Общие сведения о программном комплексе CREDO и основные понятия, используемые при проектировании

CREDO - программный комплекс для обработки инженерных изысканий, цифрового моделирования местности, проектирования генеральных планов и автомобильных дорог, разработанный НПО "Кредо-Диалог", г. Минск [9, 10].

Программные продукты CREDO работают на собственной информационно-инструментальной платформе без использования других графических систем. При этом все системы комплекса CREDO открыты для экспорта/импорта из других проектирующих систем, таких, как AutoCAD, Intergraph и др. Модули (системы) работают на всех PC-совместимых компьютерах и не требуют дополнительного программного и аппаратного обеспечения. Интерактивная графика и мощная интеллектуальная поддержка дают каждому пользователю CREDO в полной мере использовать преимущества современных технологий, принимать тщательно проработанное и обоснованное решение, получать удовлетворение от процесса работы и от его результата.

Функции модулей CREDO предоставляют возможность:

- собирать и обрабатывать топографо-геодезическую информацию различными методами: электронными геодезическими приборами различных типов, традиционными методами линейных и площадных изысканий, сканированием существующих картографических материалов, использованием материалов, созданных в других информационно-программных системах;
- формировать цифровые модели местности инженерного назначения и предоставлять их для дальнейшего использования в бумажном (планшеты или листы) и электронном (различные выходные форматы) виде;
- проектировать и вести с использованием ЦММ генпланы: детальной планировки, коммуникаций, "красных" линий, разбивочные и т. д.;
- создавать объёмную геологическую модель местности на основе методики, позволяющей одновременно строить и корректировать несколько вертикальных инженерно-геологических разрезов произвольной топологии;
- собирать данные для геоинформационных систем;
- обрабатывать геодезические данные для проведения сейсморазведочных работ;
- проектировать геометрию транспортных объектов любой сложности (транспортных развязок, перекрёстков, путепроводов, трасс);
- выполнять полный комплекс проектно-изыскательских работ для проектирования загородных автомобильных дорог II - V категорий.

Все системы CREDO работают с единым набором данных в общей оболочке, что обеспечивает непрерывность процесса обработки изысканий и проектирования, предоставляет возможность осуществлять вариантное проектирование и в полной мере внедрять современные эффективные технологии. В то же время, каждый модуль комплекса CREDO является самостоятельной программной единицей и может использоваться отдельно.

Программный комплекс CREDO состоит из следующих систем:

- CREDO_DAT - система, обеспечивающая сбор и обработку топографической информации;
- CREDO_TER - система создания и представления цифровой модели местности (ЦММ);
- CREDO_СЕО - система формирования математической пространственной модели геологического строения площадки или полосы изысканий;
- СRЕDО_РRО - интерактивное проектирование горизонтальной планировки объектов промышленного, гражданского, автодорожного и железнодорожного строительства;
- СRЕDО_SR - система автоматизированной обработки геодезических данных при производстве разведочных работ геофизическими методами, требующими создания (привязки) геофизических профилей;
- САD_CREDO - система обработки линейных изысканий, проектирования нового строительства и реконструкции автомобильных дорог II - V категорий;
- CREDO_LIN - система обработки линейных изысканий для проектирования дорог, трубопроводов, ЛЭП и т. д. Исходными данными для работы системы являются данные полевых журналов и схем, а также эти данные могут быть получены в результате экспорта из других систем CREDO;
- CREDO_МIХ - система автоматизированного проектирования генеральных планов предприятий, транспортных сооружений; жилищно-гражданских объектов, горизонтальной и вертикальной планировок.

Подробнее рассмотрим возможности системы CREDO_MIX, которая предназначена для создания цифровой модели местности и решения задач проектирования горизонтальной и вертикальной планировки объектов промышленного, гражданского, автодорожного и железнодорожного строительства [9]. Такими объектами могут быть городские улицы и дороги; автомобильные дороги общего пользования; железные, промышленные и лесовозные дороги; трубопроводы, генпланы гражданских и промышленных объектов; городской микрорайон, аэродром и т. д.

Особенности системы:

- высокая скорость цифрового моделирования;
- возможность работы с большими объемами данных;
- топологическая корректность контуров;
- работа с неограниченным количеством слоев;
- уникальный математический аппарат, обеспечивающий высокую точность и динамическую визуализацию геометрических построений любой сложности.

Основная особенность этой системы - возможность точного аналитического расчета сложных геометрических построений в сочетании с интерактивной графикой и работой на цифровой модели местности. Это существенно расширяет возможности и ускоряет работу проектировщика, позволяет точно, качественно и эффективно проектировать промышленные и гражданские объекты, автомобильные и железные дороги. Система предназначена для проектирования нового строительства и реконструкции автомобильных дорог II - V технических категорий.

 

Система позволяет:

- запроектировать продольный профиль, сделать его корректировку в интерактивном режиме, сохранить данные, сравнить варианты;
- запроектировать продольные профили земляного полотна и продольный водоотвод;
- запроектировать выравнивание продольного и поперечных профилей при реконструкции (усилении) дорожной одежды, рассчитать объемы выравнивающих слоев и срезки существующей дорожной одежды;
- выполнить оптимальное конструирование дорожной одежды нежесткого типа в соответствии с требованиями ВСН 46-83;
- выполнить гидравлический расчет водоотводных сооружений, объемов стоков и пропускной способности труб и малых мостов;
- выбрать тип укрепления;
- сделать расчет объемов земляных и планировочных работ;
- выполнить расчет осадки насыпи на слабом основании;
- выполнить расчет устойчивости откосов земляного полотна с подтоплением и без подтопления;
- сделать транспортно-эксплуатационную и экологическую оценку проекта;
- запроектировать экологические мероприятия по снижению влияния шума и токсичных выбросов на окружающую среду;
- создать и просмотреть перспективное изображение проектируемой дороги в статическом и динамическом режимах.

Информационная основа CREDO_MIX

Основной объем данных для формирования цифровой модели рельефа и ситуации приходит из CREDO_DAT, CAD_CREDO и других систем сбора и обработки топографической информации. Эти данные поступают через открытый обменный формат и могут содержать всю необходимую информацию для полного автоматизированного построения ЦММ.

Подосновой, которая визуализируется и используется для создания ЦММ, могут быть:

- растровые данные в формате BMP;
- векторные данные в формате DXF.

Данные CREDO_MIX

CREDO_MIX позволяет проектировать объекты от построения точных геометрических элементов в плоскости на цифровой модели рельефа до создания объемной модели.

Данные CREDO_MIX включают:

1) данные ЦММ (процедура "ПОВЕРХНОСТИ"), включающие цифровую модель рельефа (ЦМР) и цифровую модель ситуации (ЦМС), цифровую модель нетопографической информации: точки с высотой или без нее, линии двухмерные (ситуации) и трехмерные (структурные линии), контуры поверхностей или площадного объекта, поверхности;

2) исходная модель рельефа и ситуации может быть создана в CREDO_MIX, CREDO_TER или получена импортом готовой поверхности из других программ, в том числе проектного решения из CAD_CREDO (подгрузка треугольников);

3) геометрические данные (процедура "ПЛАН"), сгенерированные в CREDO_MIX: точки, линии, видимые элементы, объекты (трассы), графические маски, базисы разбивки, размеры и пр.;

4) геометрия объекта на плоскости может быть создана в CREDO_MIX, а ось проектируемого линейного объекта может быть получена импортом из подсистемы CREDO_LIN ("Линейные изыскания"), где она описана в текстовом виде;

5) данные цифровой модели проектируемого объекта (процедура "ПОВЕРХНОСТИ"), сгенерированные в CREDO_MIX: точки поверхности, структурные линии, контуры поверхностей или площадного объекта, поверхности.

Точки CREDO_MIX

Для создания ЦММ рельефные и ситуационные точки являются основой, а при геометрическом проектировании объектов точки, как правило, образуются в результате построений (пересечения, сопряжения и т. д.) геометрических элементов.

Для построения ЦММ используются точки двух видов:

- точки, необходимые для формирования ЦМР, - рельефные и рельефно-ситуационные;
- точки, необходимые для формирования ЦМС, - ситуационные без высотной отметки и ситуационные с отметкой.

Для создания ЦММ не требуется высокая точность координат вводимых точек, поэтому в структурах цифровых моделей точки хранятся с точностью до сантиметра.

Для создания ЦМ проектируемой поверхности используются точки геометрии (точки пересечения и сопряжения геометрических элементов, начала и конца объекта и т. д.).

Точность создания точек геометрии очень высокая, координаты выводятся с точностью, определенной пользователем в настройке, а хранятся с двойной точностью.

Цифровая модель существует в отдельном информационном слое, поэтому при построениях с захватом точек геометрии создаются точки структуры ЦММ, их координаты при этом округляются.

Цифровая модель рельефа (ЦМР) - это множество треугольных граней, построенных на точках (вершинах граней) с координатами X, Y, Z. Построенное множество треугольных граней названо триангуляцией. Множество треугольников аппроксимирует участки различных поверхностей (естественные и спланированные поверхности Земли, искусственные покрытия, поверхности отдельных геологических слоев и др.).

Участок поверхности, аппроксимируемый множеством треугольных граней, ограничен контуром. Контур поверхности - это замкнутая не пересекающаяся ломаная линия. В ЦМР реальных объектов, как правило, может быть много контуров. В целях однозначности определения ЦМР каждый выделенный участок поверхности может принадлежать только одному контуру.

На основе ЦМР системами CREDO решаются задачи проектирования инженерных объектов, и при этом рельеф поверхности отображается на экране и в твердых копиях так же, как и на топографических картах и планах: горизонталями, условными знаками обрывов и откосов и т. д.

Элементы цифровой модели рельефа и их взаимосвязь

Алгоритм формирования ЦМР использует информацию о контурах рельефа, точках и структурных линиях.

Точка ЦМР имеет три координаты: X, Y, Z. Точки могут быть рельефными или рельефно-ситуационными.

Структурная линия - линия, соединяющая существующие или вновь построенные точки ЦМР и однозначно определяющая триангулирование участка поверхности.

Каждый отрезок структурной линии при формировании ЦМР является ребром треугольника. Структурные линии позволяют однозначно определить характерные формы рельефа: лощины (тальвеги), хребты (водоразделы) и т. д. Следует создавать структурные линии в тех случаях, когда требуется изменить рельеф так, как видит его специалист. Для этого можно использовать дополнительную полевую информацию об особенностях рельефа, отраженную, например, в абрисах, кодами электронных регистраторов и т. д.

Контур рельефа - участок поверхности, имеющий однородный рельеф. Однородный рельеф следует понимать как совокупность неровностей, сходных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Таким образом, всю поверхность участка местности, формируемую как ЦМР, представляют в виде одного или нескольких контуров. Это позволяет выделять формы рельефа, на границах которых горизонтали ломаются, сдвигаются или обрываются: обрывы, ямы, откосы выемок и насыпей, водоемы, карьеры, поверхности с искусственным покрытием и т. д.

Система CREDO_MIX позволяет отображать рельеф в пределах соответствующего контура различными видами горизонталей:

- аппроксимационными и линейно-интерполяционными сплайнами: естественные поверхности;
- прямыми линейно-интерполированными: антропогенные формы рельефа.

В пределах контура можно проводить дополнительные горизонтали и менять шаг горизонталей.

В некоторых случаях рельеф можно не отображать горизонталями, например, искусственные покрытия, водоемы и т. п.

Обрывы и откосы отображаются в отдельном контуре соответствующим условным знаком.

Система контуров рельефа при построении ЦМР образует топологически корректное множество. Однозначность создания ЦМР при построении контуров обеспечивается их различным взаиморасположением:

- пересекающиеся контуры;
- смежные контуры;
- внутренние контуры, касающиеся или не касающиеся внешнего контура.

Построенные в разных контурах поверхности, конечно, могут выглядеть по-разному. Но взаимосвязь контуров проявляется при определении системой параметров точек их пересечения и при использовании операций удаления, изменения и контуров.

Цифровая модель ситуации

Цифровая модель ситуации (ЦМС) представляет собой систему элементов ситуации как множество условных знаков на плане, которыми отображается разнообразная топографическая информация. Как правило, в системе CREDO_MIX ЦМС формируется на основе рельефных и ситуационных точек. Элементы ЦМС отображаются масштабными и внемасштабными условными знаками. Система элементов ЦМС включает площадные, линейные и точечные объекты.

Площадной объект - участок поверхности, ограниченный ситуационным контуром и заполняемый масштабным условным знаком (лес, сельхозугодие, здание и т. п.). Линия контура отображается соответствующим условным знаком, а площадь контура выделяется цветом и условными знаками заполнения. Сам объект может экранировать элементы рельефа. Площадному объекту может присваиваться необходимая семантическая информация. Контурам площадных объектов присущи те же свойства, что и рельефным контурам, то есть система обеспечивает топологически корректное множество контуров.

Линейный объект - прямая или ломаная линия с внемасштабно выражающейся шириной, отображаемая соответствующим условным знаком (ЛЭП, ограждения, границы и т. п.). Линейный объект имеет те же свойства, что и любая линия в CREDO_MIX.

Точечный объект - точка с внемасштабным условным знаком (опора ЛЭП, репер, памятник и т. п.).

Модель объекта проектирования

В соответствии с концепцией представления в CREDO_MIX объемной модели объекта проектирования, любое конструкторское решение описывается структурной геометрической моделью, которая отражает не только взаимное расположение элементов объекта в пространстве, но и их геометрическую форму. Структурная геометрическая модель строится методами структурного и параметрического синтеза, что дает возможность проектировать строительные объекты, начиная от построения линий на плоскости к пространственным линиям, образующим сложные поверхности, и через них к объемным моделям объектов.

Методы конструирования на плоскости

Методы конструирования в CREDO_MIX функционально разделены на группы методов:

- координатной геометрии - Coordinade Geometry (COGO);
- конструирования и редактирования ТРАСС (ПОЛИЛИНИЙ);
- разбивки объектов и точек;
- графического редактирования;
- построения размерных линий и указания размеров;
- работы с блоками данных.

Трассы создаются в CREDO_MIX несколькими методами:

- указанием непрерывной цепочки сопряженных или пересекающихся элементов;
- непосредственным построением трассы с одновременным построением образующих ее элементов;
- импортом в CREDO_MIX из других проектирующих систем.

Для вертикальной планировки в CREDO_MIX предусмотрены такие возможности, как создание структурной линии с заданным уклоном или заложением откосов, создание параллельных контуров для создания поверхности с заданными параметрами, нахождение линии пересечения двух поверхностей и т. д. [10].

Проектирование линейных объектов

Объект проектирования может состоять из одной трассы или компоноваться из нескольких трасс разной конфигурации. В одном каталоге на одной и той же ЦММ можно проектировать несколько объектов. По трассам можно выполнять продольные и поперечные разрезы. Продольный разрез проводится по трассе, а поперечный - по нормали к ней. Продольный и поперечный разрез можно просматривать для анализа размещения объекта проектирования на земной поверхности и относительно других объектов на местности.

Слои CREDO_MIX

В CREDO_MIX проектирование можно вести в разных слоях. Слои - это иерархически-древовидные структуры с четкой подчиненностью и связностью данных. Это позволяет четко распределить работы между исполнителями разной специализации. Например, при проектировании вертикальной планировки микрорайона можно выделить слои: здания, проезжая часть, газоны, тротуары, внутриквартальная территория и пр. В свою очередь, вкаждом из этих слоев можно выделить свои подслои.

Структура и насыщенность слоев элементами настраивается самим пользователем. Это дает возможность выделять целые фрагменты объекта по функциональному назначению. Можно легко настраивать визуализацию, возможность захвата, удаления и т. д. таких фрагментов, так как все слои и подслои имеют свои настройки: фильтр на отображение, предельный масштаб для визуализации, запрет/разрешение на захват и удаление элементов слоя. Настройка определенного слоя распространяется на все подчиненные ему слои.

Количество слоев не ограничено. Пользователь может работать, изменяя данные только активного слоя. Информацию из других, то есть неактивных слоев, можно только принимать к сведению или использовать для построений в активном слое. Каждый слой имеет свой уникальный номер. Можно сделать видимыми нужные слои и экранировать, то есть закрыть отмеченным слоем видимость нижележащих слоев. Порядок расположения слоев может быть изменен в процессе работы. Вне слоев находятся базовые геометрические элементы, фрагменты чертежа, форматы, планшеты.

Расчет объемов

В основу положен универсальный метод расчета - по призмам. Объемы работ рассчитываются между двумя поверхностями, каждая из которых представлена множеством плоских треугольных граней. Программа не накладывает никаких ограничений на взаимное расположение этих поверхностей. В них могут быть участки с непостроенными поверхностями, их контуры могут не совпадать.

Цель расчета - получить положительные и отрицательные объемы, определить линию их разделения (линия нулевых работ), границу определения рассчитанных объемов (граница работ).

Пространство, замкнутое между двумя поверхностями, разбивается на конечное число трехгранных призм, основания которых в общем случае наклонные.

Объем насыпи рассчитывается как сумма объемов этих призм, когда проектная поверхность выше исходной.

Объем выемки рассчитывается как сумма объемов призм, когда исходная поверхность выше проектной.

Линия нулевых работ определена линией пересечения двух поверхностей.

Граница работ определяется двумя поверхностями в контуре, выделенном для расчета объемов.

Алгоритмом предусмотрены три способа расчета: в произвольном контуре, по сетке квадратов или по трассе [10]. Способ расчета не влияет на точность, а лишь на представление его результатов:

- в произвольном заданном контуре выводится положительный и отрицательный объем;
- по квадратам с заданным шагом выделяются контуры, в которых выводятся положительный и отрицательный объемы, а также суммарный объем;
- по всей трассе или по ее участку с заданными параметрами "нарезаются" поперечники, определяющие контуры, в которых выводятся положительный и отрицательный объемы, а также суммарный объем.

По результатам расчета образуется новый слой, в котором создаются:

- дополнительные точки с отметкой, равной рабочей отметке, т. е. разницы отметок проектной и существующей поверхностей;
- линейные объекты, как границы работ и нулевых работ;
- текстовые строки с объемами работ;
- треугольники, залитые назначенным цветом насыпи и выемки.

Для расчета объемов насыпи и выемки с учетом дорожной одежды выбирается слой с проектной поверхностью с точками, отметки которых понижены на глубину корыта, и слой с исходной поверхностью. Так же можно рассчитать объемы и с учетом замены грунта и снятия растительного слоя.