Изыскания в CREDO: от традиционных методов к новым технологиям

Владимир Филлипов, Геннадий Величко, Александр Пигин

Универсальность средств CREDO при обработке информации

Построение в CREDO цифровой модели рельефа

Построение в CREDO цифровой модели ситуации

Полосные изыскания с использованием комплекса CREDO

Промежуточная и исполнительная съемка

Съемки для паспортизации, капитальных ремонтов, ГИС

В прошлом номере журнала мы рассказали о преимуществах, которые предоставляет технология CREDO в процессе обработки данных изысканий и проектирования автомобильных дорог в технологии CREDO. Цель этой публикации — детально показать возможные пути совершенствования методологии проектно-изыскательских работ при использовании современных технологий.

Универсальность средств CREDO при обработке информации

В настоящее время при изысканиях на разных стадиях проектирования автомобильных дорог все чаще практикуется создание цифровой модели местности (ЦММ) на основе данных наземной съемки и других источников топографо-геодезической информации. Для обработки таких данных и подготовки их к решению задач проектирования комплекс CREDO предлагает специальные средства.

На стадиях технико-экономического обоснования и проектирования в дорожных организациях эффективно используются данные аэрофотосъемки и цифровые карты, которые требуют сравнительно небольших усилий для доработки их в законченную ЦММ. В CREDO они конвертируются через текстовые и графические (DXF) форматы, в которых несложно сформировать ЦММ, отвечающую задачам проектирования автомобильных дорог.

При построении ЦММ часто возникает необходимость использовать существующие планы и карты. Обработка растровых файлов, полученных при сканировании схем и картографических материалов, может производиться в программе TRANSFORM. В результате создается электронная растровая подложка, которая используется в системах CREDO_TER, CREDO_PRO и CREDO_MIX, а также для выпуска чертежей, топографических планов и схем, оформленных в соответствии с действующими нормативными документами.

Векторизацию растра, необходимую для создания полноценной ЦММ, выполняют как в специализированных пакетах, так и непосредственно в системах CREDO_TER или CREDO_MIX, формирующих ЦММ.

В дорожных организациях основной объем топогеодезической информации для проектирования получают с помощью методов наземной съемки — посредством полосных или, если это эффективно и достаточно, линейных изысканий. Переход к полосным изысканиям подразумевает высокую производительность при сборе и обработке данных без снижения их достоверности. Это достигается путем применения современных технических средств — электронных тахеометров, спутниковых приемников систем GPS и ГЛОНАСС с электронной регистрацией данных.

Однако значительная часть проектно-изыскательских работ пока еще выполняется традиционными методами: используются несложные геодезические приборы технического класса, а затем производится рукописная регистрация данных в журналах. Для обработки геодезической информации всех видов в комплексе CREDO применяется система CREDO_DAT, отличительные особенности которой — универсальность, то есть ориентация не только на данные, полученные современными техническими средствами, но и на удобный ввод и обработку данных, полученных традиционными методами.

Все чаще исходными данными для работы системы CREDO_DAT являются данные, полученные с электронных регистраторов и тахеометров в виде внешних файлов, требующих минимальных усилий по вводу. Комплексная обработка измерений в системе включает:

• синтаксический и семантический контроль данных с одновременным анализом точности измерений в приемах и полуприемах;
• распознавание методов съемки и вычисление предварительных координат с поиском грубых ошибок измерений в сетях и полигонах;
• выявление избыточных измерений; автоматическое распознавание теодолитных и нивелирных ходов; построение топографических объектов.

Аппарат настраиваемых классификаторов и развитая система полевого кодирования объектов придорожного пространства дают возможность эффективно использовать CREDO_DAT при сборе информации для формирования ЦММ.

Режим проектирования сетей представляет собой важное функциональное развитие системы и рекомендуется для изысканий мостовых переходов, сложных транспортных развязок и т.п. В этом режиме осуществляется выбор оптимальной схемы сети, обосновываются измерения, необходимые и достаточные для достижения требуемой точности, а также точность измерений. Обработку завершает мощный блок, включающий строгое уравнивание геодезических построений и функции поиска и локализации грубых ошибок измерений.

В интерактивной графике решается ряд типовых расчетных задач, часто встречающихся при обработке данных: преобразование координат на плоскости, пересчет координат из зоны в зону, решение задач разбивки сооружений.

Построение в CREDO цифровой модели рельефа

Цифровая модель рельефа (ЦМР) в CREDO определена как множество треугольных граней, построенных на точках (вершинах граней) с координатами X, Y, Z. Поэтому при съемке очень важно выбирать рельефные точки в характерных местах, с тем чтобы с приемлемой точностью обеспечить соответствие кусочно-плоской ЦМР реальному рельефу местности.

Алгоритм формирования ЦМР использует информацию о контурах рельефа, рельефных и рельефно-ситуационных точках, структурных линиях. Контур рельефа определен как участок поверхности, имеющий однородный рельеф. Структурные линии позволяют однозначно определить характерные формы рельефа: лощины (тальвеги), хребты (водоразделы) и т.д.

В системе CREDO_MIX (CREDO_TER) всегда возможно сделать анализ достоверности топографо-геодезической информации, анализ моделей рельефа. Так, система контуров рельефа при построении ЦМР образует топологически корректное множество. Однозначность создания ЦМР алгоритмически обеспечивается при построении контуров с учетом взаимного расположения пересекающих, смежных и внутренних контуров, касающихся или не касающихся внешнего контура.

Весьма полезным для проектирования свойством системы CREDO_MIX (CREDO_TER) является возможность отображения рельефа в пределах соответствующего контура различными видами представления горизонталей:

• естественные поверхности — аппроксимационными и линейно-интерполяционными сплайнами;
• антропогенные формы рельефа — линейно-интерполированными прямыми.

В некоторых случаях рельеф в контуре можно не отображать горизонталями (например, искусственные покрытия, водоемы и т.п.).

Построение в CREDO цифровой модели ситуации

Программные средства обработки в CREDO результатов изысканий обеспечивают возможность создания привычных по своему виду планов и карт, на которых адекватно отображаются естественная и спланированная (антропогенная и проектная) поверхности земли, искусственные покрытия.

Ситуация отображается условными знаками площадных, линейных и точечных объектов в соответствии с картографическими требованиями. Это хотя и важное, но все-таки не основное обеспечение автоматизированного проектирования. Главное — то, что результаты изысканий, интегрируемые из разных источников, дают основу для формирования ЦММ (векторного представления рельефа и ситуации) в системе CREDO_MIX (CREDO_TER).

Для реализации технологии сквозного процесса изысканий и проектирования недостаточно просто послойного представления информации. Опыт показывает, что с такими задачами наиболее эффективно справляется иерархическая структура слоев, которая и реализована в системах комплекса. Цифровая модель ситуации (ЦМС) формируется в иерархической, управляемой пользователем структуре слоев из площадных, линейных и точечных объектов.

ЦМС можно создавать двумя способами:

• автоматически — по результатам обработки съемки в CREDO_DAT (в этом случае при съемке необходимо выполнять кодирование топографических объектов);
• вручную — с использованием широкого набора функций интерактивного графического редактирования.

На практике наиболее часто используют комбинацию этих способов, что позволяет рационально распределить трудозатраты полевых и камеральных работ.

Полосные изыскания с использованием комплекса CREDO

Основные характеристики ЦММ, формируемой при изысканиях, должны обеспечить уверенный поиск оптимальной трассы в достаточно широкой полосе вариаций. К основным этапам проектно-изыскательских работ относятся:

• прокладка магистрального хода для планово-высотного обоснования съемки;
• назначение опорных точек магистрального хода с учетом последующей удобной для строительства разбивки проектной трассы непосредственно от пунктов хода и с выносками разбивочных базисов от этих точек;
• привязка магистрального хода (системы ходов) к пунктам государственной геодезической сети или к пунктам, определенным спутниковыми методами. Это необходимо для однозначного восстановления проектного решения даже при полном уничтожении полевых пунктов закрепления;
• съемка полосы местности в соответствии с общепринятыми инструкциями по производству изысканий;
• построение ЦММ и дальнейшее создание на ней цифрового проекта автомобильной дороги;
• разработка проекта разбивки и цифровой модели проекта (на ЦММ) с автоматизированным расчетом всех элементов разбивки и с выбором оптимальных схем, в том числе разбивки простейшими геодезическими приборами, доступными для технологов-строителей.

При использовании метода полосных изысканий полевые расчеты по разбивке кривых плана не выполняются, вершины углов трассы не закрепляются, разбивка трассы с выносом и закреплением основных точек кривых не производится, пикетаж не ведется. Это дает существенное преимущество при автоматизированном проектировании, так как при поиске наилучшего проектного решения дороги в CREDO проектировщики не привязаны жестко к проложенной геодезистами-изыскателями полевой трассе, отход от которой всегда связан с дополнительными полевыми работами. Работа ведется на ЦММ, ширина полосы которой достаточна для поиска оптимального проектного решения и для передвижения трассы в наилучшее положение на местности.

Выносить проект трассы в натуру может (в зависимости от стадии проектирования и строительства) проектная (основные оси сооружения) либо подрядная строительная организация (детальная разбивка). Вынос производится от пунктов планово-высотного обоснования, созданного и закрепленного в процессе полосных изысканий. Проект выноса, как и проект дороги, разрабатывается на ЦММ в системе CREDO_MIX с наилучшим использованием материалов изысканий.

Промежуточная и исполнительная съемка

Значительная часть разногласий, возникающих между заказчиком, проектировщиком и строителем, снимается вследствие объективной промежуточной и исполнительной съемки. Именно в этих случаях незаменимы системы комплекса CREDO, позволяющие строить промежуточные и окончательные цифровые модели объекта. В частности, выполнив исполнительную промежуточную съемку, с помощью системы CREDO_MIX несложно создать ЦМ строящегося объекта, рассчитать промежуточные объемы работ и проконтролировать график строительства, обоснованно меняя технологическую схему производства работ. По результатам завершающей исполнительной съемки можно также построить ЦМ законченного объекта и получить достоверную информацию о действительных объемах работ, сравнив цифровую модель объекта с проектной цифровой моделью.

Съемки для паспортизации, капитальных ремонтов, ГИС

Средствами CREDO эффективно обрабатываются результаты съемки для проектирования капитальных ремонтов проезжей части, для паспортизации, для решения задач ГИС. В качестве примера можно привести обработку результатов ходовой лаборатории Белдорцентра, оснащенной 15 лазерными датчиками для сканирования покрытия дороги. Результаты проездов считывались в CREDO_MIX, а затем по ним строилась детальная ЦМ проезжей части, на которой можно различить даже колейность. Есть примеры использования данных ходовых лабораторий для построения плана, продольного и поперечных профилей при проектировании капитального ремонта дороги, для построения ЦМ дорожного покрытия при проектировании многослойного выравнивания проезжей части.

Проблема согласования форматов CREDO и ГИС-продуктов теперь практически снята: разработан модуль ГИС-ЭКСПОРТ, который успешно применяется для связи результатов изысканий и проектирования с территориальными геоинформационными системами.

***

Итак, преимущества комплекса CREDO на этапе обработки топографо-геодезической информации для проектирования автомобильных дорог сводятся в основном к следующему:

• качество дорожного строительства в целом повышается за счет рациональной организации изысканий, проектирования и строительства при использовании CREDO;
• методы сбора и обработки топографо-геодезической информации согласованы с особенностями методологии автоматизированного проектирования автомобильных дорог на ЦММ;
• достоверность данных и высокая производительность при их сборе и обработке обеспечиваются при работе с различными источниками данных (результаты съемки традиционными «ручными» методами, картографические материалы, планы съемки прошлых лет, аэроснимки, данные GPS и т.п.);
• принципы построения цифровых моделей рельефа и ситуации позволяют адекватно моделировать и с необходимой детальностью отображать характерные особенности местности;
• реализация метода полосных изысканий обеспечивает эффективность всего комплекса дорожно-строительных работ — от полевых исследований до строительства;
• объемы работ достоверно рассчитываются посредством построения промежуточных и исполнительных цифровых моделей объекта и сравнения их с проектной цифровой моделью дороги;
• эффективно обрабатываются результаты съемки (в том числе и ходовыми лабораториями) для проектирования капитальных ремонтов проезжей части, для паспортизации, для решения задач ГИС.

В ближайших публикациях вы сможете подробно

ознакомиться с обработкой инженерно-геологических изысканий в CREDO, а также с методами трассирования, в частности трассирования при реконструкции.

«САПР и графика» 7'2001