Аналитический обзор существующих расширений для программ AutoCad и Civil 3D геодезического профиля

Свой –сетка будет повёрнута согласно углу, введённого пользователем.В Civil 3D используется метод подсчета объемов масс по методу триангуляции. В модуле «geo_deviation» реализованы оба методов расчёта - по квадратам и по построению поверхностей методом триангуляции, а также возможность разбить квадраты на отдельные фигуры по характерным линиям.Метод триангуляции учитывает всю геометрию исходных поверхностей и выдаёт максимально точное значение объёмов, но программа может использовать поверхности, построенные с ошибкой. Так как объемы считаются часто по сложным поверхностям, оценить точность построения является не простой задачей, что влечет к большим погрешностям в подсчете самого объема. Метод квадратов при расчёте учитывает только отметки в вершинах квадрата, игнорируя всю ситуацию внутри фигуры (ямки, бугорки, перепады), что, в свою очередь, не лучшим образом сказывается на точности, зато результаты легко проверяются вручную.Рисунок 21 – Основное окно подпрограммы «geo_cartogram»Рассмотрим оба варианта подсчета объемов. Имеются две поверхности, между которыми нужно посчитать объём, где основание обозначено зелёным цветом, насыпь оранжевым, в соответствии с рисунком 22.Отметка насыпи – красная, отметка основания – синяя и рабочая отметка – зелёная.Методом триангуляции Civil 3D строит сложное 3D тело и выдаёт результат 307,4 м³.  В примере использована простая поверхность, структуру построения которой легко оценить, поэтому берем ее за базовое значение объема. Построение поверхности по методу «триангуляция» представлено на рисунке 23.Для расчета объема насыпи методом квадратов необходимо разбить квадрат на две части по характерной линии перелома рельефа это позволит значительно повысить точность расчёта. Результат расчета показал значение 315.2 м³, что для такого объема обеспечивает достаточную сходимость результатов.Рисунок 22 –Пример насыпи для анализа расчета с указанием отметок основания и насыпи.Преимущество подпрограммы «geo_cartogram» в первую очередь обусловлено наличием двух методов расчета объемов масс. Во-вторых, это легкость выбора необходимых поверхностей для расчета и гибкость настроек при оформлении исполнительной схемы.Рисунок 23 – Построенная поверхность для подсчета объема насыпи методом Триангуляции»Кроме описанных подпрограмм BearDyugin существуют: «geomakeraw» – позволяющая создавать файлы сырых измерений прямиком при импорте из прибора; «geoprofiletools» – создание развёртки (профиля) с плавным прохождением углов трассы; «geotechplan» –создание и оформление технического плана.2.1.2. Подпрограмма AcadTopoPlanКроссплатформенное приложение для CADплатформAutoCAD, BricsCAD, ZwCAD позволяющее создавать картографический материал, отвечающий требованиям комитетов по градостроительству и архитектуре города Москвы, Санкт-Петербурга и других субъектов РФ. Ориентировано на организации и специалистов, родом деятельности которых, являются топографические и инженерно-геодезические изыскания для строительства. ​Основное меню подпрограммы AcadTopoPlan интегрированное в AutoCAD представлено на рисунке 24.Как описывает разработчик преимущества AcadTopoPlan[7]: более 10 классификаторов условных знаков, от М1:100 до М1:5000, адаптированных для различных регионов РФ и республики Беларусь;наличие условно-бесплатной некоммерческой лицензии, без ограничений по функционалу и времени использования;удобное и интуитивно понятное древовидное меню условных знаков;функционал по созданию и редактированию цифровых моделей местности (ЦММ);наличие редактора откосов;наличие функционала разбивки пикетажа трасс;функционал отрисовки железнодорожных стрелочных переводов;авторская система полевого кодирования«ATPCOD», адаптированная для съемки, как линейных объектов, так и площадных;включает систему по кодированию топографических планов для экспорта в САПР КРП;широкий набор дополнительных инструментов по редактированию полилиний.Рисунок 24 –Меню AcadTopoPlan в AutoCADПеред началом работы, по наполнению топографического плана условными знаками, пользователю необходимо выбрать требуемый классификатор и знаменатель масштаба условных знаков. Логика по наполнению топографического плана условными знаками достаточно проста. Все условные знаки, представленные в программе можно разделить на три группы: точечные, линейные и площадные.Все создаваемые условные знаки, состоящие более чем из одного примитива, созданные за одну операцию, объединяются в группу.Каждому примитиву входящего в одну группу, присваивается некоторая метка, которая служит неким фильтром, при выборе объектов.К примеру, создан заполняющий условный знак луговой растительности, и по прошествии времени, решено его заменить на другой, или удалить, в данной ситуации, эта функция будет хорошим помощником. Достаточно будет указать один приметив, и программа выберет все остальные объекты, входящие в группу.Линейные знаки, состоящие из множества составных элементов, штрихи откосов, даже маркеры высотных отметок не являются исключением и так же объединяются в группы.Подбор стрелочного перевода основан на поиске подходящего образца (эталона) стрелочного перевода, указных характерных точек, определяющих геометрию стрелочного перевода.Вызов диалога по подбору стрелочного перевода доступен в следующих классификаторах: ГУГК 100-1000 LT;ГУГК 100-1000 LT+TTF;ГУГК 2000 LT;ГУГК 2000 LT+TTF;МГГТ 100-1000;МГГТ 2000;ТЭЛП 100-1000 LT+TTF.Кодирование плана длясистем автоматизированного проектирования капитальных ремонтов пути(САПР КРП).Кодирования инженерно-топографической съемки железной дороги, с целью формирования файла координатной съемки и передачи в САПР КРП. Работа по кодированию заключается в наполнении инженерно-топографического плана специальными кодами, аналогично полевому кодированию, но в камеральных условиях при помощи классификатора САПР КРП. Это позволяет выполнять полевые работы традиционными методами, без необходимости использования специальной системы кодирования, с которой работает САПР КРП. Полевые бригады могут работать в своих привычных системах кодирования или вообще без таковых, используя полевые абрисные журналы. В качестве кодов (меток), программой используются блоки с атрибутами, содержащие в виде текста специальный код, примечания и высотные отметки. Высотные отметки считываются из геометрических свойств указных пространственных точек, или скалываются с 3D полилиний, представляющие оси железнодорожных путей.Геометрия осей железнодорожных путей кодируются 3D полилиниями, которые в процессе работы помещаются на специальный слой, соответствующий номеру пути.Так как номер пути задан на слое 3D полилиний, то при создании метки (блока) с кодом, номер пути специально игнорируется.Формирование полноценной строки кода, содержащей номер пути и код, производится только при экспорте данных в файл координатной съемки.Такой метод позволяет, в случаи отсутствия информации по путям, выполнить полное кодирование топографической съемки, введя недостающую информацию по путям в самом конце, перед экспортом данных. А также, если номер пути был задан ошибочно, то будет достаточно переименовать слой, не прибегая к исправлению всех меток на этом пути.При вводе в одной точке двух и более кодов, программа дополнит код существующего блока, не создавая новый блок.Значения атрибутов блоков могут быть изменены или дополнены вручную.Начиная с версии AcadTopoPlan 2021.11.23, в программу включен функционал преобразования пространственных геодезических координат в плоские прямоугольные координаты и обратно, на основе открытых (публичных) элементов трансформирования между различными национальными системами координат Российской Федерации (ПЗ-90, ПЗ-90.02, ПЗ-90.11, СК-42, СК-95, ГСК-2011, МСК) и геоцентрической системой координат WGS-84 [7]. Окно функции преобразования координат представлено на рисунке 25.Рисунок 25 – Окно функции пересчета координатAcadTopoPlanОписаны основные функции AcadTopoPlan отсутствующие либо имеющие скрытый функционал для оперативного использования при создании топографического плана в среде AutoCAD.2.2 Обзор зарубежных дополнительных программам для AutoCADи AutoCADCivil3DАвтором дипломной работы проведен обзор и анализ зарубежный приложений в магазине приложений для AutoCAD и Civil 3D apps.autodesk.comпригодных для выполнения геодезических задач, в частности на территории Российской Федерации. Подавляющая часть приложений платная и исследовать их функционал в полной мере не представляется возможным. TailwaterStreamTools это подпрограмма Autodesk Civil3d, которая включает в себя набор инструментов для разработки структурных линий определения профиля канала или реки [10]. Поверхность определяется через 9 точек на каждом поперечном сечении и пропорциональна выравниванию, которое определяет касательную и кривые предполагаемого направления. StreamTools для Civil3D требует создания выравнивания вместе с полным профилем. Выравнивание должно быть проведено с чередующейся касательной-кривой, которая начинается и заканчивается касательным участком.Предлагаемое выравнивание необходимо для использования в качестве основы для создания структурных линий. Функция выбора требует задания трассы начиная с касательного участка и чередуя касательную-кривую-касательную-кривую, заканчивая касательным участком. Результат построения профиля с использованием TailwaterStreamTools представлен на рисунке 26.После создания трассы создается профиль существующего грунта, который использовался в качестве эталона для создания профиля насыпи. Профиль должен быть определен для всех участков выравнивания, чтобы функция сработала без ошибок. У пользователя есть возможность определить общую форму профиля, включая то, где поперечное сечение определяется как пропорция длины кривой, как долго удерживать поперечное сечение, как пропорция длины кривой. Если задано скольжение, положение всего поперечного профиля также определяется как доля длины касательной. У пользователя также есть возможность удерживать направляющую профиля в горизонтальном положении - чтобы профиль в верхней части кривой и в нижней части кривой был равным, или разрешить определенный перепад. Кроме того, эталонный профиль полного крена можно отрегулировать вверх или вниз, чтобы отрегулировать форму.На этом экране также отображается та же сводная информация, что и на вкладке «введение» в нижней части экрана. На графике показан пример эталонного откоса, профиля откоса и профилей, предполагающих среднюю длину кривой и касательной. Вертикальное увеличение графика можно отрегулировать в левом нижнем углу окна, чтобы настроить видимость профиля.Рисунок 26 –Отображение профиля реки (красным цветом) относительно автоматически выровненных направлений в «tailwaterstreamtools»Еще более полезное и по функционалу не имеющее аналогов в русскоязычном сегменте подпрограмм приложение CAD-Earth, ориентированно для простого импорта/экспорта изображений, объектов, сеток рельефа и 3D-моделей между GoogleEarth и Autodesk AutoCAD, а также для создания динамических горизонталей и профилей [9].Функционал программы: обработка изображений из разных источников(Google, GoogleEarth, Bing) в 10 раз быстрее в режиме спутникового, картографического или гибридного в обычном, среднем, высоком или самом высоком разрешении. экспорт сетки местности из GoogleEarth в Autodesk Civil 3D; экспорт 3D-тел, областей, сеток или полисеток в GoogleGoogleEarth;импорт модели местности из файлов Lidar и GeoTIFF. Возможность выбрать область для обработки и задать параметры фильтра;  предварительный просмотр положения выбранных объектов чертежа на карте при выборе системы координат для пространственной привязки чертежа. Объекты чертежа можно перемещать, масштабировать или поворачивать на карте до тех пор, пока они не будут соответствовать месту; импорт изображения GoogleEarth в CAD Экспорт снимка экрана CAD в GoogleEarth; импорт объектов GoogleEarth в САПР. Вставка изображений с привязкой по координатам, по файлам изображений с соответствующей привязкой, автоматически применяется трансформация; экспорт объектов САПР в GoogleEarth; импорт местности GoogleEarth; доступна бесплатная 30-дневная пробная версия для более чем 3000 поддерживаемых систем координат по всему миру.Пример привязки космоснимка к генеральному плану локального участка местности на основе топографическойсъемки, выполненного в CAD-Earth представлено на рисунке 27.Рисунок 27 –Подложка космоснимка GoogleEarth привязанная к генеральному плану локального участка местности3 СОЗДАНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКОГО ПЛАНА И ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ СХЕМЫ В AUTOCAD CIVIL 3D С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫVB ПРОГРАММАМИВыполним апробацию найденных и проанализированных подпрограмм для Civil 3D. Для проведения геодезической съемки при создании топоплана стадиона «Авангард» в рп. Крутинка Омской области, была использована подпрограмма CAD-Earthдля AutoCADCivil 3D. На сайте разработчика указано, что приложение работает в виде демо-версии в течение 30 дней.Кроме базы данных геодезических пунктов, имеется возможность пересчета координат из местных систем координат в геоцентрическую систему WGS-84 и обратно. Пересчет возможен для пунктов и точек контуров местности, заданных пользователей, на всей территории страны.Использованная область спутникового снимка, полученная CAD-Earthприменялась в дальнейшем как абрис для отрисовки основных направлений съемки, обозначения положения опорных марок для взаимной ориентировки всех станций тахеометра на объекте и обозначения пометок. Полученная растровая подложка по данным CAD-Earth на выбранный район работ представлена на рисунке 28.После полевых работ, данные с электронного тахеометра импортировались, как в формате *.gsiтак и в *.txt,с помощью подпрограммы BearDyuginGeo_import/export. Удобство использования различных форматов объясняется их различным применением при составлении топографического плана. Так, например данные в формате gsi удобно использовать, если велось полевое кодирование измеряемых объектов. При загрузке таких данных, Civil 3Dсразу может применять к таким данным свой внутренний классификатор точек, и пользователь получает данные помещенные в различные слои и со своим обозначением. Однако часто бывает, что классификатор Civil 3D неверное определяет тип данных и пользователю приходится в ручном режиме исключать эти данные. В таком случае формат данных txt подходит как нельзя лучше, так как несет в себе только координаты, название точки, изредка некоторые дополнительные обозначения. Geo_import/export упрощает процесс импорта всех данных, а этот процесс при использовании стандартных функций Civil 3D с большим количеством данных может отнимать значительное время. Процесс импорта группы точек в формате txt приставлен на рисунке 29.Дальнейшая работа по оформлению топографического плана частично была проведена с использованием подпрограммы AcadTopoPlan. Основной особенностью использования AcadTopoPlan при создании топографического плана является встроенная авторская система полевого кодирования - ATPCOD. Для реализации представленной системы кодирования, в полевых условиях, рекомендуются к использованию, полевые контроллеры с полной буквенно-цифровой клавиатурой, под управлением полевого программного обеспечения с возможностью использования кодов c атрибутами.Рисунок 28 –Растровая подложка, используемая как абрис при производстве геодезических работ полученная по данным CAD-EarthГлавной отличительной особенностью системы является использование линейных объектов съемки в качестве базовых линий с целью косвенного измерения скрытых точек съемки, к которым нет свободного доступа и их невозможно измерить непосредственно.В качестве базовых линий, могут использоваться оси линейных сооружений (оси железных дорог, автомобильных дорог, ЛЭП и др.), полученных в результате топографической съемки или на основе других картографических данных.По умолчанию, оси железных дорог используются как базовые линии.Рисунок 29–Импорт координат съемки при создании топографического плана в формате txtПри отрисовке условных обозначений с применением AcadTopoPlanидентификационные данные материалов и данных указываются в соответствии с положениями национального стандарта «Географическая информация. Метаданные. ГОСТ Р 52573-20066».Работа с главным окном AcadTopoPlan в Civil 3D представлена на рисунке 30.Рисунок 30 –Основное рабочее окно подпрограммы AcadTopoPlan при работе с топографическим планомИспользование подпрограммы Geo_import/export позволило сократить создание топографического чертежа в первую очередь за счет возможности импортирования отдельных строк из общего числа данных. Такая функциональная возможность позволяет отказаться от сортировки данных и раздельного импортирования данных, что сокращает временные затраты минимум на 30% при сравнении со стандартным методом импортирования. Использование AcadTopoPlan позволило ускорить процесс создания топографического плана на 4-5 часов. Камеральные работы по созданию плана стадиона «Авангард» в рп. Крутинка велись одним человеком в Civil 3D со стандартным пакетом локализации в течение одного рабочего дня. Повторная работа с использованием перечисленных подпрограмм позволила завершить работы за 5 часов рабочего времени, без учета настройки подпрограмм.Созданный топографический план с использованием подпрограмм в Civil 3Dпредставленна рисунке А.1(приложение А).Рассмотрим пример создания исполнительной схемы вертикальности монолитных конструкций для гражданского строительства. В работе использовалась подпрограмма BearDyuginGeo_Deviation. После импорта данных из электронного тахеометра необходимо настроить допуски, на основании которых программа считает фактическое положение и обозначает выходит оно за поле допуска указанное пользователем. Настройка окна параметров Geo_Deviation представлена на рисунке 31.Рисунок 31 –Используемые настройки для создания исполнительной схемы вертикальности конструкций в подпрограмме Geo_Deviation.Удобство в обработке данных добавляет использование режима 3D. Из-за большого количества данных полученных по результатам съемки, измерения, принадлежащие одной грани колонны или стены, перекрывают измерения расположенные ниже по высоте. Режим 3D позволяет определить наличие ошибки в измерениях или отредактировать данные для удобства отображение в режиме чертежа Civil 3D. Использование подпрограммы Geo_Deviation позволяет создать приведенную выше исполнительную схему за 2 часа рабочего времени, тогда как обработка данных в Civil 3D без установленной подпрограммы займет порядка 5-6 часов. Пример работы в режиме 3D представлен на рисунке 32.Рисунок 32 –Отображение данных измерений вертикальности колонн с использованием режима 3D в Civil 3DРезультат исполнительной схемы представлен на рисунке Б.1 (приложениеБ).ЗАКЛЮЧЕНИЕИтогами выпускной квалификационной работы стало выполнение поставленных задач:определены функциональные возможности САПР AutodeskAutoCAD и AutoCADCIVIL 3D для решения задач по созданию топографического плана, подсчета объема земляных масс, задач построения профиля, импорта данных, составления исполнительных схем. Однако для увеличения производительности и удобства использования программ AutodeskAutoCAD и AutoCADCIVIL 3D разрабатываются специальные подпрограммы и утилиты сторонних производителей для Civil 3D.произведен анализ эффективности отечественных подпрограмм BearDyugin, таких как «geo_import/export»; «geo_deviation»; «откос»; «geo_cartogram», подпрограммы для создания топографических планов «acadtopoplan» и зарубежных подпрограмм «CAD-earth» и «tailwaterstreamtools».произведена апробация подпрограммAutoCADCIVIL 3D. Использование подпрограмм для создания топографического плана позволило ускорить процесс на 4-5 часов. Использование подпрограмм позволяет исполнительную схему за 2 часа рабочего времени, тогда как без использования порядка 5-6 часов.Полученный автором опыт проведенной работы, может использоваться для решения задач по обработке данных прикладной геодезии, кадастра и других отраслях, где применимы САПР AutodeskAutoCAD и AutoCADCIVIL 3D. Поставленная цель выпускной квалификационной работы была достигнута.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1 Вестник Мордовского университета – периодическоенаучное издание / Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва; учредитель и издатель Национальный исследовательский Мордовский государственный университет издание. – 2008 – . – Саранск, 2008 – . – 105–108 с. – Выходит 4 раза в год. – ISSN 0236-2910.– Текст: непосредственный.2 Геодезист.ру : форум о геодезии, маркшейдерии, кадастре и других науках о Земле. – Москва, 2008 – . – URL: https://geodesist.ru/forums/beardyugin-apps.194/ (дата обращения: 06.02.2022). – Текст: электронный.3 Пелевина, И. А. Самоучитель AutoCAD Civil 3D 2011/ И. А. Пелевина. – Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2011. – 416 с. – 978-5-9775-0663-2 – Текст: электронный // mf.bmstu.ru: [сайт]. – URL: https://mf.bmstu.ru/info/faculty/lt/caf/lt1/soil_books/book75.pdf (Дата обращения 17.01.2022). – Режим доступа: свободный4 Полещук, Н. Н. Самоучитель AutoCAD 2017 / Н. Н. Полещук. – Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2017. – 464 с. – ISBN978-5-9775-3833-6– Текст: непосредственный.5 Проектирование объектов инфраструктуры и дорог: AutoCAD Civil 3D 2010/ учебный курс Autodesk. – Москва: ДМК Пресс, 2010. – 561 с. – ISBN 978-5-94074-614-0 – Текст: непосредственный.6 Чэпел, Э. AutoCADCivil 3D 2013: официальный учебный курс / Эрик Чэпел; [перевод с английского: А. В. Снастин, С. П. Ивженко].– Москва: ДМК Пресс, 2015. – 440 с. – ISBN 978-5-94074-848-9 – Текст: непосредственный.7 AcadTopoPlan: руководство пользователя. –URL: https://acadtopoplan.ru/ATP/Help/index.htm (дата обращения: 03.02.2022). – Текст: электронный.8 CADMASTER / учредитель ЗАО ЛИР консалтинг. – 2000– Москва, 2011. – Выходит 3 раза в год. – Текст: электронный. – URL: https://www.cadmaster.ru/magazin/articles/cm_56_15.html (Дата обращения 17.01.2022). – Режим доступа: свободный 9 Cad-Earth: easily import images and terrain meshes from any part of the world to AutoCAD, Civil 3D and BricsCAD, and export your 3D CAD models to Google Earth. – URL: https://cad-earth.com/ (датаобращения: 03.02.2022). – Текст: электронный.10 Tailwater Stream Tools: Help files for Stream Tools. - URL: https://www.tailwaterlimited.com/StreamTools/help.html (датаобращения: 03.02.2022). – Текст: электронный.11 Условные знаки для топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. — М.: ФГБУ «Центр геодезии, картографии и ИПД», 2015 —288.: ил. ISBN 978-5-903547-05-0ПРИЛОЖЕНИЕ А(Обязательное)ТОПОГРАФИЧЕСКИЙ ПЛАН СПОРТКОМПЛЕКСА «АВАНГАРД»Рисунок А.1 (Приложение А)ПРИЛОЖЕНИЕ Б(Обязательное)ИСПОЛНИТЕЛЬНАЯ СХЕМА ВЕРТИКАЛЬНОСТИ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙРисунок Б.1 (Приложение Б)