Лекция№ 20. САПР и их связи с ГИС.

Модели данных ГИС описывают цифровое представление и взаимосвязи географических объектов, что является логическим описанием выбранных объектов реального мира. Логическим в смысле адекватного структурированного восприятия объектов как человеком, так и компьютером, то есть модели данных ГИС описывают также служебную информацию, необходимую для эффективной компьютерной обработки географических объектов. До последнего времени в ГИС наиболее употребительны были несколько различных моделей данных для определенных областей применения, например, векторные, растровые, триангуляционные и другие модели данных (табл. 1).

Таблица 1.

В ГИС, ориентированных на работу с базами данных (БД) (в частности, в ARC/INFO), успешно применяется геореляционная модель данных. Суть этой модели в раздельном хранении данных о геометрии и топологии - в системе файлов, и атрибутивных данных - в БД. При этом ГИС осуществляет совместное согласованное управление целостной информацией объектов, распределяемой между файловой системой и БД. Эта модель основана на геометрическом типе объекта и отображает реальный объект в виде наборов точек, линий и полигонов, а операции с геометрическими свойствами организованы как отдельные процедуры. Однако геореляционная модель не способна моделировать все разнообразие географических объектов для конкретной области пользователя. Для этого были предложены ОО модели данных, позволяющие одновременно моделировать в ГИС состояние и «поведение» объектов. ОО модель данных может обеспечивать такие специальные типы, как геометрический, растровый, табличный. Объект может быть ни растровым, ни векторным, он может представлять оба или ни одного из этих типов значений.

Объектный подход обеспечивает естественное решение интеграции растр/вектор, в нем нет различий между геометрическими и атрибутивными данными. В центре моделирования не геометрия, а объект, который может поддерживать множественные геометрии. Объектная технология функционирует на основе концепции сообщений, которые могут быть посланы/приняты объектами. Класс объекта определяет как возможность получения сообщения, так и характер ответа. Во многих OO системах сообщения называются методами, а ответы называются поведениями. Методы обеспечивают совершенный механизм для записи универсальных приложений. Частный метод может применяться ко многим различным классам объектов и может приводить к различным поведениям, это свойство называется полиморфизмом. Например, объект «дорога» может ответить на метод «показать», рисуя красную линию, в то же время объект «река» может рисоваться синей линией. Другие методы могут возвращать значение, которое может быть просто чтением атрибута или результатом вычисления, например, площади области по ее геометрии.
Удачный симбиоз моделей данных, поддерживает две основные географические модели данных, геореляционную модель и новую объектно-компонентную модель, которая называется «геобаза данных». Дополнение геореляционной модели объектно-ориентированной моделью позволяет пользователям добавить действия, свойства и связи к их данным. Эта новая модель данных выполнена как расширение к стандартной реляционной базе данных и поддерживает топологически интегрированные по свойствам классы.

Модель геоданных - это инструментальная основа для конструирования пользовательской модели ГИС с использованием объектных компонентов, ориентированной на большое количество пользователей и применение специальных моделей (например, сеть РРТПС, данные о коммуникациях и др.).

Компонент программы - это двоичный код, который может использоваться многократно. Компоненты, поддерживающие наследование и полиморфизм, являются строительными блоками, обеспечивающими структурированную разработку системы. Наследование - это возможность использовать существующий код в других компонентах, включая ссылки на «состояние» и «поведение» другого объекта. Например, можно просто описать новый тип средства связи, переписав описание похожего существующего средства и добавив к нему несколько новых свойств или методов. Tехнологические программные средства ГИС позволяют пользователю расширять объектно-компонентную модель.

САПР АД IndorCAD/Road (www.indorsoft.ru) развивается с начала 90-х годов. До 2003 г. система разрабатывалась в Инженерном дорожном центре «Индор» (г. Томск) и называлась ReCAD (по аббревиатуре слов РеКонструкция Автомобильных Дорог).

В марте 2003 г. система ReCAD была передана для дальнейшего развития в специализированную фирму по разработке программного обеспечения «ИндорСофт. Инженерные сети и дороги», которая наряду с системами автоматизированного проектирования разрабатывает и геоинформационные системы. В этот период система ReCAD была переименована в систему IndorCAD/Road. IndorCAD, подобно MX, является ядром для целой линейки САПР объектов транспортного, промышленного и гражданского строительства, в которую помимо RoAD (Автомобильные дороги), также входят Topo (Топография), Rail (Железные дороги), Pipe (Трубопроводы), Site (Генеральные планы)

Теоретические основы, а также расчетные схемы и алгоритмы для системы IndorCAD/Road были разработаны д.т.н. Бойковым В. Н., д.т.н. Федотовым Г. А., д.т.н. Скворцовым А. В., д.ф.-м.н. Шумиловым Б. М., к.т.н. Крысиным С. П., инженерами Люстом С. Р., Петренко Д. А. (генеральный конструктор), Перфильевым А. В. и др.

Система IndorCAD/Road позволяет проектировать автомобильные дороги всех категорий на стадии их строительства, реконструкции, модернизации и ремонта.

Система IndorCAD/Road состоит из пяти основных компонентов (окон): план, продольный профиль, верх земляного полотна, поперечный профиль, 3D вид. Данные всех компонентов взаимосвязаны и любые изменения, выполненные в плане, продольном или поперечном профиле мгновенно отображаются во всех открытых окнах.

План.Здесь осуществляется построение ЦММ по исходным данным, проектирование плана трассы и построение ЦМП. В окне плана отображаются все объекты проекта: растровые подложки, поверхности (ЦММ, ЦМП), трассы и другие элементы проекта (искусственные сооружения, инженерное обустройство).

Проект может содержать любое количество трасс (основная, вспомогательные, примыкания, пересечения и др.). В системе IndorCAD/Road реализованы как классические схемы трассирования дорог посредством тангенциального хода с закруглениями типа «клотоида - круговая кривая - клотоида», так и схемы на основе кривых Безье 3-го и 5-го порядков.

Продольный профиль. При проектировании продольного профиля в системе IndorCAD/Road можно использовать классический или сплайновый метод. При использовании сплайнового метода система выполняет автоматический поиск наиболее подходящего (оптимального) решения с учетом различных ограничений, накладываемых на точки проектной линии (допустимые вертикальные перемещения точек).

Автоматически строятся графики рабочих, проектных и интерполированных отметок, графики кривизны, уклонов и другие.

В системе IndorCAD/Road предусмотрены специальные инструменты для ввода информации по геологическим колонкам и построения графиков залегания грунтов. Если на плане нанесены скважины, то в продольном профиле отображаются их геологические разрезы.

Верх земляного полотна.В редакторе верха земляного полотна выполняется проектирование верха земляного полотна (ВЗП) дорог. Горизонтальное проектирование ВЗП предполагает формирование проезжих частей и обочин, разделительных полос, бордюров, переходно-скоростных полос и карманов автобусных остановок.

Вертикальное проектирование состоит в моделировании виражей и отгонов виражей. При этом автоматически выполняется анализ соответствия виража расчетной скорости автомобиля при заданном коэффициенте поперечной силы.

Поперечный профиль.В редакторе поперечного профиля осуществляется проектирование поперечных профилей трассы.

При моделировании проектной поверхности можно использовать уже существующие модели из библиотеки типовых решений по поперечным профилям либо строить новые.

3D-вид. Одной из важных задач, выполняемых при проектировании автомобильных дорог, является визуальная оценка проектного решения.

В системе IndorCAD/Road для визуальной оценки решений разработан модуль трехмерной визуализации, позволяющий

1. достаточно реалистично представить проект вместе с инженерным обустройством, зелеными насаждениями и другими объектам, расположенными вдоль дороги.

2. производить моделирование транспортных потоков с учетом заданных для каждой трассы интенсивностей и направлений движения. Это позволяет визуально оценивать возможные места заторов и принимать меры по их устранению.

3. просмотреть трехмерный вид проекта в окне 3D-вида. Пользователю предоставляется возможность интерактивного перемещения в пространстве по свободной траектории и «проезда» по трассе, когда отображается вид на дорогу с точки зрения водителя. Результаты пролета над дорогой или проезда по ней могут быть записаны в видеофайл формата *.avi для последующей демонстрации видеоролика без системы IndorCAD/Road. Такой приём с демонстрацией видеофильма может быть очень полезен, например, при защите выполненных проектов у заказчика.