Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 231.21 Kb.
|
| Обработка геодезических измерений Введение Литература: 1 Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия: Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ. Учебник для вузов. - М.:Недра 1981, с.438. 2. Маркузе Ю.И. Алгоритмы для уравнивания геодезических сетей на ЭВМ. - М.:Недра, 1989. с.248: ил. 3. А.Г.Неволин. Математическая обработка инженерно-геодезических сетей на ЭВМ: Учебное пособие. - Новосибирск:СГГА, 1995. 77с 4. Руководство пользователя к программе. Условия приема практических работ:
Общие сведения В геодезической практике все большее внимание уделяется созданию локальных геодезических построений, а также автономному развитию геодезических сетей с применением спутниковых, инерциальных и других систем. В ряде случаев строятся, так называемые свободные геодезические сети, в которых имеется минимум исходных данных или их вообще нет, т.е. когда все без исключения пункты являются определяемыми. Такие построения используются в качестве геодезической основы для производства инженерно-геодезических работ на строительных площадках, выполнения кадастровых съемок, для наблюдения за деформациями и осадками зданий и уникальных сооружений, а также для наблюдений за современными вертикальными и горизонтальными движениями земной поверхности. Особое внимание заслуживает математическая обработка геодезических построений с применением компьютерной техники. В некотором смысле, компьютер можно отождествить с черным ящиком, когда погрешность, обусловленная некорректным алгоритмом, может возрасти многократно и привести к весьма ошибочным выводам. Поэтому в процессе автоматизированной обработки данных существенное значение приобретают надежные алгоритмы и программные средства, а также удобные пользовательские интерфейсы (рис.1). При разработке алгоритмов и программ для ПК важное значение имеет выбор рационального математического аппарата. Практически все современные ПК приспособлены для обработки информации представленной в виде таблиц или матриц. Поэтому применение матричного исчисления и теории линейной алгебры, при решении целого ряда задач, может существенно повысить качество программирования и эффективного использования компьютеров.  Рисисунок 1 - Обрабатывающий фильтр» результатов геодезических измерений Краткие сведения о геодезических сетях Геодезические сети позволяют определять расположение отдельных точек земной поверхности относительно исходных точек, координаты которых определены или известны заранее. При создании геодезических сетей производятся топографо-геодезические работы имеющие целью определить относительное положение на земной поверхности" опорных точек, т.е. координаты и высоты. Геодезическая сеть - это совокупность точек, закрепленных на местности, положение которых определено в общей для них системе координат. Закрепленная на местности точка геодезической сети называется геодезическим пунктом. Относительно геодезических пунктов определяют положение любой точки на местности при съемке. Методы построения геодезических сетей Построение геодезических сетей осуществляется следующими методами (и их комбинацией): Прямая геодезическая задача Состоит в определении координат конечной точки линии по длине ее горизонтального проложения, ориентирному (дирекционному) углу и координатам начальной точки где: X, Y - координаты геодезических пунктов; S - расстояние (горизонтальное проложение) между пунктами; - ориентирный (дирекционный) угол. Обратная геодезическая задача Заключается в определении горизонтального проложения и ориентирного направления линии по известным координатам двух точек (преобразование прямоугольных координат в полярные).  Рисунок 2 - Схема определения румба и ориентирного (дирекционного) угла оси = агс1:ё((У2-У1)/(Х2-Х,)) * э - ^ - У % -ы г - Ш- 1. Триангуляция Метод построения геодезической сети в виде примыкающих друг к другу треугольников, в которых измеряют все углы и длину хотя бы одной стороны, называемой базисом.  2. Трилатерация Метод построения геодезической сети в виде примыкающих друг к другу треугольников, в которых измеряют длины всех сторон.  3. Полигонометрия Метод построения геодезической сети в виде системы замкнутых или разомкнутых ломаных линий, в которых непосредственно измеряют все элементы: углы поворота и длины сторон.  4. Линейно-угловые сети Метод построения сетей, в которых сочетаются линейные и угловые измерения. Являются наиболее надежными (жесткими).  Прикладные программы В настоящее время, обработка геодезических данных без использования компьютера не представляется возможной. Это связано не только с повышенным объемом вычислений, сколько с общей автоматизацией геодезического производства, внедрением автоматизированных технологий сбора геодезической информации, автоматизированных систем геодезического контроля за состоянием сооружений. В следствии этого, возникает необходимость изучения различных прикладных программ для обработки геодезических измерений, а так же программ, позволяющих выполнять последующие манипуляции с геодезическими данными, например, системы ЦММ, ГИС, базы данных и т.п.).Прикладные программы ориентированы в первую очередь на узкий спектр решаемых задач. Иногда (в последнее время чаще), прикладные программы «строятся» из нескольких блоков (программных модулей) и называются в этом случае - программными комплексами. Программный комплекс представляет собой набор программных модулей решающих различные задачи, работоспособных как в составе комплекса, так и индивидуально (независимо от других программ комплекса) и поддерживающих какой либо формат, используемый для обмена данными между модулями комплекса. Прикладные программы для обработки геодезических измерений можно разделить на два класса: специализированные и общего применения. К программам общего применения относятся различные программы позволяющие выполнять математические расчеты любого вида и сложности. В качестве примера можно привести программу Мicrosoft Excel - электронные таблицы. Данные программы целесообразно использовать для небольшого объема данных и несложных вычислениях. Кроме того, они подходят для предварительной обработки геодезических данных. К достоинствам программ общего применения можно отнести их распространенность и легкое освоение. Недостатком является необходимость хорошо знать методы и формулы обработки геодезических данных. Однако этот недостаток может быть обращен в достоинство при обучении методам математической обработки данных. Еще одним недостатком является необходимость корректировки расчетных ведомостей (набора формул в таблицах) при изменении количества обрабатываемой информации. Рассмотрим в качестве примера использования электронных таблиц решение важнейшей задачи при обработке геодезических измерений обратную геодезическую задачу. Данный пример иллюстрирует возможности электронных таблиц по обработке геодезических данных и в тоже время, дает представление о достаточной сложности решения этой задачи. Исходные данные: координаты X1, Y1, Х2, Y2. Необходимо получить: S, Дир.угол. Особенности решения :\ необходимость проверки группы логических условий (принадлежность румба к четвертям); проверка значение dX на/равенство нулю для избежания ошибки деления на ноль; необходимость перевода градусных угловых величин в радианы и обратно. Решение: (если необходимо, то решить на доске) При обработке большого количества данных необходимо использовать специализированные программы. Специализированные программы можно разделить на два вида: стандартные и индивидуальные. К стандартным программам относятся программные продукты нашедшие широкое применение благодаря набору функций, качеству работы, пользовательскому интерфейсу и стоимости. Этот вид программ содержит заранее определенный (разработчиками) набор функций не расширяемый пользователем, но отлично настроенных на обработку данных. При использовании стандартных программ, знание технологии обработки (особенно математической обработки) не требуется, необходимо только соблюдать установленный порядок действий для успешного решения поставленной задачи. Примерами стандартных программ могут служить: программный комплекс «КРЕДО»; программный комплекс «АРМИГ»; программный комплекс «ТОПОГРАД». Программный комплекс «АРМИГ» (автоматизированное рабочее место инженера-геодезиста) является предшественником «КРЕДО» (на топографо-геодезических предприятиях) и предназначен для уравнивания и оценки точности геодезических сетей, решения инженерно-геодезических, фотограмметрических и других задач на компьютере. «АРМИГ» работает в операционной системе МS-DOS или в сеансе МS-DOS операционных систем Windows 9.x (95/98/МЕ). Программный комплекс «АРМИГ» имеет ряд недостатков снижающих его потребительские качества, например, является весьма чувствительным к некорректной исходной информации и не «прощает» ошибок ввода исходных данных. Вместе с тем, пользовательский интерфейс не совсем удобен для выявления причин прерывания работы программы. Все это требует от исполнителя тщательной подготовки и внимательного ввода исходных данных и результатов измерений. Программный комплекс «ТОПОГРАД» является обновленной версией программы «АРМИГ» с исправленными недостатками и дополнительными функциями. Однако пользовательский интерфейс и системные требования (операционная система) остались практически без изменений. Кроме стандартных, в классе специализированных программ существуют еще индивидуальные программы. К ним относятся программы предназначенные для обработки специальных- видов измерений или выполнения специальных (не широко распространенных видов) вычислений, например, обработка сетей первого класса, уравнивание кольцевой микротриангуляции и т.п. индивидуальные программы создаются на геодезических предприятиях для конкретного вида работ и чаще всего используются только в пределах одной организации. Для создания программ используются распространенные языки программирования (ВАSIС, РАSСАL, С и т.д.) которые можно назвать инструментальными средствами прикладных программ. Аппаратное и программное обеспечение На протяжении последних десятилетий активно ведутся исследования и разработки в области использования достижений современной науки для их применения в топографо-геодезическом производстве. В результате этих поисков появились геодезические приборы, которые существенно облегчают работу исполнителя, как при производстве полевых работ, так и при предобработке геодезических измерений (вычисление координат, решение задачи разбивки, уравнивание и т.п.). Прослеживая историю развития геодезического приборостроения, основные его достижения ценные для автоматизации геодезических работ можно представить в виде схемы (рис.1).  Рисунок 1 - История автоматизации геодезических работ Как видно из рисунка, процесс автоматизации движется в сторону автоматического определения абсолютных координат точки в единой системе координат, при этом, точность определения координат стараются довести до точности достигаемой обычными методами (приборные наземные измерения). Рассмотрим основные типы современных приборов, а также их основные функции. Свето- и радиодальномеры. Как отдельные устройства используются только при высокоточных измерениях расстояний. В большинстве современной геодезической технике являются встроенными, и обеспечиваю точность, необходимую для выполнения прикладных задач (в зависимости от области использования базового устройства). Электронные теодолиты. Первые геодезические приборы, которые позволяли снимать отсчет автоматически с использованием специального отчетного устройства (на основе муарового эффекта). В настоящее время в России используются мало, так как являются довольно дорогими приборами, но обеспечивают высокую точность измерений 0,6" (триангуляция, определение деформаций сооружений, а также контроль за их состоянием). Электронные тахеометры. Основные геодезические приборы нашедшие наиболее широкое применение в большинстве видов геодезических работ. Своей популярностью они обязаны встроенным функциям, которые обеспечивают автоматизацию измерений и вычислений, а также своим техническим параметрам. При небольшом весе, электронные тахеометры позволяют помимо измерений обрабатывать полученную информацию, а также хранить ее до момента камеральной обработки. Перечислим основные функции электронных тахео-метров:
а) определение ортогональных отстояние точки от принятой системы осей координат; б) определение пролета; в) определение высот объектов и т.д. Электронные нивелиры. Также как и электронные тахеометры обладают электронной системой компенсации наклонов, имеют регистрирующее устройства и т.п. Отсчет осуществляется по специальной рейке, которая похода на обычную рейку, только в место сантиметровых (миллиметровых) делений нанесены штрихи напоминающие товарный штрих-код. Точность электронных нивелиров «0,2-2мм в зависимости от модели нивелира. GPS. Система глобального позиционирования - система, основанная на использовании сети состоящей из космических спутников и наземных станций. Орбиты спутников и их количество подобраны таким образом, чтобы обеспечить видимость созвездие хотя бы четырех спутников в любой точке Земли в любое время. Благодаря этому, координаты точки определяются решением пространственной линейной засечки (рис.2), в которой расстояния определяются между приемником (сенсором) наземной станции и спутниками, входящими в созвездие.  Рисунок 2 - Пространственная засечка при спутниковых измерениях Координаты точки с использованием спутниковой аппаратуры могут быть получены двумя способами:
Цифровая фотограмметрия. Современными методами сбора информации для картографирования занимается фотограмметрия. Эти методы носят название - дистанционное зондирование. Дистанционное зондирование - это огромное разнообразие методов получения изображений буквально во всех диапазонах длин волн электромагнитного спектра, самая различная обзорность изображений - от снимков с геостационарных спутников, охватывающих практически целое полушарие Земли, до детальных аэросъемок участка в несколько сот квадратных метров. Пространственно разрешение может варьироваться от нескольких километров до сантиметров. В аэро- и космофотосъемках в качестве съемочной камеры используются аэрофотоаппараты. Кроме того, необходимы приборы, определяющие элементы внешнего ориентирования снимков в полете, а также радиовысотомер. В результате фотосъемки получается набор снимков на некую территорию. Однако снимок - не карта. Любой снимок любой аппаратурой с любого носителя, если его специально не обработать, отличается по своим геометрическим характеристикам от любой нормальной карты. Он с картой просто не совмещается, даже если задать координаты какой-то точки изображения в координатах карты и укажем, какой размер на местности имеет ячейка растра, то остальные точки снимка не лягут точно на карту.) Для точного совмещения с .картой снимок надо геометрически трансформировать. Снимки трансформируются с помощью цифровых фотограмметрических станций. Аппаратным обеспечением -обработки данных дистанционного зондирования являются рабочие станции, основанные на мощных процессорах (RISC, старшие модели Intel) с большим объемом оперативной памяти и, дискового пространства. Эти требования предъявляются еле дующим, фактором: ДДЗ - это огромные объемы файлов, так снимок КВР-1000 при наилучшем разрешении на местности 2м требует 1,5Гбайта машинной памяти, при этом требуется оптимально визуализировать такое изображение, а также выполнять его пересчет в какую-либо картографическую проекцию. В аппаратное обеспечение для обработки ДДЗ входят также сканеры позволяющие получать растры с фотограмметрической точностью (»0,5мкм). Аппаратное обеспечение геоинформационных систем * Данные, получаемые тем или иным методом (наземная съемка, дистанционное зондирование или дигитализация) используется в ГИС в виде электронной карты. ГИС, как известно, функционируют на компьютерах различного класса. Одни из них предназначены для эксплуатации на ПК, другие - на компьютерах, называемыми рабочими станциями. Рабочая станция - это компьютер, обычно, работающий с операционной системой типа UNIX и, как правило, базирующийся на процессорах RISC. Однако в последнее время понятие рабочая станция стало приравниваться к мощному ПК под управлением операционной системы WinNT. Это связано с тем, что ПК с WinNT в большинстве случаев достигли мощности, необходимой для решения задач, ранее доступных лишь на процессорах RISC с операционной системой UNIX. Рассмотрим основное аппаратное обеспечение геоинформационных систем. Компьютеры: - Персональные компьютеры. Базовые технические средства ПК в целом определяются основными структурными компонентами: материнской платой, процессором, оперативной памятью, видеосистемой, жестким диском, системным интерфейсом. Для. комфортной работы с. ГИС и ГИС-приложениями необходимо: процессор -Pentium II 40(У, оперативная память -6 4-128Мб, жесткий диск - 1 0-12Гб, видео система - монитор 17"-19", видеопамять - 16-32М6, операционная система - MS » Windows N'T. - Рабочие станции. При больших объемах работ и информации используются рабочие станции. Цаиболее'известные рабочие станции фирм INTERGRAPH, SUN, • Hewlett-Packard, Silicon Graphics. Рабочую станцию можно характеризовать двумя ** * словами: мощность и скорость. Базовые технические средства такие же как и у г • ' ПК. Однако в большинстве случаев в рабочих станция используются иные компоненты (процессоры - RISC, оперативная память - 256Мб, видеосистема - 64Мб, ; ' операционная система-UNIX или ей подобная). Средства коммуникации; - Локальные: Осуществляют взаимодействие между компьютерами внутри рабочей лаборатории или предприятия в целом. Поддержка обеспечивается дополнительными устройствами - сетевыми адаптерами и соединяющими кабелями. - Глобальные. Сети объединяющие между собой различные организаций как в одном городе, так и между городами и по всему миру. Основная глобальная сеть используемая для обмена данными меЖду пользователями и ГНС - INTERNET. Периферийные устройства ввода: - Сканеры. Сканеры -устройства для считывания графической и текстовой информации. ВТЙС они широко используются для "Получения растровых образец' карт. Для обеспечения различных, видов деятельности нужны разные по своим характеристикам сканеры. Можно выделить несколько параметров характеризующих сканер: принцип считывания информации (на просвет или на отражение), глубина цвета (бит на точку), оптическое разрешение, геометрическая точность, скорость, формат сканируемого источника. - Дигитайзеры. Дигитайзер - это устройство планшетного типа, предназначенное для ввода информации в цифровой форме. Дигитайзер состоит из электронного планшета и курсора. Размеры планшета дигитайзера колеблются от А4 до АО. принцип действия дигитайзера достаточно прост. При перемещении курсора на поверхности планшета его координаты фиксируются и передаются в подключенный к дигитайзеру компьютер. Карта закрепленная на планшете привязывается к системе координат планшета. Фиксация нужной точки осуществляется нажатием кнопки на курсоре дигитайзера. Таким образом обводя все объекты карты, мы тем самым переносим их в память компьютера. Периферийные устройства вывода: - Принтеры. Принтеры предназначены для вывода информации на бумагу. Используются в основном для вывода на печать текстовых документов или небольших графических документов. Принтеры используют несколько основных способов нанесения красителей на бумагу: точечно-матричный, струйный, лазерный. - Графопостроители (плоттеры). Графопостроители - устройства для вывода чертежей на бумагу. Плоттеры делятся на два класса: векторные и растровые. В векторных плоттерах изображение рисуется пишущим узлом, который перемещается по двум координатам над неподвижным носителем или по одной координате над носителем, который может двигаться в перпендикулярном направлении по отношению к пишущему узлу. В качестве пишущего узла могут выступать карандаши, шариковые и капиллярные стержни, фломастеры и даже гравировальные резцы. Растровые плоттеры создают изображение путем нанесения красителя на отдельные точки носителя. Имеется несколько типов растровых плоттеров, которые используют те же способы нанесения красителей, что и принтеры. Плоттеры могут быть различных форматов от А4 до АО и более. Основные характеристики плоттеров: - типы носителей (бумага, пленка); - размеры носителя (формат); - производительность; - память; - палитра (КОВ/СМУК); - наличие встроенных растеризаторов. Рассмотрим схему связей аппаратного обеспечения используемого для целей ГИС графически (рис.3).  Рисунок 3 - Схема связи аппаратного обеспечения ГИС Программный комплекс КРЕДО Область применения
Концепция Все модули КРЕДО используют единый набор данных, так как каждый модуль комплекса участвует в едином технологическом процессе (рис.3). Это обеспечивает непрерывность процесса обработки изысканий и проектирования, предоставляет возможность осуществлять вариантное проектирование и в полной мере внедрять современные эффективные технологии. Вместе с тем, все модули комплекса являются самостоятельной программной единицей и могут использоваться отдельно. Связь с другими системами осуществляется через файлы текстового формата, а также форматов 20, ЗВ ВХР. Это позволяет эффективно вписывать все модули КРЕДО в уже сложившиеся технологические цепочки.  Рисунок 3 - Обработка геодезических данных в КРЕДО Назначение модулей комплекса КРЕДО CREDO_DAT Назначение: автоматизация камеральной обработки инженерно-геодезических работ. Основные функции:
Области применения: линейные и площадные инженерные изыскания объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства, геодезическое обеспечение строительства, подготовка информации для кадастровых систем (наземные методы сбора), геодезическое обеспечение геофизических методов разведки. CREDO_TER Назначение: создание и отображение цифровой модели местности (ЦММ) инженерного назначения, создание топопланов, представление результатов площадных и линейных изысканий, ведение дежурных планов застраиваемой территории, исполнительных съемок строительства, подготовка данных для кадастровых, землеустроительных, градостроительных систем. Основные функции:
Области применения: создание и «ведение» топографических планов, линейные и площадные инженерные изыскания объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства, землеустроительные работы, геодезическое обеспечения строительства, подготовка информации для геоинформационных систем. CREDO_GEO Назначение: моделирование геологического строения площадки или полосы изысканий на основе данных по инженерно-геологическим выработкам, построение чертежей инженерно-геологических колонок и разрезов, экспорт геологического строения по разрезам в проектирующие системы. Основные функции:
Области применения: инженерно-геологические изыскания, геологическое обеспечение проектирования промышленных, гражданских и транспортных объектов. CREDO_SR Назначение: обработка геодезических данных при проведении разведочных работ геофизическими методами, требующими создания (привязки) геофизических профилей. Основные функции:
Области применения: геодезическое обеспечение проведения геофизических разведочных работ для 2D, 3D сейсморазведки, магнитной разведки. CREDO_PRO Назначение: интерактивное проектирование в плане объектов гражданского, промышленного и транспортного строительства. Основные функции:
Область применения: линейные и площадные инженерные изыскания объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства, расчеты и ведение дежурных планов красных линий, планов детальной планировки микрорайонов, городов и промышленных объектов. CAD CREDO Назначение: комплексное решения основных задач проектирования нового строительства и реконструкции автомобильных дорог II-V технических категорий. Основные функции:
Области применения: изыскания и выпуск проектов автомобильных дорог или обучение специалистов-изыскателей и дорожников. Дополнительные задачи CADCREDO
CREDO_MIX Назначение: решение задач проектирования генеральных планов предприятий, транспортных сооружений и жилищно-гражданских объектов. Основные функции:
Области применения: проектирование генеральных планов и вертикальной планировки сложных дорожно-транспортных развязок, карьеров, расчет и ведение дежурных планов красных линий, планов детальной планировки различных объектов строительства. CREDO_LIN Назначение: обработка инженерно-геодезических изысканий при проектировании сооружений линейного типа: дорог, трубопроводов, линий электропередач. Для системы Проектирования автомобильных дорог она является источником исходных данных и поэтому входит в состав CAD_CREDO. Основные функции:
Области применения: линейные изыскания для автомобильных и железных дорог, ЛЭП, трубопроводов и других линейных сооружений. CREDO_DA T_ TOPOGRAPH Назначение: автоматизация камеральной обработки инженерно-геодезических работ. Основные функции: полностью аналогичны функциям системы CREDO_DAT, за исключением: учета картографических проекций; пересчета координат из одной зоны в другую; экспорта в пользовательский формат; автоматизированного поиска и анализа грубых ошибок измерений. Области применения: аналогичны области применения модуля CREDO_DAT. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
