Оглавление

Введение 1

Определения, обозначения и сокращения 2

1. Анализ предметной области 4

1.1. Топоплан 4

1.2. ЦМР 5

1.3. Профиль 6

2. Постановка задачи 12

2.1. Постановка задачи распознавания чертежей плана 12

2.2. Анализ задачи распознавания чертежей плана 13

2.3. Постановка задачи распознавания чертежей профиля 14

3. Анализ исходных данных 15

4. Анализ алгоритмов 16

4.1. Алгоритмы распознавания чертежей плана 16

4.1.1. Алгоритмы фильтрации исходных данных 16

4.1.2. Алгоритмы обработки точек рельефа 17

4.1.3. Алгоритмы обработки горизонталей 20

4.2. Алгоритмы распознавания чертежей профиля 21

4.2.1. Распознавание подвала 23

4.2.1.1. Распознавание строк подвала “Высотные отметки”, “Расстояния” и “Пикетаж” 25

4.2.1.2. Распознавание строки подвала “Развёрнутый план” 26

4.2.2. Распознавание ординат 27

5. Руководство пользователя 28

5.1. Обработка чертежей профиля 28

5.2. Обработка чертежей плана 32

Список литературы 33

Введение

В настоящее время основным методом получения информации о рельефе в большинстве регионов РФ является оцифровка существующих картографических материалов. Рельеф на картах представлен наборами высотных отметок и структурных линий. Высотные отметки обычно определяют характерные точки рельефа, например, локальные экстремумы. Структурные линии задают дополнительные ограничения на форму рельефа. Это могут быть, прежде всего, горизонтали (изолинии, изогипсы) и области резкого изменения наклона поверхности (границы оврагов, береговые линии, линии насыпей, обрывов и т.п.).

Процесс оцифровки достаточно трудоемкий и монотонный, выполняется многими операторами, поэтому неизбежно возникает много ошибок, как атрибутных, так и графических. В подавляющем большинстве это различные пики, петли на линиях, осцилляции или излишняя сглаженность, приводящая к неоправданному росту объемов данных. Применение известных методов аппроксимации для устранения данных ошибок может привести к недопустимым пересечениям изолиний разных уровней и другим топологическим нарушениям.

Качество цифровой модели рельефа (ЦМР) зависит, прежде всего, от качества исходных данных. Поэтому необходимым этапом в процессе построения ЦМР является предварительная обработка исходных данных о рельефе.

Определения, обозначения и сокращения

Инженерно-геодезические изыскания (топографо-геодезические работы, геоподоснова, топографическая съемка) для строительства обеспечивают получение топографо-геодезических материалов и данных о ситуации и рельефе местности, существующих зданиях, сооружениях и других элементах планировки, необходимых для комплексной оценки природных и техногенных условий территории строительства и обоснования проектирования. 

Топосъемка (топоплан) больших масштабов, является самым популярным видом работ в геодезии. Потребность в ней может появиться при внесении изменений в старые топокарты, составлении рабочих чертежей, генпланов и проектировании ландшафтного дизайна. На основании съемки можно создать модель местности в электронном виде.

Инженерные изыскания - это комплексное изучение природных условий предполагаемого участка строительства для получения необходи­мых данных при проектировании и строительстве для принятия техниче­ски правильных и экономически целесообразных решений.

Инженерно-геологическая съемка — комплексный метод получения информации о наборе компонентов инженерно-геологических условий некоторой территории путем наблюдений, описания свойств геологической среды и дешифрирования АКФМ (аэрокосмофотоматериалов), дополненных другими методами (горно-буровыми, геофизическими, опробованием).

Инженерно-геодезические изыскания (топографо-геодезические работы, геоподоснова, топографическая съемка) для строительства обеспечивают получение топографо-геодезических материалов и данных о ситуации и рельефе местности, существующих зданиях, сооружениях и других элементах планировки, необходимых для комплексной оценки природных и техногенных условий территории строительства и обоснования проектирования. 

Итогом инженерных работ является геоподоснова — комплект топопланов разных масштабов для изыскаемого земельного участка.

Ординаты – линии, содержащие информацию о вершинах углов поворота трассы, пересечках, геодезических знаках (например, реперы, пункты геодезических сетей местного значения), разведочных геологических выработках (например, скважинах, шурфах) и их номерах.

Пикет – точка геодезического определения земной поверхности.

Подвал (таблица профиля, сетка профиля) – часть чертежа продольного профиля, расположенная под линией профиля и содержащая его (продольного профиля) числовые данные. Подвал можно условно разделить на 2 части - заголовок таблицы профиля (боковик подвала) и “тело” подвала (собственно табличных данных).

ЦМР – цифровая модель рельефа.

Ситуации – водотоки, овраги, болота, существующие магистрали и другие препятствия на пути трассы.

Коридор проектирования трассы – часть топоплана больших масштабов необходимая и достаточная для проектирования трассы (линейных объектов) и недостаточная для привязки “противника” к высотным отметкам земной поверхности. Коридор проектирования трассы получают путем “вырезания” из топоплана больших масштабов прилегающих к намеченной трассе участков.

Пересечки – пересечения трассы с ситуациями.

Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом, а развертка трассы на вертикальную плоскость — продольным профилем линии.

Процесс прокладки трассы в ходе проектирования называется трассированием линии. Идеальной была бы трасса, представляющая собой прямую в плане и пологий спуск в грузовом направлении — в профиле. Однако это не всегда возможно из-за необходимости подхода к населенным пунктам, обхода естественных препятствий (горы, озера, болота и т.п.), наличия неровностей земной поверхности и стремления удешевить строительство линии. Поэтому план железнодорожной линии проектируют в виде сочетания прямолинейных участков и кривых, а продольный профиль — в виде горизонтальных участков, называемых площадками, и наклонных, именуемых уклонами[8].

1. Анализ предметной области

1.1. Топоплан

Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом[8].

Рельеф является важнейшей характеристикой любой территории и поэтому данные о рельефе необходимы при решении разнообразных задач. В природопользовании такими задачами являются:

1. Расчет ширины водоохранных зон (ширина зоны зависит от свойств рельефа вдоль береговой линии). В этих зонах устанавливается особый режим хозяйствования, т.е. они являются определенными ограничениями при недропользовании.

2. Точное определение по картографическим материалам площадей земельных участков, предоставляемых недропользователям.

3. Комплексная оценка участка с месторождением полезных ископаемых для расчета платежей за недропользование.

4. Оценка воздействия на окружающую среду при разработке месторождений.

5. Поиск наилучших вариантов трасс при проектировании линейных объектов (дорога, линии электропередач, трубопровод) для обустройства месторождений и разведочных площадей.

6. Оценка объемов вскрышных работ при проектировании карьеров для добычи полезных ископаемых.

7. Выбор промплощадок при создании горнодобывающих предприятий.

Как правило, результатом решения вышеназванных задач являются различные зоны (полигоны) или линейные объекты с соответствующими атрибутивными характеристиками. Эти новые объекты должны быть совмещены с исходными картами для дальнейшего использования и визуального анализа. При этом границы новых объектов должны хорошо коррелировать с исходной моделью рельефа, прежде всего с изолиниями (изогипсами), а также с теми объектами, которые на исходных материалах связаны с рельефом – линии водотоков, контура растительного покрова, дороги и т. п. Таким образом, очень важно иметь высококачественную цифровую модель местности, чтобы по ней правильно решать различные расчетные и аналитические задачи, в том числе с использованием данных о рельефе.

В большинстве случаев исходными данными для построения ЦМР являются наборы структурных линий и высотных отметок. Высотные отметки обычно определяют характерные точки рельефа, например, локальные экстремумы. Структурные линии задают дополнительные ограничения на форму рельефа. Это могут быть, прежде всего, горизонтали (изолинии, изогипсы) и области резкого изменения наклона поверхности (границы оврагов, береговые линии, линии насыпей, обрывов и т.п.). Объем информации об изолиниях обычно существенно превышает объем информации о высотных отметках и линиях резкого изменения наклона поверхности. Поэтому далее, говоря о структурных линиях, будем иметь в виду, прежде всего, изолинии.

Как правило, структурные линии получаются в результате ручной или полуавтоматической оцифровки бумажных карт. Процесс оцифровки достаточно трудоемкий и монотонный, выполняется многими операторами, поэтому неизбежно возникает много ошибок. Например, объем полученных таким путем данных в масштабе 1:100 000 на Республику Алтай составляет более 115 Мб, а количество ошибок операторов измеряется тысячами [7].

1.2. ЦМР

При работе с рельефом важнейшая задача заключается в построении его цифровой модели, т.е. цифрового представления с помощью прямоугольной или треугольной сетки, в узлах которой заданы высоты. Цифровая модель позволяет получить производные данные для обработки и анализа поверхности.

Для построения цифровой модели на основе прямоугольной сетки необходимо построить триангуляцию по проекциям исходных точек в плоскости XOY, а затем с помощью методов локальной аппроксимации и интерполяции рассчитать высоты в узлах сетки по значениям высот в нескольких исходных соседних точках. Основным преимуществом такого способа построения ЦМР является простая и удобная структура прямоугольной сетки, которая позволяет упростить алгоритмы анализа и обработки поверхности.

Однако у прямоугольной сетки есть 2 существенных недостатка. Координаты исходных высотных отметок и узловых точек линий резкого изменения наклона поверхности, как правило, удается определить с высокой точностью, поэтому данные точки желательно сохранить в результирующей модели рельефа, но в получаемой цифровой модели они утрачиваются. Кроме того, при использовании прямоугольной сетки практически невозможно учитывать ограничения, налагаемые структурными линиями. Оба этих недостатка отсутствуют в ЦМР на основе треугольной сетки.

В ЦМР на основе треугольной сетки исходные нерегулярные наборы высотных отметок и линий структурируются на основе триангуляции с ограничениями. Для этого по проекциям высотных отметок и узловых точек линий строится триангуляция Делоне [3], которая далее перестраивается таким образом, чтобы проекции всех отрезков исходных структурных линий совпадали с ребрами треугольников [5].

Получающаяся в результате сетка с заданными в ее узлах высотами в большинстве известных геоинформационных систем используется для анализа и обработки данных о рельефе. Однако, в [2] показано, что подобная модель при наличии изолиний в наборе структурных линий является недопустимо грубым приближением реального рельефа местности. Это связано с тем, что в кусочно-линейной поверхности, полученной с помощью триангуляции с ограничениями, содержатся недопустимые горизонтальные участки на уровнях изолиний. В [2] и [6] эту проблему предлагается решать с помощью дополнительной триангуляции с сильными ограничениями, в процессе которой горизонтальные участки перестраиваются путем расчета дополнительных вершин ЦМР.

1.3. Профиль

П родольным профилем называется проекция развертки трассы на вертикальную плоскость.

Далее будем говорить о продольном профиле автодороги.

Продольным профилем дороги называется условное изображение разреза дороги вертикальной плоскостью, проходящей через ее ось. Продольный профиль показывает рельеф поверхности земли по оси дороги, положение линии бровки земляного полотна дороги относительно поверхности земли, грунтовой разрез по оси дороги и размещение искусственных сооружений.

Вследствие того что продольный профиль является одним из основных документов, на основании которого осуществляется строительство дороги, его оформляют строго в соответствии с действующими требованиями.

Для большей наглядности вертикальный масштаб профиля принимают большим, чем горизонтальный. Соотношение масштабов составляет 1:10. Для продольного профиля дороги, проходящей в равнинной и холмистой местности, принимают масштабы: горизонтальный— 1 : 5000 (50 м в 1 см), вертикальный —1: 500 (5 м в I см). На горных дорогах, где условия местности очень тяжелые, применяют более крупные масштабы: горизонтальный 1 : 2000, вертикальный I : 200.

Чертеж продольного профиля по существу состоит из двух частей: сетки с двенадцатью горизонтальными графами, в которых приведены цифровые данные полевых и проектных работ, и верхней графической части, которая изображает вертикальный разрез дороги вдоль ее оси.

Линию поверхности земли вычерчивают по отметкам, полученным в результате инструментальных съемок при изысканиях. Эта линия характеризует рельеф местности по трассе дороги.

Проектная линия характеризует продольный профиль дороги по бровке земляного полотна. Ее вычерчивают по вычисленным проектным отметкам. Разность между проектной отметкой и отметкой поверхности земли на одном поперечнике называется рабочей отметкой; она показывает высоту насыпи или глубину выемки.

При прохождении проектной линии выше линии поверхности земли земляное полотно возводят в насыпи, рабочие отметки подписывают над проектной линией. При прохождении ее ниже линии поверхности земли земляное полотно устраивают в выемке.