Інженерно- геодезичні вишукування

Інженерно- геодезичні вишукування для будівництва ( реконструкції ) автомобільних доріг повинні забезпечувати отримання топографо-геодезичних матеріалів і даних про ситуацію і рельєф місцевості, існуючих будівлях і спорудах, елементах планування, необхідних для комплексної оцінки природних і техногенних умов території будівництва.

До складу інженерно-геодезичних вишукувань для будівництва доріг входять:

збір і обробка матеріалів інженерних вишукувань минулих років, топографо-геодезичних, картографічних, аерофотознімальних та інших матеріалів і даних;

рекогносцирувальне обстеження території ;

створення (розвиток) опорних геодезичних мереж, включаючи геодезичні мережі спеціального призначення для будівництва;

створення планово- висотних знімальних геодезичних мереж;

топографічна (наземна, аерофототопографічна, стереофотограмметрична ) зйомка;

оновлення інженерно-топографічних і кадастрових планів у графічній, цифровій, фотографічній та інших формах;

інженерно- гідрографічні роботи;

камеральне трасування і попередній вибір конкурентоспроможних варіантів траси для виконання польових робіт та обстежень;

польове трасування;

зйомки існуючих залізничних і автомобільних доріг, складання поздовжніх і поперечних профілів, перетинів ліній електропередачі (ЛЕП), ліній зв'язку (ЛСВ), об'єктів радіозв'язку, радіорелейних ліній та магістральних трубопроводів.

Інженерно- геологічні вишукування

Інженерно- геологічні вишукування повинні забезпечувати комплексне вивчення інженерно-геологічних умов району проектованої автомобільної дороги, включаючи рельєф, геологічну будову, геоморфологічні та гідрогеологічні умови, склад, стан і властивості грунтів, геологічні та інженерно-геологічні процеси, зміну умов освоєних (забудованих територій, складання прогнозу можливих змін інженерно-геологічних умов у сфері взаємодії проектованих об'єктів з геологічним середовищем.

До складу інженерно-геологічних вишукувань дороги входять:

-збір та обробка матеріалів вишукувань минулих років;

-дешифрування космо-аерофотоматеріалів і аеровізуальні спостереження;

-маршрутні спостереження (рекогносцирувальне обстеження); проходка гірничих виробок;

-геофізичні дослідження;

-польові дослідження грунтів;

-гідрогеологічні досліди;

-сейсмологічні дослідження;

-лабораторні дослідження грунтів і підземних вод;

-камеральна обробка матеріалів;

-складання прогнозу змін інженерно-геологічних умов;

-оцінка небезпеки і ризику від геологічних та інженерно-геологічних процесів.

Інженерно-геологічні вишукування повинні виконуватися із застосуванням прогресивних методів робіт, сучасних приладів і обладнання, що забезпечують підвищення продуктивності праці, поліпшення якості і скорочення тривалості вишукувань.

Інженерно-екологічні вишукування

Інженерно-екологічні вишукування автомобільних доріг виконуються для екологічного обгрунтування будівництва та іншої господарської діяльності з метою запобіганн, зниження чи ліквідації несприятливих екологічних та пов'язаних з ними соціальних, економічних та інших наслідків і збереження оптимальних умов життя населення.

Інженерно-екологічні вишукування доріг повинні забезпечувати:

-комплексне вивчення природних і техногенних умов території, її господарського використання і соціальної сфери;

-оцінку сучасного екологічного стану окремих компонентів природного середовища та екосистем в цілому, їх стійкості до техногенних впливів і здатності до відновлення;

-розробку прогнозу можливих змін природних (природно-технічних) систем при будівництві, експлуатації та ліквідації об'єкта;

-оцінку екологічної небезпеки та ризику;

-розробку рекомендацій щодо запобігання шкідливих і небажаних екологічних наслідків інженерно-господарської діяльності та обгрунтування природоохоронних та компенсаційних заходів щодо збереження, відновлення та оздоровленню екологічної обстановки;

-розробку заходів щодо збереження соціально-економічних, історичних, культурних, етнічних та інших інтересів місцевого населення;

розробку рекомендацій і (або) програми організації та проведення локального екологічного моніторингу, відповідального етапу (стадій) передпроектних та проектних робіт.

До складу інженерно-екологічних вишукувань входять:

-збір, обробка та аналіз опублікованих і фондових матеріалів і даних про стан природного середовища, пошук об'єктів-аналогів для розробки прогнозів;

-екологічне дешифрування аерокосмічних матеріалів з ​​використанням різних видів зйомок;

-маршрутні спостереження з покомпонентним описом природного середовища та ландшафтів в цілому, стану наземних і водних екосистем, джерел та візуальних ознак забруднення;

-проходка гірничих виробок для встановлення умов поширення забруднень і геоекологічного опробування;

-обстеження грунтів, поверхневих і підземних вод і визначення в них комплексів забруднювачів;

-дослідження та оцінка радіаційної обстановки;

-газогеохімічні дослідження;

-дослідження та оцінка фізичних впливів;

-еколого-гідрогеологічні дослідження (оцінка впливу техногенних факторів на зміну гідрогеологічних умов);

-грунтові дослідження;

-вивчення рослинності і тваринного світу;

-соціально- економічні дослідження.

Інженерно-екологічні вишукування виконуються на всіх стадіях проектування: передінвестиційній (концепції, програми) та інвестиційній (обгрунтування інвестицій, проект, робоча документація).

Формування рельєфу і ситуації

При системному автоматизованому проектуванні результатом топографо-геодезичних робіт є цифрова модель (масив точок) зони проектування. Для формування ЦММ при геодезичній зйомці або наступної камеральній її обробці точкам надають певні атрибути, необхідні для адекватного моделювання поверхонь, ситуації та коректної реалізації усіх наступних проектних процедур.

Таким чином, для побудови рельєфу і ситуації зони проектування формуються такі вихідні дані:

точки, що мають ім'я (Name), координати (x, y, z), коди умовних знаків, коди належності їх до ліній і контурів;

структурні лінії, уздовж яких має місце порушення гладкості поверхні (лінії обривів, вододіли, тальвеги, межі річок, озер, штучних споруд і ін.);

ситуаційні лінії і контури - дані про місцевість, такі як розташування лісів, річок, озер, доріг, будинків і ін.

Точки зазвичай відображають графічно у вигляді масиву точок з підписом їх висотного положення. Точка може нести інформацію про точкові об'єкти (стовп, дерево, геодезичний знак та ін.)

Структурні лінії будують строго по рельєфним точкам і за своєю суттю вони є тривимірними ламаними лініями. Структурні лінії не можуть перетинатися, але можуть примикати одна до одної. Структурні лінії можуть чинити істотний вплив на обриси поверхонь.

Ситуаційні лінії і контури можуть проходити як по рельєфним точкам, так і по ситуаційним (які не мають координати z). Умова проходження цих ліній і контурів через точки не є строгою. Для них немає також заборони на перетинання і накладання.

Для моделювання поверхонь існують різні види структур :

- за горизонталями,

- за структурними лініями,

- за поперечниками до траси або магістральномим ходом,

- статистичні.

На практиці найчастіше використовують дві основні види структур:

регулярну (рівномірна прямокутна, рис. 1, а ) і нерегулярну (тріангуляційна, рис. 1б)

Рис. Види структур ЦММ: а) регулярна, б) нерегулярна

Масив точок для регулярних моделей може бути представлений в наступному вигляді: F, m, n, X0, Y0, Z11,..., Z1m,..., Znm,

де F- крок сітки; m- число точок по горизонталі; n- число точок по вертикалі; X0, Y0- координати початкової точки сітки, Z11,..., Z1m,,..., Znm- позначки точок у вузлах сітки.

Таким чином, для однозначного подання регулярної сітки розмірністю mn потрібно зберігати всього m * n +5 чисел.

Однак для адекватного представлення поверхні з заданою точністю потрібна висока щільність точок, які повязані між собою.

Для нерегулярних моделей масив точок описується послідовністю: Xi, Yi, Zi, Ti, Ri, Li,

де Xi, Yi, Zi- координати i-тої точки (масив i = 1,..., k );

Ti, Ri, Li- відповідно приналежність i-тої точки Ti трикутнику, зв'язок i-тої точки з Ri і Li точками в трикутнику.

Розмірність нерегулярної сітки становить 6k, що майже в 6 разів вище розмірності регулярної сітки, але, в той же час, для адекватного відображення поверхні потрібно істотно менша кількість точок.

Завдання побудови поверхні методом триангуляції є однією з базових у обчислювальної геометрії. До неї зводяться багато інших, пов'язані з моделюванням поверхонь і розвязком просторових завдань у машинній графіці, системах автоматизованого проектування і геоінформаційних системах.

Алгоритми побудови триангуляції. Триангуляція Делоне

Триангуляція Делоне, названа на честь радянського математика Б. Н. Делоне (1934 р) заснована на ряді практичних властивостей:

триангуляція, задовольняє умові Делоне, якщо всередину кола, описаного навколо будь-якого побудованого трикутника, не попадає жодна з заданих точок триангуляції ;

пара сусідніх трикутників триангуляції задовольняє умові Делоне, якщо цій умові задовольняє триангуляція, складена тільки з цих двох трикутників ;

триангуляції задовольняє умові Делоне, якщо цій умові задовольняє триангуляція, складена тільки з цього трикутника і трьох його сусідів ( якщо вони існують ).

триангуляція Делоне володіє максимальною сумою мінімальних кутів всіх своїх трикутників серед усіх можливих триангуляції ;

триангуляція Делоне володіє мінімальною сумою радіусів кіл, описаних близько трикутників, серед усіх можливих триангуляції.

Триангуляцію Делоне можна отримати з будь-якої іншої триангуляції по тому ж масиву точок, послідовно перебудовуючи пари сусідніх трикутників ABC і BCD, що не задовольняють властивостям Делоне, в пари трикутників ABD і ACD (рис. 4.8). Таку операцію називають фліп.

Рис. Перебудова трикутників ( фліп )

Іншим алгоритмом, який досить просто і наочно демонструє послідовність побудови оптимальної триангуляції, є жадібний алгоритм. В якості умови оптимізації тут прийнята мінімальна сума довжин всіх ребер серед усіх можливих триангуляції, побудованих на тих же вихідних точках. Цей алгоритм виконується всього в 2 кроки.

Генерується список всіх можливих відрізків (рис. , а ), що з'єднують пари вихідних точок, і він сортується за довжиною відрізків.

Починаючи з найкоротшого, послідовно виконується вставка відрізків в триангуляцію. Якщо відрізок не кореспондується з іншими раніше вставленими відрізками, то він вставляється, інакше- відкидається (рис., б).

Рис. Графічна інтерпретація жадібного алгоритму а ) з'єднання всіх точок між собою, б) кінцева триангуляція

Якщо всі можливі відрізки мають різну довжину, то результат роботи цього алгоритму однозначний. Інакше він залежить від порядку вставки відрізків однакової довжини.

Від вибору того чи іншого алгоритму триангуляції істотно залежить ефективність роботи всієї системи проектування, а також достовірність отримуваних результатів. Істотним є і питання вибору структури даних для представлення триангуляції.

Аналіз рельєфу ( поверхонь )

Одним з базових завдань аналізу триангуляційних поверхонь є побудова розрізів: вертикальних (профілів) і горизонтальних (ізоліній).

У задачі побудови профілів на поверхні задається деяка пряма, ламана або траса, уздовж якої потрібно побудувати розріз ( рис. , а). Для цього необхідно пройти вздовж цієї лінії (ламаної, траси), обчислюючи послідовно точки її перетину з ребрами триангуляції. Результатом цієї роботи буде вертикальний розріз ( рис., б). При проектуванні доріг це завдання є виключно актуальною, так як проектовану трасу супроводжують безліч поздовжніх і поперечних профілів

Рис. Поверхня з трасою (а) і профіль по трасі ( б)

Ізолініями називають лінії перетину горизонтальних площин рівня h з триангуляційною поверхнею.

При автоматизованому проектуванні ізолінії є лише одним із способів візуальної інтерпретації поверхні. Вони не є розрахунковими елементами моделей, а служать скоріше допоміжним засобом для "інженерного прочитання " поверхонь в традиційно сформованих поняттях. Але навіть у цій якості ізолінії раніше залишаються затребуваними в проектній та картографічній діяльності.

Алгоритм побудови ізоліній складається з двох кроків:

Помічаємо кожен трикутник триангуляції, по якому проходить ізолінія, тобто виконується умова min (z1, z2, z3) < h < max ( z1, z2, z3 ), де zi- висоти трьох його вершин.

Для кожного такого трикутника виконуємо відстеження такої ізолінії в обидві сторони від даного трикутника, поки один кінець не вийде на інший або на кордон триангуляції.

Головними недоліками алгоритмів побудови ізоліній є різкі злами. Це пов'язано з нерівномірністю одержуваних вузлових точок ізоліній і використовуваним лінійним методом інтерполяції.

Найбільш простий і зрозумілий спосіб згладити ізолінії, це застосувати поліноми високих ступенів або сплайни. Проте, в цьому випадку, можливо перетин ізоліній різних рівнів, що є ознакою неадекватного представлення поверхонь.

Інший спосіб згладжування полягає в тому, що для всіх ізоліній будуються коридори, що не перекриваються. А потім в їх межах вже будуються ізолінії у вигляді ламаних мінімальної довжини або гладких кривих Безьє.