CC BY
56
УДК 519.687:621.01 91.10.Jf
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБМЕННЫХ ФОРМАТОВ CAD И GIS ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЕЙ
А.М. Башкатов, преподаватель, Приднестровский государственный университет
Аннотация. Приводится методика анализа выбора и оценки взаимодействия обменных форматов данных различных систем CAD и GIS в ходе решения задач автоматизированного построения графа сетей инженерных коммуникаций.
Ключевые слова: конвертер файлов, графические данные, граф сети, инженерные коммуникации, критерии выбора, информационная емкость.
Введение
Создание и поддержка сетей инженерных коммуникаций жизнеобеспечения населения (водопроводных, канализационных, газовых и пр.) требует четкой организации и планирования работ. Это необходимо, как по соображениям экологической безопасности (исключения возможности обрывов, блокировки аварийных участков, если они возникли), так и для выработки мер по созданию целостности и технологической согласованности функционирования сложных объектов.
Решение этих вопросов идет по двум направлениям. Первое подразумевает классический расчет и натурные наблюдения с применением специального диагностического оборудования. Другое заключается в моделировании, имитации процессов и оценке их последствий на виртуальных примерах ситуаций.
Первый подход наиболее эффективен, но требует значительных материальных затрат. Он более применим и оправдан на магистральных, ключевых участках сети или зонах оперативного контроля существующих коммуникаций.
Создание моделей позволяет оценить поведение системы на уровне проекта, т.к. обеспечивает большую гибкость и инвариантность, как на этапе создания, планирования, так и во время возможной эксплуатации. Для реализации этого подхода необходимо наличие специальных средств, обеспечивающих построение модели и ее анализ. К их числу относят - системы автоматизированного проектирования (CAD) и географические информационные системы (GIS). В связи с этим возникает задача выбора программного обеспечения с точки зрения разумного сочетания «цена-качество». Одним из критериев этого выступает
степень организации межсистемных форм обмена данными [10].
Анализ публикаций
Операции передачи данных из систем проектирования в среду последующего анализа основаны на преобразовании данных одного формата, в формат, корректно воспринимаемый другой системой. Таким способом проводится конвертация как графических, так и описательных данных. Тем не менее, специалисты отмечают [1, 2, 4, 5], что на практике эти операции сопряжены с частичной потерей информации, либо с необходимостью выполнения вспомогательных процедур.
Такие методы применимы в случаях, когда к графически отображаемым объектам предъявляются требования точного геодезического позиционирования, или когда количество объектов позволяет (во временном или техническом плане) проведение дополнительной корректировки. Выполнение подобных действий требует использования специального программного обеспечения [3].
Для задач зонального моделирования (например, экологического), проектирования графа сети и т.п., не требующих точного указания, возможно использование универсальных программных средств выполнения конверсионных операций.
Цель и постановка задачи
Базовым источником данных для построения графа инженерной сети является растровое изображение (ДДЗ, отсканированный планшет). При этом традиционные приемы использования растра (как подосновы) в прикладных задачах связаны со значительной (до 30%) потерей времени на выполнение процессов привязки точек, удаления
«шума» и др. манипуляций для улучшения процесса векторизации [1], и напрямую зависят от сложности объекта исследования. Поэтому необходим предварительный анализ растра.
Оценка информационной емкости топоосновы
План инженерных коммуникаций является комплексным документом, т.к. объединяет несколько информационных слоев. Если рассмотреть любой объект системы как массив, содержащий набор сведений, суммарный параметр информативности участка сети можно представить в следующем виде:
n m
р = 2 (Patr + Pgraph + Pcom ) + 2 Pback , С1) i=1 j=1
где Pair - параметр, описывающий влияние атрибутных данных объектов на информационную емкость участка плана (определяется в виде безразмерного коэффициента 0<Pair<1); Pgraph - параметр, описывающий влияние графических данных объектов на информационную емкость участка плана (определяется в виде безразмерного коэффициента 0<Pgraph<1); Pcom - параметр, описывающий компенсационное влияние смежных элементов сети на информационную емкость исследуемого участка плана (определяется в виде безразмерного коэффициента 0<Pcom<1); Pback -параметр, отражающий фоновое воздействие внешней среды и условий проведения наблюдений (устанавливается эмпирически, путем аналогичного сведения роли действующих факторов к безразмерным параметрам согласно условию 0< Pback <1).
Коэффициенты назначаются исследователем, исходя из тематики используемой карты и круга решаемых задач. При этом используется разбиение исследуемого участка карты на кварталы, форма и размеры которых зависят от уровня детализации строящегося графа. Так, для карт масштаба 1:10000 или 1:5000 применяют деление на фрагменты 1:500 (согласно планшетам).
Структурно очередность действия пользователя по выбору используемого формата преобразования данных можно представить в виде схемы (рис. 1), применение которой обусловлено типом и показателем информационной емкости (1) решаемой задачи.
В зависимости от цели производится выбор формата для дальнейших операций:
для задач обзорного анализа (*.BMP, *.TIFF, *.GIF); для периодических задач локального поиска (*.DXF); для задач регулярной диагностики (формат GIS).
Рис. 1. Подготовка к выбору конверсионного формата
Преобразование данных
Определение типа задачи позволяет сформулировать методы преобразования данных при построении графа сети. Для данных I типа применяются упрощенные методы прорисовки, которые детально рассмотрены в приведенном ниже примере. Задачи II типа позволяют использовать встроенные в любую САПР конвертеры, с возможностью не только корректного перевода данных в новый формат, но и разработки программных приложений [6, 9]. При необходимости систематического, регулярного преобразования данных оптимальным будет использование собственного функционала, конкретной ГИС, что требует больше временных затрат на подготовительном этапе, но окупает затраты в течение срока эксплуатации [7]. Рассмотрим пример выполнения конверсионных процедур для задач I типа.
Практическая реализация
Описанный подход применен при построении модели транспортной сети городских маршрутов г. Тирасполя [8] в рамках проведения программы экологических исследований.
Базовой растровой основой послужила электронная карта города, которая позволила сформировать вид графа в плане. В качестве графической подложки использована карта масштаба (1:10000), созданная в ГИС Geobase (www.monitoring.md), для которой были отключены (дезактивированы) неиспользуемые тематические слои, после чего осуществлена операция сохранения изображения в растровом формате (*.BMP) с 8-битовым разрешением. Данное решение вызвано необходимостью снижения размеров файла и ускорения процесса визуализации.
Следующие шаги (рис. 2) были связаны с экспортом полученной растровой основы в среду графического редактора (КОМПАС или AutoCAD) и сохранением результата операции в чертежном формате (*CDW либо *DWG).
Рис. 2. Очередность преобразования данных для обзорного анализа
В ходе выполнения данной процедуры точность соотношения линейных размеров растра и чертежного документа обеспечил переводной масштаб, рассчитанный по формулам (2) - (3)
M.
hor _ Wdoc - 2 ' Bhor
R.
MJer = Hdoc 2 'Bver
(2)
(3)
где Мт °г - масштабный коэффициент по горизонтали; - ширина формата документа (мм); В0 - боковой отступ (мм); Rhor - разрешение по горизонтали; Мт"ег - масштабный коэффициент по вертикали; Н (Ьс - высота формата документа (мм); Вшг - вертикальный отступ (мм); Rver - разрешение по вертикали.
Полученный чертеж 3D-графа имеет ряд преимуществ перед другими способами построения, поскольку: позволяет проводить с моделью любые операции, поддерживаемые графическим редактором; является компактным (векторное представление) и может служить прототипом для других построений. Дополнительно следует отметить возможность печати необходимых видовых проекций графа для последующего анализа (в данном случае при расчете уровней загазованности).
Выводы
Применение методики выбора способа конверсионного перевода данных из системы проектирования, которой выступает CAD, в систему ГИС-анализа позволяет упростить решение задач проектирования инженерных систем вследствие:
- гибкого подбора используемого функционала;
- разделения сложных задач на ряд упрощенных, взаимосвязанных этапов;
- снижения затрат на приобретение дорогих комплексных систем, обладающих набором незадей-ствуемых в конкретной практике операций.
Литература
1. Муниципальные информационные системы и
программные средства // Материалы III научно-технической школы-семинара. - М.: Фирит, 1991.
2. Джеймс Д. Мюррей, Уильям Ван Райнер
(O'Reilly&Associates, Inc). Энциклопедия форматов графических файлов. - К.: BHV, 1997.
3. Вайсфельд В.А., Ексаев А.Р. Геоинформацион-
ные технологии и городские инженерные сети - основные принципы интеграции // Электронный ресурс. Путь доступа: http://giserv.karelia.ru.
4. Чесалов Л.Е. Опыт конвертации картографиче-
ской информации // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. - 1996. - №3(5). -С.34.
5. Беленков О.В. Обмен пространственными дан-
ными // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. - 1996. - №3 (5). - С.36.
6. Крылов С.П. Особенности преобразования из
формата AutoCAD DXF в ГИС MapInfo // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциа-ции. - 1997. - №4 (11). - С.27.
7. Коноплев М.Ю. Использование обменных
форматов при работе с GeoDraw // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. -1996. - №3 (5). - С.35.
8. Башкатов А.М. Мониторинг загазованности
участков трасс на основе 3-D графа дорожной сети // Материалы международной научно-практической конференции «Антропогенные проблемы биосферы»: Сб. трудов. - Луганск-Алчевск: Биосфера. - 2004. -Вып. 4. - Часть 1. - С.70-74.
9. Демиденко А.Г., Карась С.И., Григорьев О.В.
Методика повышения точности трансформирования растров // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. - 2002. -№1(33).
10. Гончаренко С., Максимов В. Что в начале,
CAD или GIS? GEO+CAD! // САПР и графика. - 2001. - №8. - С.35.
Рецензент: Е.В. Нагорный, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 18 августа 2006 г.
