Cтатьи и комментарии

Геопрофи, №2 2010

Модель данных для обработки материалов инженерных изысканий в ГИС "Карта 2008"

А.Г. Демиденко В 1989 г. окончил факультет прикладной математики Харьковского ВВКИУРВ им. Н.И. Крылова. Заместитель генерального директора по научной работе ЗАО КБ "Панорама". Кандидат технических наук
Р.А. Демиденко В 2010 году окончил факультет экономики и управления территориями МИИГАиК по специальности "городской кадастр". В настоящее время — инженер-картограф, специалист службы технической поддержки ЗАО КБ "Панорама".

Инженерные изыскания неотъемлемой частью строительных работ, которая должна быть выполнена вне зависимости от размеров и значимости объекта строительства. На основе результатов изысканий осуществляется разработка проектной документации, необходимой для подготовки рабочей документации и строительства предприятий, зданий и сооружений, обоснования иных проектных решений. Инженерные изыскания выполняются как на стадии подготовки к проектированию, так и на этапе контроля выполняемых работ.

В состав инженерных изысканий для строительства входят следующие основные их виды: инженерно-геодезические, инженерно-геологические изыскания, инженерно-гидрометеорологические, инженерно-экологические изыскания, изыскания грунтовых строительных материалов и источников водоснабжения на базе подземных вод и ряд дополнительных исследований.

Консолидация значительных объемов разнородной информации проводится на основе применения ГИС-технологий, что позволяет значительно повысить эффективность камеральных работ и сократить сроки на подготовку качественного технического проекта. В ходе камеральных работ специалистам приходится оперировать сканированными изображениям карт и крупномасштабных планов, ортофотопланами, векторными данными, информацией о рельефе, геологическом строении, гидрологических условиях и других показателях окружающей среды. При этом возникает необходимость оперировать данными различного типа представления (растровыми, векторными, матричными и пр.), тематического содержания, различной степени детальности и точности. Так, проведение гидравлических расчетов систем нефтесбора требует наличия схем коммуникаций, в тоже время для решения земельно-правовых вопросов необходимы площади и элементы обустройства кустовых и промышленных площадок, а протяженность объектов нередко занимает сотни километров и, поэтому, для отображения всего объекта требуются карты различных масштабов, от крупномасштабного плана до мелкомасштабной карты.

Таким образом, при формировании модели пространственных данных для обработки инженерных изысканий необходимо решать следующие задачи:

  1. собрать воедино разные типы данных;
  2. собрать воедино данные разных проекций и систем координат;
  3. собрать воедино данные разных масштабов;
  4. собрать воедино данных различной тематики;
  5. организовать мониторинг проводимых работ.

Рассмотрим построение модели пространственных данных для обработки инженерных изысканий на примере ГИС Карта 2008. Встроенные режимы компоновки пространственных данных различных типов (векторные, матричные, растровые, табличные) обеспечивают установления границ видимости отдельных слоев электронной карты позволяют сформировать единое изображение в виде мозаики неперекрывающихся фрагментов различных типов (см. рис.1). При этом возможно управление различными свойствами слоев данных (отображение, редактирование, доступность выбора объектов).

Рис. 1. Компоновка единого изображения электронной карты

Решение задачи сопряжения данных, представленных различными системами координат, реализуется функциями пересчета координат и трансформирования данных по строгим математическим формулам. Для достижения требуемой точности представления данных производится выбор базовой проекции и системы координат. В соответствии с ее параметрами подготавливается топографическая основа и загружается в модель в качестве базового слоя и далее все остальные слои данных преобразуются к базовому. Однако в ряде случаев, возникает необходимость не изменять проекцию и СК отдельных слоев. Для этого используются функции преобразования координат "на лету", без изменения хранимых координат пространственных объектов. В ГИС Карта 2008 преобразование "на лету" применяется для слоев векторных данных, а растровые или матричные данные требуют принудительного трансформирования, поскольку процедура трансформирования растра занимает довольно значительное время.

Кроме обработки векторных слоев карты, в общеземных системах координат, ГИС Карта 2008 обеспечивает обработку региональных и местных систем координат, построенных на основе параметров, заданных пользователем (см. рис. 2) двумя способами. Первый обеспечивает возможность ввода произвольных параметров системы координат на этапе создания карты указав тип карты "топографическая местная". Второй позволяет указать для существующей карты в одной из общеземных систем координат параметры отображения в местной системе координат, то есть координаты пространственных объектов не изменяются в хранилище, а отображение производится в соответствии с указанными настройками. При необходимости (для передачи в открытом формате) карта может быть выгружена в формат обмена в местной системе координат.

Рис. 2. Установка параметров местной системы координат.

Компоновка значительных объемов пространственных данных в рамках одного электронного документа сопряжена с проблемами преобразования координатных систем, обработкой смежных зон, увеличением количества слоев и обеспечением повышения скорости отображения карты. В ГИС продуктах для повышения скорости отображения данных применяются так называемые многоуровневые данные, связанные с делением информации на фрагменты - тайлы. Этот способ позволяет значительно повысить скорость отображения данных при экранном масштабировании изображения карты. Автоматизированное деление на тайлы заключается в формировании уменьшенных копий изображения карты. Чем меньше общие габариты карты, тем быстрее формируются уменьшенные копии и тем меньше дискового пространства они занимают. В цифровой картографии существует классическая тайловая организация данных связанная с делением карт на масштабные ряды и номенклатурные листы. Однако могут применяться и более сложные модели пространственной организации данных.

В ГИС Карта 2008 имеется встроенная задача "Атлас карт", которая обеспечивает компоновку данных в пределах обширных территорий, без открытия их в одном окне электронной карты. В итоге можно скомпоновать карту на территорию всей Российскую Федерацию, при этом карты крупных масштабов подготовить в пределах нужной зоны и по своему осевому меридиану. Более того, каждая из карт может быть в своей проекции и системе координат. Используя функции "Атласа карт" (см. рис. 3) можно подготовить модель данных для протяженного участка линейного сооружения, где в качестве верхнего уровня будут карты масштаба 1:200 0000, в качестве промежуточных уровней карты масштаба 1:50 000 ,1:10 000, а в качестве нижнего уровня крупномасштабные планы (1:2000 или 1:500). Атлас карт оперирует габаритными размерами включенных в него массивов пространственных данных и обеспечивает автоматическую подгруздку изображений требуемого масштаба в указанной точке карты. В результате появляется возможность отображать большие объемы данных, с высокой скоростью и без принудительного преобразования координат. При экранном масштабировании переход от карт более мелкого масштаба к картам более крупного масштаба и наоборот осуществляется простым щелчком мыши. Каждая из карт, включенных в атлас, может включать неограниченное количество тематических слоев - пользовательских карт, растровых слоев - ортонормированных изображений местности и матричных слоев - матриц высот рельефа, матриц геологического строения, матриц качественных характеристик местности.

Рис. 3. Настройка многомасштабной электронной карты.

При отображении векторных слоев различной тематики возникает необходимость в применении различных систем условных обозначений (для кадастровых данных, для геологических условий, для функционального зонирования, для природоохранного районирования и пр.). ГИС Карта 2008 позволяет создавать векторные слои данных электронной карты в виде отдельных пользовательских карт на основе различных библиотек условных знаков. Библиотека условных знаков содержится в отдельном файле - цифровом классификаторе карты. Можно использовать уже готовые классификаторы (например, survey.rsc - для геодезических изысканий, geology.rsc - для геологических изысканий и т.д.) подготовленные на основе нормативных документов, а также самостоятельно создавать и редактировать библиотеки условных знаков. Все средства для визуального построения условных знаков входят в состав стандартной поставки. Для отображения специфических, условных знаков, для построения которых не хватает встроенных визуальных средств (например, динамический условный знак отображающий движение оползня) предусмотрена возможность включения в классификатор программируемых условных знаков. На основании программирования готовится внешний модуль (*.iml), содержащий правила и методы визуализации условного знака. Далее этот модуль подключается к классификатору и объекту назначается разработанный пользователем условный знак.

Рис. 4. Пример оформления и редактирования геологических скважин в ГИС "Карта 2008"

Организация мониторинга проводимых инженерных изысканий сопряжена с циклической обработкой однотипных данных, получаемых в результате полевых работ на различные временные срезы. Решение задачи привязки пространственных данных к моменту времени их актуальности решается различными способами. Одним из вариантов является формирование временных рядов данных, где в процессе ввода информации в систему разновременные данные наносятся на отдельные слои, каждый из которых соответствует своему временному отрезку, в пределах которого данные считаются статичными. Рассмотрим использование временных рядов данных при мониторинге земляных работ. Исходное состояние местности фиксируется на карте № 1. По результатам выполнения работ за отчетный период производится съемка местности, и результаты наносятся на карту № 2. Результаты следующего отчетного периода на карту № 3 и т.д. При этом с карты № 1 на карты отчетных периодов переносятся методами копирования те элементы ситуации, которые не изменились, но влияют на выполнение некоторых расчетных задач. По карте каждого отчетного периода выполняется построение матрицы высот рельефа. В итоге получаем два временных ряда: временной ряд ситуации и временной ряд рельефа. Временной ряд ситуации используется при анализе динамики распространения площади земляных работ, а временной ряд матриц высот рельефа используется для вычисления объемов выполненных земляных работ. В ГИС Карта 2008 расчет объемов земляных работ производится при помощи соответствующей задачи и базируется на использовании двух поверхностей: исходной, описывающей местность до проведения земляных работ и проектной, описывающей местность после проведения земляных работ. Выбирая из временного ряда необходимые матриц можно вычислять объемы земляных работ по состоянию на любой момент времени. Аналогичными методами может быть организован мониторинг других видов производимых работ.

Рис. 5. Пример подсчета объемов земляных работ в ГИС "Карта 2008".

Описанная в статье модель данных для обработки результатов инженерных изысканий обеспечивает интеграцию данных разных типов, масштабов, проекций и систем координат, позволяет компоновать в рамках единого изображения данные различной тематики и является эффективным средством для организации мониторинга проводимых работ.