Разработка и исследование интерактивного метода решения геодезических задач средствами системы автоматизированного проектирования AutoCAD тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, кандидат технических наук Калинова, Елена Владимировна

• Калинова, Елена Владимировна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Калинова, Елена Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР) И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ (ГИС) НА БАЗЕ AUTOCAD ДЛЯ

ЦЕЛЕЙ ГЕОДЕЗИИ.

1.1. САПР и программное обеспечение специального назначения на базе AutoCAD.

1.1.1. AutoCAD-базовая САПР.

1.1.2. AutoCAD LT - двумерная САПР.

1.1.3. PLATEA - САПР специального назначения.

1.1.4. RGS - программа для решения геодезических задач

1.1.5. Линия программных продуктов GEO+CAD.

1.1.6. О развитии САПР.

1.2. ГИС на базе AutoCAD.

1.2.1. Этапы создания геодезической основы ГИС.

1.2.2. AutoCAD Land Development Desktop - ГИС для геодезистов, градостроителей и землеустроителей.

1.2.3. AutoCAD Map 2000 - ГИС для картографов.

1.2.4. AutoDesk MapGuide - программное обеспечение для организации и обмена графической информации.

1.2.5. GIS Design Server - сервер пространственных баз данных.

1.2.6. Муниципальные ГИС.

1.3. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ИНТЕРАКТИВНЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ В AUTOCAD.

2.1. Технические средства AutoCAD для решения геодезических задач.

2.2. Описание интерактивного метода.

2.3. Анализ работы аппарата масштабирования блоков при уравнивании в AutoCAD.

2.4. Выбор базовой точки при масштабировании.

2.5. Сравнение процедур уравнивания по методу наименьших квадратов и интерактивным методом.

2.6. Исследование качества уравнивания интерактивным методом.

2.7. К вопросу оценки точности результатов уравнивания путём масштабирования.

2.7.1. Оценка точности вытянутого полигонометриче-ского хода с примерно одинаковыми сторонами.

2.7.2. Оценка точности ломаного полигонометрического хода.

ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ИНТЕРАКТИВНЫМ МЕТОДОМ В AUTOCAD.

3.1. Решение геодезических засечек.

3.1.1. Определение координат пункта линейной засечкой на плоскости.

3.1.2. Определение координат пункта пространственной линейной засечкой.

3.1.3. Определение координат пункта прямой угловой засечкой.

3.1.4. Определение координат пункта обратной линейно) угловой засечкой.

3.1.5. Решение лучевой системы.

3.2. Решение прямой и обратной геодезической задачи.

3.3. Определение недоступного расстояния.

3.4. Задачи передачи координат.

3.4.1. Передача плановых координат на знаки постоянного съёмочного обоснования (стенные знаки).

3.4.2. Привязка хода к одинарным стенным знакам.

3.5. Построение трёхмерной модели рельефа и плана в горизонталях

ГЛАВА 4. ПОСТРОЕНИЕ И УРАВНИВАНИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ

СЕТЕЙ ИНТЕРАКТИВНЫМ МЕТОДОМ В AUTOCAD.

4.1. Построение и уравнивание систем ходов с одной узловой точкой.

4.2. Построение и уравнивание линейно-угловых сетей произвольной конфигурации.

4.3. Построение и уравнивание полигонометрических сетей.

4.4. Построение и уравнивание триангуляции.

4.5. К вопросу экономической эффективности при уравнивании.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование интерактивного метода решения геодезических задач средствами системы автоматизированного проектирования AutoCAD»

Вопросы построения геодезического обоснования в связи с реализацией земельной реформы приобретают всё большее значение.

Для решения этих вопросов необходимо расширять сферу применения современных информационных технологий в геодезии, которая в настоящее время представлена такими специализированными программными комплексами как RGS, Кредо, Сигма, Версия и др.

В дополнение к специализированным системам в данной работе рассматривается решение геодезических задач в современной универсальной системе автоматизированного проектирования AutoCAD, получившей в нашей стране большое распространение. Изучение этой системы привело к созданию нового интерактивного метода решения геодезических задач в среде САПР AutoCAD.

Актуальность темы. В работе рассматривается новое направление применения современных информационных технологий в геодезии и тем самым расширяется область геоинформатики. В связи с реализацией земельной реформы применение современных информационных технологий является актуальной задачей.

Выполненные в работе исследования позволяют по-новому решать геодезические задачи, используя среду AutoCAD. Разработанный в диссертации интерактивный метод эффективно решает многие задачи геодезической практики, включая задачи уравнивания результатов измерений. В то же время простота и наглядность интерактивного метода позволяют пользователю сосредоточиться на геометрической сущности решаемых задач, что особенно важно при подготовке и повышении квалификации специалистов.

Цели и задачи исследования. Целью работы является представление, разработка и исследование интерактивного метода решения геодезических задач в системе автоматизированного проектирования AutoCAD и разработка технологий решения геодезических задач и задач уравнивания результатов измерений с применением интерактивного метода.

Методы исследований. В процессе подготовки диссертации применялись следующие методы исследований:

- теория математической обработки геодезических измерений;

- метод наименьших квадратов;

- методы комбинаторики;

- интерактивный метод решения геодезических задач в среде САПР AutoCAD;

- экспериментальный метод исследований;

- сравнительный анализ результатов решения геодезических задач разными методами (традиционным, программным, интерактивным).

Научная новизна работы. Предложен, разработан и исследован новый интерактивный метод решения геодезических задач в среде AutoCAD.

Разработан и исследован метод уравнивания геодезических измерений путём масштабирования.

Разработаны технологии решения ряда геодезических задач, в том числе технологии построения и уравнивания геодезических сетей в AutoCAD.

Структура диссертации. В первой главе представлен обзор САПР и ГИС на базе AutoCAD для целей геодезии.

Во второй главе рассматриваются технические средства AutoCAD, которые можно использовать для решения геодезических задач. Разработан и исследован предлагаемый автором интерактивный метод. Проведён анализ работы аппарата масштабирования при уравнивании в AutoCAD. Проведены исследования качества уравнивания интерактивным методом.

В третьей главе показаны разработанные автором технологии решения в AutoCAD ряда геодезических задач с применением интерактивного метода.

В четвёртой главе интерактивный метод применён для построения и уравнивания в AutoCAD линейно-угловых сетей произвольной конфигурации, полигонометрических сетей, триангуляции. Выполнена оценка точности результатов уравнивания путём масштабирования.

Практическая значимость работы. Интерактивный метод удобен для решения ряда производственных задач, например для определения дополнительных пунктов геодезических сетей, для определения опорных межевых знаков (ОМЗ), пунктов опорной межевой сети (ОМС) и других. Интерактивный метод и аппарат масштабирования позволяют также просто и эффективно уравнивать различные геодезические сети.

Интерактивный метод используется в учебном процессе Государственного Университета по землеустройству в курсе «САПР в земельном кадастре» на факультете земельного кадастра и в курсе «Компьютерные технологии» на факультете городского кадастра (специальность «Прикладная геодезия»).

Использование интерактивного метода глубже знакомит с современными средствами автоматизированного проектирования, повышает качество подготовки специалистов, расширяет область применения информационных технологий.

Апробация работы. Новый интерактивный метод был представлен на всероссийской научно-практической конференции «Научное и кадровое обеспечение земельных преобразований в России», проходившей в Государственном университете по землеустройству в 2002 г., на конференции «Проблемы землеустройства, землепользования и земельного кадастра», проходившей в ГУЗ в 2003 г.

Публикации. Результаты исследований, изложенные в диссертационной работе, нашли отражение в опубликованных статьях автора [24-28].

Заключение диссертации по теме «Геодезия», Калинова, Елена Владимировна

Заключение

В работе выполнен аналитический обзор САПР и ГИС, работающих на базе AutoCAD, и установлено, что геодезические задачи не решались на основе только графических возможностей автоматизированных систем, без использования специальных вычислительных алгоритмов.

Автором предложен интерактивный метод решения геодезических задач в системе AutoCAD. Интерактивный метод позволяет наглядно и просто графически решать различные геодезические задачи, обеспечивая при этом необходимую точность. Средства систем автоматизированного проектирования (в частности AutoCAD) позволяют моделировать геодезические построения, выявляя геометрическую сущность геодезических задач и освобождая пользователя от вспомогательных вычислений.

Интерактивный метод удобен для решения производственных задач, например для определения дополнительных пунктов геодезических сетей, а также для определения опорных межевых знаков (ОМЗ), пунктов опорной межевой сети (ОМС) и др.

В работе показано, что интерактивный метод позволяет решать многие геодезические задачи, создавая тем самым полезное дополнение специализированным программным системам и традиционным методам.

Использование интерактивного метода шире раскрывает возможности применения современных информационных технологий в геодезии и расширяет область геоинформатики. Это полезно в учебном процессе и повышает качество обучения.

Автором разработаны технологии решения интерактивным методом в AutoCAD следующих задач:

1. Решение геодезических засечек:

- определение координат пункта линейной засечкой на плоскости;

- определение координат пункта пространственной линейной засечкой;

- определение координат пункта прямой угловой засечкой;

- определение координат пункта обратной линейно-угловой засечкой;

- решение лучевой системы.

2. Решение прямой и обратной геодезической задачи.

3. Определение недоступного расстояния.

4. Решение задач передачи координат.

5. Построение трёхмерной модели рельефа и плана в горизонталях.

Разработанные технологии используются в учебном процессе.

Аналитически решена задача определения теоретически возможного числа различных ходов в сети, содержащей п исходных пунктов и ш определяемых узловых точек.

Интерактивный метод позволяет выполнять не только графические построения, решать отдельные задачи с помощью разработанных технологий графических построений, но и позволяет выполнять уравнивание.

Проанализирована работа процедуры масштабирования блока-хода в среде AutoCAD и предложен метод уравнивания геодезических сетей путём их масштабирования по осям координат. Исследовано влияние выбора положения базовой точки на результаты уравнивания и даны непосредственные рекомендации. Проанализировано качество уравнивания интерактивным методом. Оценена точность такого уравнивания.

Разработаны технологии построения и уравнивания геодезических сетей в AutoCAD:

1. Построение и уравнивание системы ходов с одной узловой точкой.

2. Построение и уравнивание линейно-угловых сетей произвольной конфигурации.

3. Построение и уравнивание полигонометрических сетей.

4. Построение и уравнивание триангуляции.

Проведена оценка точности полученных результатов и показано, что аналитические методы и предложенный интерактивный метод приводят к весьма близким ошибкам.

Технологии интерактивного метода решения геодезических задач, как и сами результаты решения можно использовать не только в AutoCAD, но и в других САПР.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Калинова, Елена Владимировна, 2004 год

1. Батраков Ю.Г. Геодезические сети сгущения. М.: Недра, 1987.

2. Батраков Ю.Г. Оценка точности положения бокового пункта относительно пунктов полигон ометрии// Геодезия и картография. 1993.-№4.

3. Батраков Ю.Г., Неумывакин Ю.К., Самратов У.Д. Об основных положениях по созданию опорной межевой сети// Геодезия и картография. — 1998.- №8.

4. Батраков Ю.Г. Геодезические сети специального назначения. — М.: Картгеоцентр Геодезиздат, 1998.

5. Батраков Ю.Г., Каширкин Ю.Ю. Сгущение геодезической сети дополнительными пунктами. Методические указания для выполнения лабораторной работы. ГУЗ, кафедра геодезии и геоинформатики. 2002 г.

6. Батраков Ю.Г., Перский М.И. Спутниковые методы в прикладной геодезии. Методические указания для выполнения лабораторных работ. ГУЗ, кафедра геодезии и геоинформатики. 2004 г.

7. Бойко Е.Г., Зимин В.М., Годжаманов М.Г. Методы совместной обработки локальных наземных и спутниковых геодезических сетей. //Геодезия и картография. 2000. №8, с. 11-18

8. Большаков В.Д., Гайдаев П.А. Теория математической обработки геодезических измерений. Изд. 2, перераб. И доп. М. "Недра", 1977.

9. Большаков В.Д., Левчук Г.П., Новак В.Е. и др. Справочное руководство по инженерно-геодезическим работам. М., "Недра", 1980 г., 781 с.

10. Большаков В.Д., Маркузе Ю.И. Практикум по теории математической обработки геодезических измерений. — М.: Недра, 1984.

11. Бронштейн Г.С., Эфендян П.С. Инженерно-геодезические разбивочные сети. М.,"Недра", 1993 г., 285 с.

12. Бывшев В.А., Люляев М.Ю., Федосеев Ю.Е. Использование фильтра Колмогорова-Винера для решения задачи анализа устойчивости пунктов плановых сетей. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка, №5, 2001

13. Быков А. "Желаемое и действительное в геометрическом моделировании", «САПР и графика», Г2002

14. Вельтмандер П.В. Вводный курс компьютерной графики. Учебное пособие, НГУ, 1997 г.

15. Волков С.Н., Папаскири Т.В., Сёмочкин В.Н. Теоретические основы и технология автоматизации землеустроительного проектирования на основе применения САПР AutoCAD. ГУЗ, Мин-сельхозпрод РФ. М.: 1999 г., деп. В ВНИИТЭИАГРО-ПРОМ под № 114-ВС-99.

16. Волков С.Н., Сёмочкин В.Н., Красницкий B.C., Папаскири Т.В., Пименов В.В., Бугаевская В.В. Теория и методы САПР в землеустройстве. ГУЗ, Минсельхозпрод РФ. М.: 1998 г., деп. В ВНИИТЭИАГРОПРОМ под № 118-ВС-98.

17. Гостев В.М., Проценко А.А., Винокур И.П., Локтев В.Д. «Опыт создания и внедрения САПР: институт «Норильскпро-ект». «САПР и графика», N1, 2002 г.

18. Дьяков Б.Н. Проблема примычных углов в системах линейно-угловых ходов. «Геодезия и картография», 2000

19. Емельянова Г. «Использование технологий Интер-нет/Интранет в работе современных ГИС». Информационно-технический дай-джест «Всё о САПР», выпуск №5, 2002 г.

20. Жуков А. «Полевая геоинформатика. Применение современных геодезических приборов и программных средств для создания и ведения ГИС», «САПР и графика» № 3, 2002 г.

21. Инструкция по межеванию земель. Комитет Российской Федерации по земельным ресурсам и землеустройству. М., 1996.

22. Калинин А.С., Чадович Д.В., Русак В.М. «Об обработке ходов и сетей с привязкой к стенным пунктам в системе CREDODAT», «Автоматизированные технологии изысканий и проектирования»'2003.

23. Калинова Е.В. «Интерактивный метод решения геодезических задач в AutoCAD». Сборник научных трудов, М., ГУЗ, 2002 г.

24. Калинова Е.В. «Решение одиночного теодолитного хода в AutoCAD интерактивным методом». Сборник научных трудов, М., ГУЗ, 2002 г.

25. Калинова Е.В. «Технология построения трехмерной модели рельефа и горизонталей топоплана в AutoCAD». Сборник трудов молодых ученых в 2-х томах, том 1. Проблемы землеустройства, землепользования и земельного кадастра. М.,1. ГУЗ, 2003 г.

26. Калинова Е.В., Репин С.С. «Технология решения системы теодолитных ходов в AutoCAD». Сборник трудов молодых ученых в 2-х томах, том 1. Проблемы землеустройства, землепользования и земельного кадастра. М., ГУЗ, 2003 г.

27. Кошкарёв А.В., Тикунов B.C. «Геоинформатика». М., «Карт-гео-центр Геоиздат», 1993 г.

28. Д. Красковский, А. Виноградов «AutoCAD для всех». М.: Ком-пьютер Пресс, 1999 г.

29. Красновский Д. «САПР в России: итоги и прогнозы». «САПР и графика», N12, 2001 г.

30. Кукушкин A. «AutoCAD Дороги CG» — новые решения для про-ектирования дорог», «CADmaster» № 4, 2001 г.

31. Лебедев Н.Н., Новак В.Е., Левчук Г.П. и др. Практикум по курсу прикладной геодезии. М., "Недра", 1997 г.

32. Левчук Г.П.,Новак В.Е., Конусов В.Г. Основные методы и принципы инженерно-геодезических работ. М., "Недра", 1981 г., 483 с.

33. Левчук Г.П.,Новак В.Е., Лебедев Н.Н. Геодезические работы при изысканиях и строительстве инженерных сооружений. М., "Недра", 1983 г.

34. Лиферова О. «Autodesk Land Desktop + Autodesk Civil Design. Реальное решение для реальной работы», «CADmaster»,1. У 2002.

35. Лич Дж. А. " AutoCAD 2000: Энциклопедия: Перевод с англ., "Питер", 2002 г.

36. Малявский Б.К., Николаенков Д.В., Ерько Г.В. «Построение плановых (межевых) геодезических сетей по условиям подобия», «Земельный вестник России», №1(5), 2001 г.

37. Максимов В. «Начало нового века. Дубль 2». «САПР и графика», №12, 2001 г.

38. Маркузе Ю.И. и др. Геодезия. Вычисление и уравнивание геодезических сетей. Справочное пособие. М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1994 г.

39. Маркузе Ю.И. Основы уравнительных вычислений. М., "Недра", 1990 г., 240 с.

40. Маркузе Ю.И. Поиск грубых ошибок при рекуррентном уравнивании наземных и спутниковых геодезических сетей. "Геодезия и картография". М., Картгеоцентр-Геодезиздат. № 9,1997г., с. 23-28.

41. Маркузе Ю.И., Велын В.М. Два алгоритма объединения на-зем-ных и спутниковых сетей. «Известия вузов. Геодезия и аэрофо-тосъёмка».1995 г., вып. 2, с.45-64.

42. Мартыненко А.И., Бугаевский Ю.Л., Шибалов С.Н. «Основы ГИС: теория и практика». М., 1995 г.

43. Маслов А.В., Гладилина Е.Ф., Костык В.А. Геодезия М.: Недра, 1986.

44. Маслов А.В., Гордеев А.В., Батраков Ю.Г. Геодезия. М.: Не-дра, 1993 г.

45. Маслов А.В., Юнусов А.Г., Горохов Г.И. Геодезические работы при землеустройстве. — М.: Недра, 1990 г.

46. Неумывакин Ю. К., Смирнов А.С. «Практикум по геодезии». М., «Недра», 1985 г.

47. Неумывакин Ю. К., Смирнов А.С. «Практикум по геодезии». М., «Картгеоцентр — Геодезиздат», 1995 г.

48. Неумывакин Ю.К., Перский М.И. Автоматизированные методы геодезических измерений в землеустройстве. М.: Недра, 1990

49. Неумывакин Ю.К., Перский М.И. Геодезическое обеспечение землеустроительных и кадастровых работ. М.: Картгеоцентр - Геодезиздат, 1996.

50. Образцов И. «AutoCAD LT мал да удал». «САПР и графика», N9, 2001 г.

51. Омура Дж. AutoCAD 2000. Из-во "Лори", 1999 г.

52. Папаскири Т.В. Методические указания и задания для вы-полне-ния лабораторных работ «Геоинформационные системы и тех-нологии автоматизированного проектирования в землеустройст-ве». М., ГУЗ, 2000 г.

53. Педоренко С. "Генеральный план Киева: опыт градостроительного проектирования с использованием продуктов AutoDesk", "CADmaster", 3'2002

54. Полищук В.В. " AutoCAD 2000: Практическое руководство", Диалог-МИФИ, 2002 г.

55. Пудов С.В., Сафонов А.С. «RGS классический и современный подход к решению геодезических задач». «CADmaster», июль, 2000 г.

56. Раклов В.П., Данилович А.И. «Отображение цифровой информации при учёте приусадебных земель средствами машинной графики// Создание топографической основы дляземлеустройства: Научные труды/ МИИЗ. — М., 1984 г.

57. Раклов В.П. «Использование средств точной машинной графики для отображения земельно-кадастровой информации// Аэрогеодезические изыскания для целей землеустройства, мелиолрации и сельского строительства: Сб. научных трудов/ МИИЗ.-М., 1991 г.

58. Раклов В.П. Географические информационные системы в тематической картографии. -М. ГУЗ, 2003 г.

59. Романычева Э.Т., Трошина Т.Ю. «AutoCAD 2000». М.: ДМК, 2000 г.

60. Романычева Э.Т., Трошина Т.Ю., Николаев А.В. Трёхмерное моделирование в AutoCAD 14. AutoLISP. М.: ДМК, 1999 г. 352 е.: ил. (Серия «Проектирование»)

61. Россоловский А. «Обработка в AutoCAD сканированной геоподосновы», «САПР и графика», 6'2002.

62. Россоловский А.В." AutoCAD 2002, 2002 LT", "КУДИЦ-Образ", 2002 г.

63. Серавкин A. «AutoCAD стабильный лидер. Autodesk пред-лага-ет новые решения для проектирования». «САПР и графика», N9, 2001 г.

64. Соломонов А.А. Инженерная геодезия. Минск, изд-во "Высшая школа", 1983 г.

65. Справочник геодезиста. Под редакцией В.Д. Большакова и

66. Г.П. Левчука, «Недра», М., 1966 г.

67. Стороженко А.Ф., Некрасов O.K. Инженерная геодезия, М. , "Недра", 1993 г.

68. Субботин И.Е. Инженерно-геодезические работы при проектировании, строительстве и эксплуатации магистральных нефтегазопроводов. М., "Недра", 1987 г.

69. Терехов С.А. Лекции по теории и приложениям искусственных нейронных сетей. Применение сети Хопфилда к задачам комби-наторной оптимизации. Лаборатория искусственных нейронных сетей НТО-2, ВНИИТФ, Снежинск, 1998 г.

70. Федоренков А., Кимаев A. AutoCAD 2000: практический курс. Из-во "ДЕСС", 2002 г.

71. Финкельштейн Эллен. AutoCAD 2000. Библия пользователя.: Пер. с англ.: -М.: Издательский дом «Вильяме», 2001 г.

72. Фоли Дж., ван Дэм А. Основы интерактивной машинной гра-фи-ки. 4.1,2. М.: Мир, 1985 г.

73. Хаус Рон Использование AutoCAD 2000. Из-во "Вильяме", 2000

74. Хренов Л.С., Коськов Б.И., Бруевич, Визиров Ю.В., Зайцева Н.С., Романов Н.Г. Постоянное планово-высотное съемочное обоснование. М., «Недра», 1982 г.

75. Чен P. "Autodesk Inventor", "Лори-Пресс", 2002

76. Baldwin P.E., Gary L. Wheeler. Developing a third generation engineering accurate GIS using AutoCAD and ARC/INFO. UmSA 92 Annual Conference Proceedings, 1992.

77. Colombo Luigi, Marana Barbara. Creating a building information system: the ancient cathedral of bergamo: 3d building models using lazer scaning. GIM Int. 2002. 16, №5, p 32-35.

78. Markuze Yu.I, Welsch W.M. Two algorithms of combination of terrestrial geodetic and sattelite GPS networks."Surveying science in Finland, vol.14, NO. 1-2 1996, pp 3-25.

79. Mark L.Stapleton, Steven P.Travis. Utilizing the Bridge Bilt Between AutoCAD and ARC/INFO by ArcCAD and ADE, AutoDesk's New Nongraphic Data Toolbox for AutoCAD. Proceedings of the Fourteenth Annual ESRI User Conference,83. 1994

80. Paul Bolstad. GIS fundamentals: a first text on geographic84. information systems. 2002

81. Stephan Mertens. TSP Algorithms in Action (http://itp.nat.uni

82. Magdeburg.de/~mertens/TSP/index.html)

83. The Open GIS Specification Model. Open GIS Consortium.86. http//:www.opengis.org 1998.

84. Wenderlein Werner. Koordinaten sind iiberall. Allg. Vermess. — Nachr. 1998. 105, N8-9. 304-307.