Основы автоматизированного проектирования

1.Технология автоматизированного  проектирования с использованием 

программного комплекса CREDO.

Технология проектирования автомобильных дорог зависит от сочетания значительного числа факторов, среди которых следует, в первую очередь, выделить:

- стадию проектирования (экономическое обоснование, инженерный  проект, рабочая документация);

- категорию  дороги и ее административно-хозяйственное  значение;

- природные  особенности района проектирования, прежде всего, рельеф, климат, геологические, гидрологические и гидрогеологические  условия;

- вид проектируемого  объекта и его протяженность;

- вид, объем, качество и форму представления  материалов технических изысканий;

- особенности  трассирования дороги (проложение  по новому направлению или  использование существующей дороги);

- экологические  особенности района проложения  дороги.

Программный комплекс CREDO может быть использован на любой стадии проектирования независимо от категории дороги и особенностей района проектирования. Однако следует учитывать ограничения, связанные с протяженностью дороги: количество точек продольного профиля не должно превышать 500; количество углов поворота в плане - 30. При превышении этих значений дорогу приходится разбивать на отдельные участки, отвечающие приведенным выше условиям.

Технология автоматизированного проектирования с использованием САПР CREDO предусматривает:

- создание  цифровой модели местности для  территории возможного проложения  вариантов дороги;

- автоматизированное  проектирование плана трассы, продольного  и поперечных профилей дороги, пересечений с другими дорогами, мостов, труб и других искусственных  сооружений, подсчет объемов работ, оценку проектных решений;

- автоматизацию  на всех этапах проектирования  расчетных, чертежно-графических и  оформительских работ;

- диалоговый  режим взаимодействия инженера-проектировщика  с ЭВМ;

- использование  методов математического моделирования (моделирование рельефа и геологического  строения местности, положения дороги  в пространстве, работы грунтов  в основании земляного полотна, работы водопропускных сооружений, движения одиночных автомобилей  и транспортных потоков и т.п.);

- использование  математических методов оптимизации  проектных решений ( проектирование  оптимального продольного профиля, расчет оптимальной конструкции  дорожной одежды и др.);

- возможность  проработки и корректировки на  любом этапе проектирования нескольких  вариантов проектных решений;

- оценку качества  проектных решений по комплексу  показателей: объемы и стоимость  строительных работ, транспортно-эксплуатационные  качества дороги, безопасность движения, уровни неблагоприятного воздействия  на окружающую среду.

При автоматизированном проектировании каждого из вариантов дороги с использованием программного комплекса CREDO целесообразна следующая последовательность работ:

- составление  цифровой модели местности;

- изготовление  топографических планов;

- проектирование  плана трассы;

- расчет и  проектирование водопропускных  сооружений;

- расчет и  проектирование дорожной одежды;

- проектирование  продольного профиля дороги;

- проектирование  поперечных профилей дороги;

- проектирование  дорожного водоотвода;

- просмотр  перспективных изображений дороги;

- проектирование  пересечений дорог;

- подсчет  объемов работ;

- распределение  земляных масс;

- оценка проектных  решений;

- проектирование  экологических мероприятий;

- проектирование  элементов инженерного оборудования  дороги;

- определение  стоимости строительства;

- оформление  проектной документации.

На любом из этапов проектирования возможна корректировка проектного решения, что может потребовать возвращения к предыдущим этапам.

При вариантном проектировании дороги проектное решение по каждому из них разрабатывается по приведенной выше схеме. После этого, используя полученные для каждого варианта технико-экономические, транспортно-эксплуатационные и экологические показатели, выбирают наиболее выгодный из них.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Составление  цифровой модели местности. Виды ЦММ.

 

При автоматизированном проектировании автомобильных дорог основным источником информации о местности служат цифровые модели местности (ЦММ). Их разработка и последующее использование при проектировании дорог требуют в десятки раз меньших затрат времени и трудовых ресурсов по сравнению с получением необходимой информации при использовании топографических планов и стереомоделей по обычной технологии.

Составными частями цифровой модели местности являются: цифровые модели рельефа местности, цифровые модели ситуации, цифровые модели геологического и гидрогеологического строения местности, цифровые модели распределения экологических параметров на местности и др. Цифровые модели местности могут быть регулярными, нерегулярными, статистическими [13, 26].

В программном комплексе CREDO (подсистема CREDO-TER) используются цифровые модели рельефа (ЦМР), ситуации (ЦМС) и геологии (ЦМГ). ЦМР формируется на основе точек, структурных линий и контуров рельефа. При этом создается сеть, состоящая из треугольников (рис.4.1), с помощью которой могут быть вычислены высотные отметки точек с известными координатами в плане, построены разрезы поверхности земли по заданному направлению, выполнено отображение рельефа с использованием горизонталей, условных изображений откосов и обрывов.

 

При этом предполагается, что поверхность внутри каждого треугольника, вершинами которого являются точки с известными координатами X, Y, Z (рис. 4.2), или между пересекающимися структурными линиями, представляет собой плоскость, уравнение которой в матричной форме имеет вид

X - X1 Y - Y1 Z - Z1

X2- X1 Y2 - Y1 Z2 - Z1 = 0  .

X3 - X1 Y3 - Y1 Z3 - Z1

В результате преобразования матрицы получаем зависимость для определения высотной отметки Z точки при заданных ее координатах X и Y в плане:

Z = AX + BY + C.

Рис. 4.1. Элементы цифровой модели рельефа местности

 

 

 

X1,Y1,Z1

Xт,Yт,Zт

X3,Y3,Z3                                                                     

X2,Y2,Z2

 

Рис. 4.2. Схема к расчету отметок точек

 

 

Цифровая модель ситуации местности представляет собой совокупность объектов, положение и размеры которых заданы точками, а вид - с помощью условных знаков, контуров, линий и заполнений. По методу построений и характеристикам следует различать площадные, линейные и точечные объекты.

Источники данных для построения ЦММ

Основой для создания ЦММ является массив точек с координатами X, Y, Z. Путем его обработки с помощью интерактивного графического аппарата строятся точечные, площадные и линейные объекты, создается математическая модель рельефа.

Данные для получения ЦММ могут формироваться одним из следующих способов:

- при вводе информации  в текстовых или специальных  редакторах в процессе обработки  материалов тахеометрической съемки, планово-высотных обоснований, линейных  изысканий в подсистеме CREDO DAT;

- при обработке информации  с электронных регистраторов  в подсистеме CREDO DAT;

- при стереофотограмметрической  обработке аэро- и космических  снимков (например, с помощью систем  ВНИМИ, СПТБ);

- при дигитализации картографического  материала (ГРАФИТ-СПТБ и другие  пользовательские системы);

- при векторизации и  дигитализации отсканированного  отображения (система POCKBIT);

- при импорте результатов  проектирования в подсистемах  СREDO CAD, CREDO PRO;

- при непосредственном  вводе данных с клавиатуры;

- при импорте данных  из внешних систем.

Схема обмена данными для подсистемы СREDO TER приведена на рис. 2.1.

При импорте данных из внешних систем они с помощью конверторов е преобразуются в файлы открытого обменного формата (ООФ) (рис.4.3) типа ТОР и ABR, которые создаются попарно с одинаковыми именами для одних и тех же участков. Число таких пар в рабочем каталоге не ограничено. Однако файл типа ТОР может существовать и использоваться самостоятельно.

Файлы ООФ конвертируются в файлы типа CMMV*BIN внутреннего формата CREDO TER, описание которых приводится в прил. 1.

 

 

 

 

Рис. 4.3. Схема обмена данными через открытый обменный формат

 

Конвертация файлов ОФФ в файлы ЦММ происходит путем запуска в разделе меню “Цифровая модель местности” задачи “Импорт, экспорт, конвертация данных” с позицией “ASC11(ООФ) в ЦММ”. При этом на экране появляется список имеющихся файлов типа ТОР, из которого пользователь с помощью курсора выбирает нужный файл. После нажатия клавиши “Enter” происходит преобразование и одновременно на экране отображаются элементы (точки, линии, объекты), импортируемые из файлов ООФ, а также элементы существующей ЦММ (если она есть в рабочем каталоге).

4.3. Последовательность работ  при составлении цифровой модели  рельефа местности

В первую очередь, необходимо создать каталог для проектируемого объекта, так как вся информация по нему должна находиться в отдельном каталоге. Не допускается ввод данных и проектирование нескольких объектов в одном и том же каталоге. Это связано с тем, что файлы, образующиеся в процессе работы, имеют стандартные неизменяемые имена.

После запуска системы CREDO на экране появляется основное меню системы (рис.4.4), в котором выбирается пункт “Утилиты”. Затем на экране возникает подменю для выбора или задания каталога, что может быть выполнено с использованием “дерева” или списка каталогов. Система “просматривает” все каталоги на всех дисках и предлагает пользователю список объектов. В этот список вводится имя нового каталога для проектируемого объекта или в случае продолжения работы выбирается имя существующего каталога.

    Геодезические  работы CREDO DAT

 Цифровая модель местности CREDO TER

 Объемная геологическая  модель CREDO GEO

 Геометрическое проектирование CREDO PRO

 Проектирование автодороги CREDO CAD

 Утилиты

 Выход из системы

Рис. 4.4. Основное меню системы CREDO

   Геодезические работы CREDO DAT

     Цифровая модель  местности CREDO TER

     Объемная геологическая  модель CREDO GEO

     Геометрическое  проектирование CREDO PRO

 

     Проектирование  автодороги CREDO CAD

     Утилиты

     Выход из  системы

 

 

При возвращении в основное меню в нем необходимо выбрать пункт “Цифровая модель местности”. После его активизации появляется подменю (рис.4.5), в котором, если информация должна поступать от внешних систем (см. раздел 4.2), необходимо воспользоваться первой строкой, содержащей функции, обеспечивающие обмен данными между внешними системами и CREDO TER через ООФ.

Импорт, экспорт, конвертация данных

 Цифровая модель местности

Возврат на предыдущий уровень

Рис. 4.5. Подменю пункта “Цифровая модель местности”

  Импорт, экспорт, конвертация  данных

       Цифровая  модель местности

       Возврат  на предыдущий уровень

 

 

При непосредственном вводе с клавиатуры координат точек, используемых для создания ЦММ, следует активизировать в подменю пункт “Цифровая модель местности”, после чего пользователь входит в рабочую среду CREDO TER.

Необходимым этапом разработки объекта является заполнение карточки объекта. Для этого после выбора в рабочей среде (рис.2.2) с помощью горизонтальных кнопок управления процедуры “Данные” в выпадающем меню функций необходимо активизировать функцию “Карточка объекта” и в появившееся диалоговое окно ввести данные об имени объекта, масштабе и др.

 

 

Рис.4.6. Взаимосвязь между процедурами, функциями и операциями при работе в подсистеме CREDO TER

 

 

 

Для ввода координат точек вызываются процедура “Рельеф”, функция “Точка”, операция “Создать”. Точное задание координат каждой из точек осуществляется путем нажатия на клавишу “F7”, после чего в появившееся диалоговое окно следует ввести координаты точки X, Y, активизировать клавишу “ОК” путем нажатия клавиши “Tab” и дважды нажать клавишу “Enter”. Программа запрашивает высоту заданной точки Z, отметка которой вводится в диалоговом окне. В результате в рабочем окне появляются изображение точки, ее номер и высотная отметка.

После ввода всех точек необходимо перейти к созданию одного или нескольких контуров рельефа, с помощью которых выделяются участки поверхности, имеющие однородный рельеф. Допускается делать контур внутри других контуров. Отдельные контуры создаются для поверхностей, границы которых представляют собой изломы или сдвиги рельефа (откосы, обрывы, ямы и т.п.).

Для создания контура рельефа используются процедура “Рельеф”, функция “Контур рельефа”, операция “Создать”. Курсором в режиме “Захват” последовательно захватываются точки, образующие контур. Построение заканчивается замыканием контура, т.е. захватом точки, с которой начиналось построение. В любой момент построения можно отказаться от текущего шага, нажимая правую клавишу мыши или клавишу “Esc”, а при последовательном их нажатии, вообще, вернуться к началу построения контура.

Для создания и отображения рельефа участка местности, выделенного контуром, а также просмотра разрезов по заданным направлениям следует воспользоваться функцией “Поверхность”, операцией “Создать”. После их вызова, установки курсора внутри выбранного контура и нажатия левой клавиши мыши программа проверяет возможность построения поверхности и строит триангуляцию в пределах выбранного контура. После этого следует запрос о виде отображения поверхности, предлагающий следующие варианты:

без отображения;

горизонтали ломаные;

горизонтали интерполяционные;