координат точек осевой линии условного знака, отображающих местоположение объекта местности, обладающая свойствами:

? неразветвленность последовательности точек линии в системе координат листа карты (узловые точки с двумя и более "ветвями" делят линейные картографические объекты на несколько элементарных объектов карты);

? постоянство значений характеристик (признаков) картографического объекта на всем его метрическом протяжении на карте.

Пересечение (разрывы) изображения объектов с линейным характером локализации с объектами «подпись» и другими объектами: с условно-линейным, линейным и площадным характером локализации, не является основанием для деления этих объектов на элементарные объекты карты.

Направление последовательности координатного описания объектов с линейным характером локализации, при цифровании, может быть произвольным (дороги, линии электропередач, связи, трубопроводы и т.п.) или определенным:

? "слева - выше" (горизонтали, бровки обрывов, насыпей, выемок т. п.);

? "первая точка имеет большую высоту" (реки, ручьи, фуникулеры и т. п.).

Координатным описанием объекта карты (плана) с площадным характером локализации является последовательность координат граничных точек условного знака объекта карты (внешнего, внутреннего контура) замкнутая в начальной узловой точке.

Пересечение площадных объектов (растительность, грунты и т. п.) линейными объектами (дороги, водотоки, просеки и т. п.) не является основанием для деления площадных объектов на части.

Граничными точками объектов с площадным характером локализации могут быть:

? контур, в виде непрерывной линии, точечного или штрихового пунктира;

? контур фоновой заливки или сетки (леса, водные поверхности и т.п.), области, заполненные штриховыми условными знаками (болота, солончаки, такыры и т.п.);

? граничные точки крайних объектов (кварталы, строения и т.п.), включенные в комплексный площадной объект (населенные пункты, промышленные предприятия т.п.);

? граничные точки линии, соединяющей разрывы в изображении объекта (устье оврага, устье реки при впадении ее в водоём и т.п.);

? внутренняя рамка карты;

? осевые линии линейных объектов, примыкающих к данному площадному объекту, или контуры других площадных объектов;

? граничные точки контура географического объекта (урочище, гора, залив, и т. п.), описываемого схематически.

Направление последовательности координатного описания объектов с площадным характером локализации определяется по правилам:

? "объект - слева" - для всех объектов, кроме водоемов и водотоков;

? "объект - справа" - для водоемов и водотоков.

Объекты плана c площадным характером локализации, состоящие из участков с различными характеристиками, при цифровании разделяются на отдельные объекты так, чтобы в пределах каждого из них характеристики были постоянными. В качестве условной границы между такими объектами принимается середина отрезка, заключённого между подписями, содержащими различные характеристики.[8]

4.1 Векторные модели ситуации

Для отображения пространственных объектов в САПР и ГИС используются две основные модели данных: растровая и векторная.

В растровой модели территория отображается в виде совокупности регулярно организованных площадных объектов типа квадратного пиксела (pixel).

Векторные модели широко применяются в САПР. Векторные модели широко применяются в САПР. Основной тип векторной модели известен как модель «спагетти». В такой модели точки представляются как пары пространственных координат, линии -- как строки координатных пар, а области -- как линии, которые образуют замкнутые полигоны.

При построении векторных моделей объекты создаются путем соединения точек прямыми линиями, дугами окружностей, полилиниями. Площадные объекты - ареалы задаются наборами линий.

Ключевое различие между растровыми и векторными моделями данных -- то, что растровая модель использует регулярные искусственные пространственные объекты, в то время как векторная модель использует нерегулярные пространственные объекты.

Векторные модели строятся на векторах, занимающих часть пространства в отличие от занимающих все пространство растровых моделей. Это определяет их основное преимущество - требование на порядки меньшей памяти для хранения и меньших затрат времени на обработку и представление, а главное более высокая точность позиционирования и представления данных.

Растровая модель особенно хорошо подходит для представления явлений реального мира, имеющих непрерывное распределение, например температуры поверхности Земли. Растровая модель широко используется при непосредственной обработке и анализе цифровых изображений, полученных по данным дистанционного зондирования Земли , а также для решения многих прикладных задач, в частности мониторинга состояния окружающей среды [2].

В векторном формате линии получаются посредством соединения последовательности точек или вершин, представленных в виде упорядоченных пар пространственных координат, откуда и название «векторный»

Главное различие между векторной и растровой моделями состоит в том, как эти модели представляют пространство. Для представления пространственных объектов растровая модель использует плоскостное или объемное перечисление, а векторная -- изображение границ объектов. Иными словами, растр описывает объекты непосредственно, а векторная модель хранит информацию только о границах объектов. Представление пространственной информации в векторном формате требует меньше объема памяти, чем в растровом[9]

Рис.1. Растровая и векторная модели.

4.2 Классификатор Credo Topoplan

Ключевым элементом превращения плана местности в цифровую модель ситуации является использование классификатора для моделируемых объектов.

В программе Credo Topoplan условные знаки (точечные, площадные и линейные), диапазоны масштабов для тех или иных условных знаков, состав и типы семантики определяются и хранятся в классификаторе. Наполняется и редактируется классификатор посредством специального редактора, с помощью которого в классификаторе осуществляется создание новых типов и редактирование имеющихся топографических объектов.

Классификатор представляет собой древовидную структуру, в которой все условные обозначения разбиты по группам (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Классификатор CREDO Topoplan

В классификаторе есть возможность выбора масштаба условных знаков от 1:10 до 1:100000.

С помощью классификатора решаются пять основных задач:

- Структуризация данных по тематическим слоям. Классификатор состоит из двух частей - топографической и проектной. За основу структуры топографической части классификатора приняты два нормативных документа, регламентирующих использование условных знаков для крупных (1:500 - 1:2000) и мелких масштабов (1:10000 - 1:100000). Структура размещения (папок) объектов классификатора определяет структуру группировки объектов по тематическим слоям. Однако Редактор классификатора позволяет пользователям полностью перестроить структуру классификатора под свои нужды, совершенно по-другому сгруппировать объекты, дополнить своими специфическими элементами.

- Отображение данных соответствующими условными знаками. Условный знак точечного, площадного, линейного топографического объекта отображается в модели. В классификаторе описываются условия размещения и компоновки символов, образующих условный знак. Наполнение классификатора, то есть создание условных знаков, конструирование сложных условных знаков ведется в редакторе классификатора. При этом используемые для конструирования символы хранятся в библиотеке символов, которая создается и наполняется с помощью Редактора символов. Как правило, для точечных объектов используется один символ. Для линейных и площадных объектов редактор классификатора позволяет конструировать сложные условные знаки, состоящие из нескольких символов, типов линий, заливки и штриховки.

- Генерализация. Под термином «генерализация» в CREDO понимается отбор и обобщение объектов для отображения в рабочем окне модели в зависимости от устанавливаемого масштаба съемки (для разных диапазонов масштабов используются разные условные знаки).

- Назначение состава семантики. Для каждого топографического объекта создается определенным набор семантических характеристик. Например, здание должно иметь этажность, назначение и огнестойкость.

- Обеспечение связи с внешними системами. В Классификаторе каждый объект имеет несколько кодов обеспечивающих связь с внешними данными. Базовый код служит для обмена данными ТОПОПЛАНА между пользователями[10].

4.3 Классификатор Geonics

топографический съемка изображение векторизация

Программный продукт GeoniCS представляет собой модульную структуру и работает на платформе AutoCAD (AutoCAD Civil 3D, AutoCAD MAP 3D). Выделяют следующие модули:

Модуль «Топоплан» - это ядро программы, позволяющее создавать топографические планы, вести базу точек съемки проекта, строить трехмерную модель рельефа и проводить анализ полученной поверхности;

Модуль «Генплан» используется при проектировании промышленных объектов различного назначения, а также объектов гражданского строительства;

Модуль «Сети» позволяет проектировать внешние инженерные сети и оформлять необходимые выходные документы;

Модуль «Трассы» позволяет проектировать линейно-протяженные объекты и оформлять необходимые выходные документы;

Модуль «Сечения» позволяет получать сечения по существующей поверхности и отрисовывать проектные поперечники;

Модуль «Геомодель» предназначен для автоматизации процесса подготовки графических отчетных документов инженерно-геологических изысканий (инженерно-геологические разрезы и колонки) и др.

Модуль «Топоплан» включает полную библиотеку топографических условных знаков (точечные, линейные, полосные, площадные), а также средства их отрисовки, редактирования и замены.

Можно выделить три основных источника данных, на основе которых в модуле «Топоплан» создаются топографические карты и модели рельефа:

· архивные картматериалы на твердом носителе. Эти материалы сканируются, полученные растровые изображения корректируются (см. раздел «Обработка сканированных изображений») и вставляются в чертеж DWG в реальных изыскательских координатах. Соответствующие топознаки отрисовываются в режиме «сколки«;

· данные полевых топографо-геодезических наблюдений, которые можно импортировать из RGD-файла (обменный формат программы GeoniCS Изыскания) или из текстового файла ведомости координат и отметок;

· топологические данные различных ГИС-систем, представляющие описание точечных, линейных и площадных объектов, которые можно импортировать через DXF-файл. Соответствующие топознаки отрисовываются в режиме «замены».

Библиотека условных знаков GeoniCS Топоплан предназначена для создания топографических планов и карт масштаба от 1:500 до 1:5000.Библиотека знаков GeoniCS Топоплан использует уникальные высокоэффективные алгоритмы, управляющие поведением объектов и обеспечивающие удобство работы пользователя.

Выбор необходимого топознака возможен несколькими способами: через топографический классификатор, алфавитный указатель, а также через вызываемые тематические панели инструментов (рис 4.3).



Рис. 4.3 Классификатор Geonics

Кроме того, модуль «Топоплан» снабжен встроенной справочно-нормативной базой, где собрана информация по правилам отрисовки топографических знаков. Реализован режим «ассистента», который предоставляет пользователю подсказки, касающиеся отрисовки выбранных знаков.

В модуле «Топоплан» реализована автоматическая замена одних условных знаков на другие в соответствии с единицами чертежа и масштабом (упрощенная генерализация).

Встроенный стандартный топографический классификатор, а также алфавитный классификатор упрощают поиск отдельных знаков и делают работу более комфортной.

Модуль «Топоплан» не только является удобной для пользователя системой, но и имеет открытый интерфейс, что позволяет самостоятельно модифицировать и пополнять классификатор и библиотеку условных знаков всех видов локализации, а также создавать на их основе специализированные упрощенные системы картографирования для определенных предметных областей, в том числе для различных видов кадастровых планов (земель, недвижимости, инженерных сетей и т.д.).

Выбор необходимого топознака возможен несколькими способами: через топографический классификатор, через алфавитный указатель, а также через вызываемые тематические панели инструментов. Кроме того, модуль «Топоплан» снабжен встроенной справочно-нормативной базой, где собрана информация по правилам отрисовки топографических знаков. Реализован режим «ассистента», который предоставляет пользователю подсказки, касающиеся отрисовки выбранных знаков. На рисунке 4.4 показаны некоторые условные знаки, типы линий и штриховок, применяемые в программе. [11]

а) точеные условные знаки б) линейные условные знаки в) площадные условные знаки

Рис 4.4 Классификатор топографических условных знаков Geonics

Вывод: Классификатор Geonics и классификатор Credo Topoplan устроены по разному. В Geonics присутствует возможность выбора одного и того же условного знака различными способами. Это можно отнести к плюсам классификатора Geonics. Однако он занимает много рабочего пространства, что делает некомфортной работу с ним на не больших мониторах. Несомненным плюсом Geonics является, то что его модуль «Топоплан» оснащен справочной системой, чего нет в Credo Topoplan.



5. Цифровые модели рельефа

Цифровой моделью рельефа (ЦМР) называют совокупность точек местности с известными трехмерными координатами и различными кодовыми обозначениями, предназначенную для аппроксимации местности с ее природными характеристиками, условиями и объектами .

Задачи, решаемые путем применения ЦМР разнообразны и среди них можно выделить следующие:

-вычисление уклонов и экспозиции склонов, что важно в строительстве дорог и продуктопроводов, сельском хозяйстве при выборе полей под культуры с разными требованиями к освещенности и др.;

-анализ поверхностного стока на территории;

-моделирование затопления территорий;

-анализ видимости, который используют при планировании коммуникационных сетей, в военном деле и других отраслях;

-ортокоррекция изображений;

-измерение площадей и объемов, получение профилей поверхности;

-просмотр данных в трех измерениях, создание виртуальных полетов над местностью и светотеневых моделей.

5.1 Методы построение ЦМР

Одним из существенных преимуществ технологий географических информационных систем (ГИС) над обычными «бумажными» картографическими методами исследований является возможность создания пространственных моделей в трёх измерениях. В связи с доступностью быстрой компьютерной обработки громадных массивов высотных данных становится реально выполнимой задача создания максимально приближенной к действительности цифровой модели рельефа (ЦМР). Под цифровой моделью какого-либо геометрического (географического) объекта понимается определенная форма представления исходных данных и способ их структурного описания, позволяющий «вычислять» (восстанавливать) объект путем интерполяции, аппроксимации или экстраполяции.

Цифровые модели рельефа - это математическое представление участка земной поверхности, полученное путем обработки материалов топографической съемки.

Создание ЦМР и пересчет их из одного вида в другой базируется на использовании математического аппарата. От правильного его применения зависит не только адекватность построенной модели, но и оптимальность затрат ресурсов машинной памяти и времени вычисления.