Баученков Сергей Андреевич Цифровые методы топографических съёмок и их применение в учебном процессе
|
Скачать 1.09 Mb.
|
|
Глава 5. Современные технологии камеральной обработки данных полевых измерений. Современные методы камеральной обработки данных полевых измерений позволяют в несколько раз ускорить работу специалиста камеральной группы на обработку измерений и вычерчивание готового топографического плана. В связи с чем, возникает необходимость детального рассмотрения некоторых наиболее распространённых методик компьютерной обработки полевых измерений и некоторых конкретных видов программного обеспечения. Применительно к топографии, можно выделить ряд программ, в которых, в той или иной мере, возможно производить обработку геодезических измерений и вычерчивание топографического плана (программы для обработки спутниковых измерений не рассматриваются) (рис.16), а также схему, в общем виде описывающую порядок обработки данных полевых измерений (рис.17).  Рис.16. Некоторые программы для математической обработки и вычерчивания. Как правило, файл измерений при импорте имеет следующие форматы: • «Номер точки – Восток – Север – Высота – Код», если съёмка велась в координатах • «Номер точки – Горизонтальный угол – Вертикальный угол – Наклонное расстояние – Код», если съёмка велась в углах (полярным способом). Кроме того, в файле измерений указывается информация о приборе, времени и условиях съёмки (температура воздуха, давление). В данной работе, а также в методическом пособии, будут рассматриваться функциональные возможности таких программ, как AutoCAD (Civil 3D), TopoCAD и CredoDAT, так как в геодезической практике они используются наиболее часто.  Рис.17. Технологическая схема камеральной обработки геодезических измерений. 5.1. Обработка измерений в программе CredoDAT Для формирования наиболее полной картины функциональных возможностей программы, стоит рассмотреть версию 3.х, а также некоторые нововведения, принятые в четвёртой версии. Стандартная для геодезиста процедура обработки данных полевых измерений в программе Credo DAT выглядит следующим образом: • Создание проекта, первоначальные настройки (система координат, точность, введение разного рода поправок, единицы измерения, свойства текста, свойства инструмента, которым велись измерения и.т.д.) • Настройки импорта измерений, импорт (непосредственно с прибора, из текстового файла и по определённому шаблону) • Присвоение исходным пунктам координат и высот (из выписки или из данных спутниковых измерений) • Выполнение предобработки (т.е. вычисления горизонтальных проложений и координат точек хода и съёмочных пикетов). Также, если съёмка велась с применением технологии полевого кодирования, на этом этапе происходит присвоение съёмочным пикетам графических примитивов в соответствии с кодировкой и направляющими командами (см. главу 3). • Выполнение анализа измерений на предмет грубых ошибок (L1-анализ) • Уравнивание полученных в результате предобработки значений и оценка точности выполненных измерений • Вывод ведомостей (рис.17, блок 9) и анализ полученных результатов оценки точности • Экспорт измерений для дальнейшего вычерчивания топографического плана в векторных графических редакторах Касаясь темы обработки измерений, производившихся с применением метода полевого кодирования, стоит упомянуть, что дальнейшее вычерчивание ситуации возможно только лишь с применением программ комплекса Credo, а конкретно – CredoТОПОПЛАН. И, хотя экспорт измерений возможен и в другие программы, графические примитивы, полученные посредством интерпретации программой Credo установленных классификатором полевых кодов, отображаются только лишь в форме ссылок на файл (иначе говоря – изображением, не имеющим свойств). В случае, если исполнитель использовал во время съёмки условную кодировку (т.е. съёмку с примечаниями), то в третьей версии Credo они не будут отображаться, так как они не прописаны в классификаторе, а собственный классификатор в третьей версии программы создавать пользователям нельзя (только разработчикам и продвинутым программистам). В этом случае, решение находится в использовании программы Microsoft Excel, где можно совместить результаты обработки измерений с недостающими примечаниями (которые можно взять из исходного текстового файла электронного полевого журнала). Данная проблема была решена в четвёртой версии программы, где появилась возможность создавать собственный классификатор, а также дополнительная строка, куда попадают не распознанные программой примечания. Помимо стандартных функций, в программе CredoDAT есть возможность предрасчёта точности предстоящих измерений на основе информации о приборе с определёнными точностными характеристиками и данных о проектируемой линейно-угловой сети. Расчёт производится на основе числовых данных о факторах, которые влияют на точность угловых и линейных измерений: • Факторы, влияющие на точность угловых измерений (13): ▪ Ошибка центрирования прибора над точкой ПВО в угловой мере (3 мм -> ~9”) ▪ Ошибка центрирования вешки над наблюдаемой точкой ПВО (3 мм -> ~9”) ▪ Инструментальная погрешность тахеометра (5”) ▪ Погрешность наведения на цель (2”) • Факторы, влияющие на точность линейных измерений (14): ▪ Ошибка центрирования тахеометра над точкой ПВО (3 мм) ▪ Ошибка центрирования вешки над точкой ПВО (3 мм) ▪ Инструментальная погрешность измерения расстояний (~2 мм) ▪ Погрешность неперпендикулярности вешки (~10 мм) При этом, на основе представленных в скобках величин (ошибка положения исходных пунктов ПВО не учитывается), суммарные погрешности измерений в проектируемой сети будут равны: (13)  (14)   Таким образом, ещё до выполнения работ можно оценить планируемую точность угловых и линейных измерений и установить соответствие используемого парка приборов и конфигурации проектируемой сети предъявляемым требованиям к точности измерений на данном объекте. На основании всего вышесказанного, можно сделать вывод, что удобнее всего использовать программу CredoDAT, начиная с четвёртой версии, так как в ней исправлены некоторые негативные особенности третьей версии (исчезновение примечаний при импорте измерений, невозможность написания пользователями собственного классификатора) и добавлены некоторые нововведения (одна из ключевых функциональных возможностей – обработка систем теодолитных ходов вместо обработки каждого хода по отдельности). Помимо перечисленных основных функций программы, есть ещё множество дополнительных возможностей, повышающих удобство работы: загрузка растровой подложки, решение обратной геодезической задачи для двух пунктов или для цепочки, формирование собственных шаблонов отчётов и.т.д. Из мелких неудобств 3 и 4 версий можно отметить отсутствие возможности перемещения изображения на экране чертежа курсором-рукой. 5.2. Обработка полевых измерений в программе TopoCAD Общая схема обработки полевых измерений схожа для всех программ, но иногда имеются существенные различия в некоторых деталях, в частности, между программами CredoDAT и TopoCAD. Сначала, как и в случае с CredoDAT, нужно создать проект, произвести настройку импорта и загрузить измерения по определённому шаблону из текстового файла, либо непосредственно с тахеометра. Далее нужно вручную построить теодолитный ход (в программе CredoDAT ходы во время предобработки строятся автоматически на основе выполненных измерений). При уравнивании хода программа выполняет расчет координат точек в прямом направлении, затем выполняет определение линейной, угловой и высотной невязок. После определения невязок выполняется их распределение по выполненным измерениям и повторный пересчет координат точек хода. Если ход не один, а последующие ходы опираются на предыдущие, то расчет выполняется исходя из следующего предположения: после уравнивания хода уравненные координаты точек этого хода считаются известными и безошибочными. В программе TopoCAD можно установить параметры уравнивания и указать способ привязки: полный, висячий или координатный (но обязательно с одним примычным углом). Можно установить способ учета поправок: не учитывать (без поправок), распределить невязку только в измеренные расстояния или распределить невязку и в расстояния, и в углы. Исходные координаты можно взять из файла, а можно ввести самостоятельно. После дальнейших вычислений откроется окно с результатом по каждой точке. В этом окне выводятся уравненные координаты выбранной точки хода, «поправки» - разность между координатами точек из прямого расчета и уравненными координатами, а также расхождения между измеренными прямо и обратно расстояниями и превышениями. После всех вычислений необходимо распечатать ведомости оценки точности и произвести анализ полученных значений. Стоит отметить, что в программе TopoCAD измеренные значения довольно сложно изменить или придумать (в отличие от CredoDAT, где результаты измерений можно легко подогнать под допустимые значения невязок, а то и вовсе придумать теодолитный ход от начала до конца), что способствует формированию более добросовестного отношения исполнителя к работе при условии использования данной программы. 5.3. Вычерчивание топографического плана в программе TopoCAD Основное удобство использования данного продукта AdTollo заключается в том, что обработка полевых измерений и вычерчивание готового топографического плана производится в одной программе, что значительно ускоряет камеральную работу. Интеграция функций обработки и вычерчивания в одной программе также исключает такие негативные моменты как нераспознавание примечаний в столбце «код» файла измерений, стирание всех выполненных настроек при экспорте и потерю других нераспознанных сторонней программой данных. Вычерчивание ситуации и построение рельефа производятся аналогично с другими специализированными программами геодезического профиля. Самой близкой аналогией можно считать AutoCAD Civil 3D, где также возможна обработка геодезических измерений, вычерчивание ситуации и построение рельефа, но с ориентацией, в основном, на американского пользователя, с некоторыми специфическими особенностями. В программе TopoCAD сделан упор на вычерчивание ситуации в условных знаках ГУГК, так как в ней уже загружена библиотека соответствующих блоков и стилей линий, что весьма удобно. Если проводить ту же аналогию с программой AutoCAD Civil 3D, то там необходимо подгружать условные знаки в виде cuix-приложения. Однако, если же нужно вычертить план в условных знаках Треста «ГРИИ» (рис.18) или ГУП «Мосгортрест», то и в TopoCAD нужно будет подгружать условные знаки дополнительно.  Рис.18. Пример топографического плана, выполненного в программе TopoCAD. 5.4. Вычерчивание топографического плана в программах AutoCAD Civil 3D и GeoniCS Программа AutoCAD Civil 3D является специализированной версией AutoCAD, предназначенной для задач инженерных изысканий, в частности – создания топографических планов. В программе изначально предустановлена библиотека условных знаков службы USGS США и прописана технология обработки измерений посредством создания базы данных съёмки, импорта журнала полевых измерений формата *.fbk, математической обработки и вычерчивания топографического плана. Помимо стандартных функций, в AutoCAD Civil 3D предусмотрена возможность создания собственных приложений под нужды пользователя на внутреннем языке программирования AutoLISP в программной среде VisualLISP, что позволяет существенно расширить функционал программы. Также, при помощи расширения Active-X, есть возможность интегрировать AutoCAD со сторонними программами, написанными на других языках программирования (например, Python, C++, Delphi и.т.д.). С помощью всех вышеперечисленных инструментов, возможно создание и загрузка собственных библиотек условных знаков (ГРИИ, ГУГК, Мосгортрест, специализированные условные знаки инженерных сетей) и любых дополнительных функций (например, создание прямоугольника по 3 точкам, выравнивание подписей вдоль заданных линий, превращение сплайнов в полилинии с заданным шагом, считывание координат точек и автоматическое их дублирование в текстовом файле заданной папки и.т.д.). В AutoCAD Civil 3D также предусмотрена возможность создания поверхностей по измеренным в поле отметкам высот и построение горизонталей на основе созданных TIN-поверхностей. Однако, для построения рельефа, геодезисты часто пользуются надстройкой GeoniCS, где имеется большее количество настроек и различных способов построения и редактирования рельефа по сравнению с Civil 3D. К тому же, горизонтали, построенные в программе GeoniCS, получаются более сглаженными. Программа GeoniCS также располагает библиотекой условных знаков и стилей линий ГУГК. 5.5. Пример написания приложения на языке AutoLISP. В предыдущем разделе были описаны некоторые уникальные возможности программы AutoCAD Civil 3D, в частности – написание приложения под собственные нужды на языке AutoLISP. Приведём простейший пример (рис.19) и порядок написания такого приложения (Полищук, 2006).  Рис.19. Пример программы, написанной на языке AutoLISP. Порядок действий следующий:
 Рис.20. Начальное меню.
 Рис.21. Меню создания файла lisp-приложения.
 Рис. 22. Меню создания приложения. • Определить функцию как (в данном случае - «zblock» (1)). • Определить блок, который надо заменить (old_block) и тот, на который нужно заменить старый блок (new_block). Задать команду «getstring» для организации диалога с пользователем, который должен будет ввести имена блоков с клавиатуры (2,3). • Теперь нужно написать основную часть программы, используя встроенные функции AutoCAD, и добавив при этом цикл (while). • Проконтролировать правильное закрытие всех скобок, чтобы не возникло ошибок, в противном случае высветится «(_>» или «<_)» (5). • Можно проверить написанный код на предмет синтаксических ошибок (в Visual LISP есть такая функция).
 Рис.23. Сохранение lisp-приложения.
 Рис.24. Меню загрузки приложения.  Рис.25. Загрузка приложения в программу.
 Рис.26. Ввод команды в командную строку.
 Рис.27. Ввод названия заменяемого блока.
 Рис.28. Ввод названия блока, на который нужно заменить исходный
  Рис.29. Результат работы приложения. На примере ниже приведено описание более продвинутого LISP-приложения (рис.30). (в данном случае оно позволяет заменять сразу несколько блоков на выбранный пользователем, при этом, не требуется ввод данных с клавиатуры)  Рис.30. Пример полноценного LISP-приложения. На основании рассмотренных в методическом пособии (приложение 1) схем камеральной обработки данных измерений (CredoDAT 3.11 + AutoCAD Civil 3D; CredoDAT 3.11 + AutoCAD + GeoniCS; TopoCAD) можно сделать вывод, что наиболее удобной для учебных целей является программа TopoCAD, так как весь комплекс камеральных работ (уравнивание результатов измерений, вычерчивание ситуации, построение ЦМР) осуществляется в одной программе. К тому же, в отличие от AutoCAD Civil 3D, комплект программы включает библиотеку условных знаков для топографических планов. Однако, если материалы топографической съёмки требуется сдавать в КГА (Комитет по градостроительству и архитектуре) или на областную экспертизу, то, как правило, используются «традиционные» схемы обработки: CredoDAT 3.11 (4.1) + AutoCAD Civil 3D; CredoDAT 3.11 (4.1) + AutoCAD + GeoniCS. Дело в том, что в названных выше программах быстрее и удобнее, в сравнении с программой TopoCAD, осуществляется подготовка материалов для сдачи в официальные органы. Ниже рассмотрим этот вопрос более подробно. Официальные органы (в частности, КГА Санкт-Петербурга и экспертиза в Ленинградской области) принимают результаты измерений и топографические планы по строго определённым основным критериям: • Результаты измерений принимаются в виде полевого журнала в формате *.sdr • Топографический план должен быть сохранён в формате *.dwg (2000) • Блоки условных знаков и стили линий должны иметь определённое в кодификаторе (ГУГК для области или треста ГРИИ для города) название (например, g5_008 или M5_054_1a соответственно) Функционал программы TopoCAD позволяет эти условия выполнить, однако, для этого нужно загрузить новую библиотеку условных знаков (блоки и стили линий треста ГРИИ). Кроме того, некоторые трудности при сдаче может вызвать тот факт, что программа TopoCAD ещё не нашла массового применения, и у проверяющих органов её может не оказаться в наличии, а конвертировать файл результатов обработки измерений формата *.sur в более распространённые на данный момент форматы (например, *.gds), весьма проблематично. Стоит также отметить ряд весомых аргументов в пользу «традиционного» способа» обработки результатов измерений: • В программе AutoCAD имеется встроенная программная среда VisualLISP, в которой есть возможность писать вспомогательные программы на языке AutoLISP, что сильно ускоряет работу. А при установке расширения Active-X появляется возможность работать с приложениями, написанными на других языках программирования. • Возможность бесплатной загрузки приложений в программе AutoCAD (форматов *.lsp, *.VLX и др.), написанных другими пользователями. Причём, разнообразие видов этих приложений настолько обширно, что составляют более 60% программного инструментария геодезиста камеральной группы. • Более широкий набор настроек создания поверхности, оформления и редактирования горизонталей в программной надстройке GeoniCS, интегрированной в AutoCAD. Несмотря на столь весомые достоинства «традиционной» технологии камеральной обработки, имеются и некоторые недостатки, по сравнению с программой TopoCAD: • В программе CredoDAT при импорте измерений не отображается строка примечаний, что существенно тормозит процесс дальнейшего экспорта результатов обработки в программу, где будет производится вычерчивание цифрового абриса и плана. В ПО TopoCAD эта строка отображается и выводится на чертёж. • Программа CredoDAT не позволяет в полной мере использовать технологию полевого кодирования и редактировать классификатор кодов (последнее актуально для версии 3.х). Распознаваемые программой коды и последовательность команд, прописанные в стандартном классификаторе, осуществляют графические построения, пригодные для обработки только лишь в программе Credo_ТОПОПЛАН. При экспорте в формат *.dxf, отрисованные по кодам графические примитивы не преобразуются в нужные для работы блоки, а отображаются в виде растра, не имеющего каких-либо свойств, что делает дальнейшую обработку невозможной. На основании вышеизложенного анализа двух различных схем камеральной обработки, можно прийти к заключению, что в учебном процессе возможно использование всех рассмотренных схем обработки (с использованием связки CredoDAT + AutoCAD + GeoniCS или CredoDAT + AutoCAD Civil 3D и при помощи только одной программы - TopoCAD) в зависимости от выделенного на изучение дисциплины времени. Резюмируя всё вышесказанное, можно дать краткие характеристики обоих методов: • TopoCAD не требует высокой производительности компьютера и позволяет осуществлять весь комплекс камеральных работ без обращения к сторонним программам, однако, при подготовке материалов для сдачи в официальные органы возникают некоторые трудности, связанные с конвертацией результатов уравнивания в наиболее распространённые форматы. Стоит также отметить, что в процессе камеральной обработки существенно затруднена возможность «подгона» результатов измерений, что позволяет объективно оценивать выполненную студентами работу. • «Традиционная» технология подразумевает высокие требования к параметрам производительности компьютера и длительное время освоения, что для учебных целей не всегда приемлемо. Но для производственных задач такой способ подходит лучше, так как есть возможность написания и загрузки приложений для собственных нужд во внутренней среде программирования, а также подключение сторонних программ без участия непосредственных разработчиков (таким образом, не нужно покупать дополнительные модули, стоимость на которые часто бывает завышена). Помимо технических характеристик, необходимо учитывать также и стоимость оформления лицензий. В этом случае, получение электронного ключа на TopoCAD обойдётся намного дешевле, чем связка из 2-3 относительно высоких по стоимости программ «традиционной» цепочки, даже несмотря на специальные условия оформления лицензий для университета. |
Похожие:
 |
Конспект лекций мдк 02. 02. Электронные средства и методы геодезических измерений ПМ. 02. Выполнение топографических съемок, графического и цифрового оформления их результатов |
 |
Методические указания по прохождению практики и составлению отчета... ПМ. 02 Выполнение топографических съемок, графического и цифрового оформления их результатов |
|
Рассмотрение заявлений адвокатов. Вопросы текущей деятельности. Голосовали: единогласно Присутствовали: Басов Юрий Романович, Гордеева Ольга Геннадьевна, Леднев Сергей Федорович, Мухаметов Ринат Равилевич, Ногин Сергей... |
|
Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе... ПМ. 02 Выполнение топографических съемок, графического и цифрового оформления их результатов |
|
«Методы определения рефракции» Методическая разработка утверждена на заседании предметной (цикловой) комиссии, рекомендована к использованию в учебном процессе... |
|
Методическая разработка деловой игры «сахарный диабет. Гипергликемическая кома у детей» Деловые игры, как метод активного обучения, в настоящее время находит широкое применение в учебном процессе |
|
Применение акустико-эмиссионного метода для выявления дефектов сварного шва в процессе сварки При этом реализуется возможность определения с высокой точностью координат дефектов и их оперативного исправления в процессе сварки... |
|
Убить билла (2003) Поэтому было обещано внести некоторые изменения в сюжетную линию фильма непосредственно в процессе съемок |
|
Рекомендации по использованию в учебном процессе интерактивных образовательных... Данные рекомендации развивают некоторые положения Рекомендаций по использованию инновационных образовательных технологий в учебном... |
|
На выполнение исполнительных топографо-геодезических и маркшейдерских... Открытое акционерное общество «Газпромнефть-Хантос», именуемое в дальнейшем «Заказчик», в лице генерального директора Доктора Сергея... |
|
Общественная организация «союз маркшейдеров россии» Проект Методических указаний по проведению исполнительных съемок подземных сооружений (плановые и высотные съемки) и по проведению мониторинга... |
|
Опыт применения пакета nastran в учебном процессе на кафедре «Космические... Опыт применения пакета nastran в учебном процессе на кафедре Космические аппараты |
|
Применение методов активного обучения в образовательном процессе вуза В данной статье рассматривается применение активных методов обучения, опыт использования которого дает возможность решать ряд труднодостижимых... |
|
Авторы: Карауш Сергей Андреевич, заведующий кафедрой охраны труда и окружающей среды Мендовано в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 280102 "Безопасность технологических процессов... |
|
Материал и патологогистологические методы исследования В пособии изложены важнейшие гистологические и цитологические способы окраски срезов, а также основные гистохимические и электронно-микроскопические... |
|
Инструкция о порядке контроля и приемки геодезических, топографических и В инструкции излагаются принципы организации и исполнения контроля и приемки геодезических, топографических и картографических работ... |