CC BY
101
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
ОЦЕНКА ПРОГРАММНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ГИС И САПР ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕСНЫХ ДОРОГ
М.Э. ИВАНОВА, асп. каф. транспорта леса МГУЛ
caf-transport@mgul. ac. ru
Снижение цен и обеспечение конкурентоспособности производства напрямую связан с возможностями вывоза заготовленной древесины. Наличие развитой дорожной сети круглогодичного действия способно обеспечить высокую эффективность деятельности всего лесного сектора.
Лесной фонд большей частью располагается на заболоченных, переувлажненных грунтах. Лесные площади находятся на территориях, изрезанных мелкими ручьями и речками с широкими поймами. Наиболее доступные леса, примыкающие к лесным дорогам и дорогам общего назначения, вырублены.
Строительство лесовозных дорог в последние 15-20 лет практически не ведется. В настоящее время отсутствие лесовозных дорог является основным сдерживающим фактором развития лесозаготовок. Лесозаготовка и вывозка древесины ведется в основном в зимнее время по зимним дорогам.
Построенные ранее дороги разрушились, заросли молодняком и стали непригодными для транспортировки древесины с использованием современной лесовозной техники. Лесные участки, сохранившие запасы древесины, в большей части являются недорубами 40-60 гг. или дополнительно дозревшими насаждениями.
Необходимость строительства лесных дорог обусловлена плановым ведением лесозаготовительной и лесохозяйственной деятельности на арендуемых лесных площадях, включающим соблюдение плана рубок леса, посадок, ухода за молодняками, охрану лесных территорий.
Лесовозная дорога является технологической магистралью леса. По ней ведутся все транспортные перемещения техники, людей, продукции. Она - составная часть лесного массива. Наличие лесовозных дорог гарантирует ведение лесозаготовительных и лесохозяйственных работ круглогодично, что
обеспечивает ритмичную загрузку сырьем деревообрабатывающих предприятий, позволяет реализовывать стратегические планы развития лесного комплекса, увеличивать объемы производства, создавать новые рабочие места, организовывать глубокую переработку древесины, а также утилизацию отходов и невостребованной низкотоварной древесины.
Специфическая особенность дорожной отрасли по сравнению с другими заключается в том, что автомобильные дороги являются сложными инженерными линейно-протяженными сооружениями с ярко выраженной географической природой. Соответственно основная техническая документация по автомобильным дорогам должна представляться графически на картографической основе или в виде условных схем и чертежей. Это предопределяет вид компьютерных технологий, используемых для управления автомобильными дорогами на различных логически и функционально обусловленных этапах их жизненного цикла.
Среди множества различных видов программных технологий, работающих с графической информацией, в дорожной отрасли наиболее востребованы программные технологии ГИС и САПР. Кроме того, для работы с атрибутивной информацией используются технологии баз данных (БД). На разных этапах жизненного цикла дороги применяются отдельные информационные системы [1], но чаще всего в сочетании с другими (рисунок).
Системы автоматизированного проектирования (САПР) призваны автоматизировать различные этапы проектирования автомобильных лесных дорог, имеют богатые средства для работы с чертежами и схемами элементов дорог, а также позволяют работать с топографическими планами в крупном масштабе. Основной целью работы в САПР является создание проектно-технической документации в виде чертежей, таблиц и ведомостей [2].
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009
93
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Рисунок. Жизненный цикл автомобильной дороги и место ГИС, САПР и БД на различных его этапах
Кроме того, САПР используются и на этапе строительства, но в основном только для документирования результатов исполнительной съемки и их передачи в ГИС и БД.
Геоинформационные системы (ГИС) предназначены для управления большим количеством разномасштабной картографической информации, анализа взаимосвязей объектов в пространстве, управления атрибутными характеристиками объектов. На этапах проектирования и планирования развития сети ГИС помогают анализи-
ровать различные варианты прохождения трасс автомобильных лесных дорог, выступая средством отображения тематических карт и инструментом пространственного анализа.
При значительном внешнем сходстве ГИС и САПР имеют принципиальные различия [3]:
Различия по моделям данных
В ГИС выделяются несколько основных типов данных: точки, линии, полигоны,
94
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
поверхности и растры. Смешение этих данных в пределах одного слоя, как правило, недопустимо. Исключение составляют модели данных типа «сеть» (состоит из узлов, которые соединены дугами) и «покрытие» (как и сеть, состоит из узлов, которые соединены дугами; кроме того имеются регионы, границы которых задаются дугами).
Одной из причин небольшого числа графических примитивов в ГИС является также то, что исторически они развивались как мелкомасштабные картографические системы, в которых не требуется большого разнообразия графики.
Небольшое число типов данных позволяет строго определить различные пространственные операции: пространственный поиск (в заданном регионе, поиск смежных или пересекаемых объектов), построение оверлеев (объединения, пересечения и разности полигонов), построение буферных зон, зон близости (зон ближайшего обслуживания).
Из-за того, что реальные электронные карты могут содержать тысячи и миллионы графических объектов, в ГИС значительно развиты различные алгоритмические методы для хранения больших объемов данных, быстрого поиска объектов, упрощения данных для быстрого вывода на экран.
В САПР, в отличие от ГИС, используется большое число различных графических примитивов, так как одной из главных задач САПР является получение качественных чертежей. Сложность структуры чертежей САПР не позволяет хранить их в базах данных (а если они и хранятся, то целиком, в виде единого большого поля), а поэтому они хранятся в виде отдельных файлов.
В дорожной отрасли ГИС используются для представления сети лесных дорог на электронных мелкомасштабных картах, для анализа транспортного обеспечения районов, для получения оперативной информации по объектам дорожной сети.
При проектировании дорог ГИС применяются для выбора наилучшего из возможных коридоров варьирования проектируемой трассы с учетом существующей цифровой модели местности (ЦММ).
Различия по атрибутной поддержке
В ГИС, как правило, в одном слое графических данных представляются графические объекты одного типа (например здания, дороги или реки), имеющие одинаковый набор атрибутов [4]. Таким образом, слой графических данных совместно с наборами атрибутов можно представить как таблицу реляционной базы данных, а следовательно, и адаптировать соответствующий аппарат баз данных для анализа атрибутов графических объектов. Например, в ГИС можно выделить все дорожные знаки, расположенные на консолях, или дорожные трубы, находящиеся в неудовлетворительном состоянии.
Идеологическая близость моделей данных ГИС и реляционных баз данных позволила создать соответствующие надстройки над различными СУБД для хранения и анализа графических (ГИС) данных.
Одним из принципиальных различий между ГИС и САПР является то, что графический примитив в ГИС является самостоятельным объектом, имеющим свои атрибуты, а в САПР - только изобразительным средством, т.е. частью объекта, а поэтому своих атрибутов, как правило, не имеет.
В САПР же объекты образуются обычно из нескольких графических примитивов, выстраиваясь в иерархии с помощью группировки. Глубокое отличие модели САПР от реляционной модели данных не позволяет полноценно сохранять чертежи САПР в современных базах данных и не позволяет анализировать атрибуты объектов.
В дорожной отрасли наличие атрибутивной поддержки является наиболее важным при решении задач диагностики, паспортизации, инвентаризации, кадастра дорог. В связи со скудостью возможностей атрибутного описания САПР представляется наиболее целесообразным создание информационных систем автомобильных дорог на основе ГИС.
Различия по методам визуализации
В САПР, как правило, графические объекты сразу создаются такими, как они выглядят на экране и печати. В ГИС же понятия модели объекта и его внешнего вида специально разнесены.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009
95
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Одной из сильнейших функций ГИС является возможность «тематического картографирования», когда для имеющихся геоинформационных данных задаются «визуализа-торы», отображающие данные в зависимости от их геометрических и атрибутивных характеристик.
Наиболее распространенной является отрисовка:
- одинаковым условным знаком всех графических объектов;
- разными знаками в зависимости от значений некоторого атрибута;
- подписями из атрибутов (автоматическое подписывание объектов);
- точками плотности (случайное размещение некоторого числа точек в полигоне, например, чтобы показать плотность населения страны);
- диаграмм на объектах, показывающих распределение некоторых атрибутных характеристик объектов;
- линий сплайнами, различная декоративная отрисовка.
В САПР внешний вид объекта обычно уже жестко зафиксирован. Иногда проектировщику предоставляется несколько предопределенных вариантов отрисовки.
Еще одной особенностью ГИС является возможность задания немасштабируемых условных знаков и надписей. Этот способ визуализации применяется в основном для отображения на экране компьютера, когда важно быстрое получение информации без изменения текущего масштаба изображения.
В связи с тем, что ГИС и САПР в чистом виде имеют сильные и слабые стороны, в последнее время все большее распространение получают интегрированные графические системы, обладающие возможностями как ГИС, так и САПР. В дорожной отрасли такие комбинированные возможности необходимы, например, для представления комплексных проектов автомобильных дорог на плане местности, когда в мелком масштабе пользова-
тель на экране компьютера видит общую схему сети дорог, а при постепенном увеличении появляются детальные чертежи автомобильных дорог.
В мире существует ряд фирм, которые разрабатывают только ГИС-продукты. Наиболее известными из них являются: ESRI (США) и MapInfo (Канада). Другие производители, такие как AutoDesk (США) и Bentley Systems (США), разрабатывают на едином графическом ядре (AutoCAD в Autodesk и Microstation в Bentley) как САПР, так и ГИС.
Среди отечественных ГИС наиболее известными являются GeoGraph (ЦГИИГ РАН, Москва), КАРТА-2000 (КБ Панорама, Москва), GeoCAD (Геокад, Новосибирск).
Для дорожной отрасли комплексное решение САПР (IndorCAD) + ГИС (IndorGIS) разрабатывается фирмой «ИндорСофт. Инженерные сети и дороги» (Томск).
Таким образом, рассмотренные современные методы можно использовать в проектировании и строительстве лесных дорог. Поэтому нами предлагается применение указанных методов для разработки методик проектирования как транспортных сетей лесных дорог, так и отдельных дорог в лесосырьевых базах.
Библиографический список
1. Скворцов, А.В. Геоинформатика в дорожной отрасли (на примере IndorGIS) / А.В. Скворцов, П.И. Поспелов, С.П. Крысин. - М.: Изд-во МАДИ, 2005. - 400 с.
2. Геоинформационные системы в дорожном строительстве: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т VI. / А.В. Скворцов, П.И. Поспелов, В.Н. Бойков и др. - М.: ФГУП «ИНФОРММАВ-ТОДОР», 2006.
3. Бойков, В.Н. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог (на примере IndorCAD/ Road) / В.Н. Бойков, Г.А. Федотов, В.И. Пуркин.
- М.: Изд-во МАДИ (ГТУ), 2005. - 224 с.
4. Лопандя, А. Основы ГИС и цифрового тематического картографирования. Электронное учебно-методическое пособие / А. Лопандя, А. Немтинов.
- Тамбов, 2007.
96
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2009
