Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Котов Андрей Александрович. Автоматизация обработки и анализа интегрированных данных при изысканиях инженерных сооружений с распределенной структурой с применением геоинформационных технологий : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 Москва, 2006 185 с. РГБ ОД, 61:06-5/2147

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛЛВЛ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОСЫ ВАРЬИРОВАНИЯ ПРИ СУЩЕСТВУЮЩИХ
ТРЕБОВАНИЯХ К ИЗЫСКАНИЯМ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ ИНЖЕНЕРНЫХ
СООРУЖЕНИЙ 14

1Л- Анализ современной теории и практики изысканий и проектирования

автомобильных ДОРОГ 14

  1. Анализ основных принципов трассирования автомобил ьных дорог 21

  2. Общие принципы технико-экономического установления полосы варьирования трассы 30

  3. Технологическая основа, основные подходы установления полосы варьирования трассы 40

  4. Цели и задачи исследовании 45

Выводы по 1 главе 46

ГЛАВА 2, МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ О РАЙОНЕ
ИЗЫСКАНИЙ 48

2Л. Исходные данные: требования, источники и процедуры получения,

использование 48

  1. Системы спутниковой навигации 56

  2. Дистанционное фондирование 63

  3. Геофизические методы изыскательских работ , .„ 70

  1. Сейсмических разведка 72

  2. Электромагнитная разведка 73

  3. Радиолокационное зондирование 75

2.5. Программные средства обработки данных дистанционного зондирования78

Выводы по 2 главе , 82

ГЛАВА 3. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИИ И АНАЛИЗА
ЧАСТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ 83

ЗЛ. Комплексная обработка информации в геоипформациопиых системах 83

3.2. Технологии визуализации пространственных данных 87

3.3, Моделирование пространственных данных частных поверхностей района

изысканий 90

3.3.1. Решение задачи установления полосы варьирования трассы на основе гридовой

модели представления данных 96

ЗА Интеграция данных на основе ячеистой структуры 100

3-5, Интерполяция поверхностей и анализ пространственных данных в ГИС для

целей представления и пространственного анализа района изысканий 107

Выводы по 3 главе > 118

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРЕДЛАГАЕМОГО ПОДХОДА
УСТАНОВЛЕНИЯ ПОЛОСЫ ВАРЬИРОВАНИЯ ТРАССЫ 119

4Л* Группировка, классификация и нормализация факторов информационных

слоев 119

4.2. Аппроксимация значений точечных и объектных форматов данных па

основе ячеистой структуры 130

43. Формирование суммарной стоимостной поверхности с помощью

инструментальных средств анализа пространственных данных в ГИС 136

4-4. Алгоритм поиска грид-повегхностп накапливаемой стоимости 140

4.4. Ї. Алгоритмические методы поиска пути с помощью автоматизированных

компьютерных систем на основе графов 141

4.5-Примеры и эффективность применения предлагаемой технологии

формализованного установления полосы варьирования трассы 153

4.5.1. Перспективы развития комплексной методики установления узкой полосы

варьирования трассы Ї55

Выводы по 4 главе 158

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 159

ЛИТЕРАТУРА 162

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение к работе:

Одними из важнейших элементов инженерных: изысканий являются современные информационные технологии и автоматизированный процесс решения проект-пых задач. От них в значительной степени зависит получение необходимых материалов для экономически целесообразных и технически обоснованных решений при проецировании и строительстве объектов, данных для составления прогноза изменений окружающей природной среды под воздействием строительства и эксплуатации автомобильной дороги и в итоге эффективное использование финансовых ресурсов,

В настоящее время в проектных организациях разработка и внедрение компьютерного аналитического обеспечения по темпам роста отстает от общей информатизации инженерных работ, в которой наметились изменения в сфере получения, обработки, обмена данными и повышение требований к качеству проектов. Поэтому недостаточно полно удовлетворяется потребность в современных программных пакетах, способных помочь проектировщикам в выполнении всесторонней глубокой проработки проектных решений с обоснованием их оптимальности, эффективности, долговечности, безопасности и экономичности, а также обеспечивающих возможностями современного оформления проектной продукции.

Система и методология проектирования, сформированные в условиях отсутствия высокопроизводительной вычислительной техники и программного обеспечения, требуют инноваций. В связи с этим возникает необходимость в развитии информационных систем технической подготовки производства, способных повысить объективность, достоверность и оперативность принимаемых решений, обеспечить современный подход к оформлению проектной документации, которая должна в полной мере отвечать современным требованиям.

Росаптодор не устраивает качество разрабатываемой проектной документации. За 1999 год 50% инженерных проектов, рассмотренных управлением экспертизы, были возвращены на доработку [70J. Причиной этого обстоятельства являются недостатки и недоработки по инженерным и рабочим проектам, в которых не имеется обоснования выбранного пространственного положения трассы в полосе отвода в части ее наилучшего решения: оптимальности по отдельным участкам и в целом с представлением соответствующих табличных данных, достижения наилучшего со-

четания элементов плана и профиля для обеспечения требуемой и максимально возможной видимости полотна дороги и ее зрительного восприятия. Поэтому преимущество в современных условиях проектирования имеют проектные организации, располагающие высококвалифицированными специалистами в области пространственного проложения дороги в мпоговариантном анализе.

Не редки случаи, когда в ходе выполнения дорожных работ или после ввода объектов в эксплуатацию обнаруживаются ошибки проектировщиков, которые приводят к увеличению стоимости работ, возникновению участков с повышенной аварийностью или сокращению сроков службы дорожных сооружений. Поэтому на каждом этапе разработки проекта инженер должен с помощью гибкого многокритериального компьютерного механизма дополнять решение поставленных задач и обеспечивать необходимый уровень представления данных.

Одной из основополагающих задач современной технологии инженерных изысканий автомобильных дорог и подъездных и внутренних путей промышленных и транспортных предприятий является разработка методов и создание алгоритмов автоматизированного установления границ полосы варьирования конкурентоспособных вариантов трассы. В настоящее время эта важнейшая задача решается субъективно, без надлежащего научного и экономического обоснования, при этом передки существенные просчеты, влекущие за собой большие экономические потери.

Рабога предназначена для создания метода определения полосы варьирования с применением геоинформационных технологий, чтобы автоматически генерировать полосу варьирования для проложения трассы с минимальными затратами, удовлетворяющего определенным ограничениям. Разработанный алгоритм позволяет проводить пространственный многокритериальный анализ района изысканий и таким образом обосновывать решение задачи установления полосы варьирования трассы дорог и пугей промышленных и транспортных предприятий.

Проектировщикам в оценке расходов при прокладке маршрутов по различным участкам полосы варьирования трассы благодаря применению разнообразных комбинаций строительных сооружений и проходов через препятствия предоставляется свобода балансирования между социальными воздействиями (работа с местными жителями) и воздействиями на окружающую среду (расход топлива, эмиссия вредных веществ). Компьютерный анализ ни в коем случае не может заменить проектировщика, но это - инструмент поддержки решения, основанный на формализованных

параметрах, который помогает минимизировать воздействие субъективных решении, сделанных им,

В процессе разработки проекта стремятся обеспечить высокие потребительские свойства дороги пользователям транспортной системы. Эти свойства должны находиться в равновесии с социальными и экономическими критериями, окружающей средой, техническими параметрами. Поэтому, проект автомобильной дороги должен выполняться с учётом суммарной эффективности, а также общественных целей, планов и показателей. При проведении экономических изысканий и составлении проекта обоснования инвестиций строительства инженерного сооружения требуется проведение инженерных изысканий. Для оптимизации и совершенствования проектпо-изыскательских работ на этом этапе можно использовать высокоэффективное гео-нпформациошюе программное обеспечение.

Конечно, главный инженер проекта как ответственный за все аналитические и практические работы обладает соответствующими знаниями и опытом трассирования. Трассирование дороги ведется в какой-то степени субъективно. Уже при беглом взгляде на карту инженер подсознательно, интуитивно ассоциирует исходный материал с предыдущими проектами и назначает, по его мнению, оптимальные границы полосы варьирования. Но интуиция, к сожалению, подразумевает долю субъективной оценки и, следовательно, не исключает просчеты [109]. Поэтому для формализации, повышения уровня технического обоснования промесс установления полосы варьирования трассы требует разработки, развития и совершенствования информационно-аналитических систем и алгоритмов их функционирования па базе компьютерных систем.

Затраты па строительство новой дороги или реконструкцию существующей непосредственно зависят от выбранного направления трассы на местности. В.Ф. Баб-ков отмечал, что «...если плохое покрытие может быть без особых трудов улучшено и усовершенствовано в процессе капитальных ремонтов, то неудачно запроектированные в плане и профиле участки дороги в течение многих лет являются источником экономических потерь автомобильного транспорта и местами систематических дорожных происшествий» [5], Увеличения затрат связаны с нерациональным удлинением дороги, значительными колебаниями отметок земли, большими размерами выемок и насыпей, дисбалансом между объёмами изымаемого и привозного грунта. Эти недоработки возникают в связи с тем, что трассирование подчиняется многим

ограничивающим факторам типа геометрических параметров и обходов различных областей на маршруте. Проблема увеличивается в городских или пригородных условиях, где на проектирование новой или реконструкцию существующей дороги также влияют расположение предприятий дорожного сервиса, существующие дороги и сооружения, а также экономические, социальные и политические аспекты землепользования.

Первый шаг в создании полос варьирования - это получение подходящих данных о ландшафте, геологии, гидрогеологии, гидрографии, водотоках, поймах, существующей уличпо-дорожной сети и границах урбанизированных территорий. Кроме того, необходимы сведения об использовании земли и собственности, экологически чувствительных областях, социально-экономическом воздействии в ходе реализации инвестиционного проекта, В зависимости от длины дороги и сложности материальной и социальной среды могут потребоваться месяцы, чтобы собрать необходимые данные. Сбор данных па локальном участке может даже протекать с конфликтами, поскольку местные жители будут пытаться придумывать какие-либо факты неблагоприятного воздействия инженерного сооружения на стадии проектирования, задолго от строительства дороги.

Проведенная автором работа расширила область применения геоинформационных систем для установления полосы варьирования при пространственном проложе-ниїі трассы в многовариантном анализе. Она позволяет достичь наилучших строительных, транспортно-эксплуатациопных и экономических показателей на основе использования современных моделей местности с геодезическим обоснованием и представлением данных для обработки в пакетах прикладных программ автоматизированного выполнения расчетов, иллюстрированием промежуточных результатов соответствующими изображениями и графиками. Исследования обеспечивают повышение уровня обоснованности выбранного пространстве!пюго положения трассы в связи с ее наилучшим решением: оптимальностью по отдельным участкам и в целом (с представлением соответствующих данных), достижением наилучшего сочетания элементов плана и профиля с ландшафтом, обеспечением требований строительных норм.

Общая цель работы состоит в совершенствовании процесса установления полосы варьирования трассы таким образом, чтобы обеспечить в его рамках учет технических, социально-экономических, экологических вопросов, а также внедрение

формализованного подхода установления полосы варьирования автомобильной дороги, подъездных и внутренних путей промышленных и транспортных предприятий с применением гсоинформационпых систем.

Актуальность темы. Современные технологии проектирования инженерных сооружеттии с распределенной структурой позволяют разрабатывать большое число проектных вариантов в широкой полосе района проектирования. Это обстоятельство расширяет возможности проектировщика, но требует выполнения комплексных дорогостоящих изыскательских работ, затраты на которые составляют до 10% объема инвестиционного проекта строительства инженерного сооружения.

Так основные изыскательские мероприятия включают в себя:

сбор данных о ландшафте, геологии, гидрогеологии, гидрографии, водотоках, поймах, существующей улично-дорожной сети и границах урбанизированных территорий;

сбор сведений об использовании земли и собственности, экологически чувствительных областях, социально-экономическом воздействии в ходе реализации инвестиционного проекта.

Как показывает практика, перечисленные мероприятия требуют денежных затрат в размере до 10% объема инвестиционного проекта строительства автомобильной дороги. Если учесть, что такие работы необходимо проводить для каждого варианта трассы, то получаются значительные затраты, обусловленные следующими факторами:

большими массивами разнородной информации в базах и банках данных;

необходимости сквозной технической совместимости, единообразия описания, представления и обработки интегрированных данных при организации и ведении специализированного информационного и программного обеспечения.

Практика установления полосы варьирования инженерного сооружения с распределенной структурой (подъездные и внутренние пути промышленных и транспортных предприятий, конвейер промышленного предприятия, трасса автомобильной дороги) во многом зависит от опыта, знаний, интуиции проектировщика и поэтому не гарантирует отсутствия грубых ошибок и просчетов.

Задача повышения надежности и обоснованности принятия решений при установлении расположения инженерных сооружений с распределенной структурой, а также оіраничеїшя полосы варьирования за счет ранжирования территории изыска-

ний с применением формализованных алгоритмов и геоинформационных технологий является актуальной и должна решаться комплексно в авгоматизироваппых системах технической подготовки производства (АСТПП).

Целью исследования диссертационной работы состоит в автоматизации технологических процессов обработки и анализа интегрированных данных при изысканиях инженерных сооружений с распределенной структурой и снижении стоимости изысканий за счет разработки нового подхода и методики формализованного установления полосы варьирования трассы автомобильной дороги, подъездных и внутренних путей промышленных и транспортных предприятий и расположения конструктивных элементов с применением геоинформационных технологий,

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи, ориентированные па разработку метода, позволяющего наиболее полно оценить шшянис различных факторов на установление полосы варьирования и создать алгоритм работы с реализацией его в виде геоипформационного проекта:

проведение анализа практики изысканий, принципов трассирования и методов сравнения зон варьирования для изысканий инженерных сооружений с распределенной структурой;

провести исследования комплексного использования возможностей современных информационных систем сбора данных о районе изысканий;

оценка геоинформационных технологий пространственного анализа и возможностей их применения для достижения цели исследования, включающая классификацию пространственных инструментов геоинформационных систем (ГИС), их математического обеспечения;

разработать модели, аппроксимирующие условия района изысканий с возможностью их классификации;

разработка алгоритмов и программы установления и построения полосы варьирования трассы па основе комплексного анализа информационных слоев, определяющих условия района изысканий;

разработка нового подхода к построению суммарной стоимостной поверхности;

разработка метода формализованного установления полосы варьирования трассы по накапливаемой стоимости в каждой ячейке грида.

Объектом исследования являются промышленные геоинформационные технологии и инструменты пространственного анализа; предмет исследовании - авто-

матизация сбора, обработки и анализа необходимой для технического установления полосы варьирования трассы информации с использованием классификации района изысканий по информационным слоям, геоипформациоптгьте компоненты системы технической подготовки производства при инженерных изысканиях.

Методы исследования. Теоретической и методологической базой исследования являются гсоинформационные технологии получения и обработки интегрированных данных о районе изысканий, к которым относятся современные методы информатики, включающие в себя компьютерную геометрию, алгебру карт, теорию графов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

предложены методы формализации пространственных данных па основе применяемых на практике классификаций характеристик исследуемого района местности;

разработан метод представления района инженерных изысканий в информационных слоях в формате грид;

разработан новый подход комплексной оценки района изысканий через построение суммарной стоимостной поверхности, получаемой как результат суммирования частттых стоимостных поверхностей, выражающих влияющие па стоимость строительства факторы;

разработан новый подход к установлению полосы варьирования трассы путем его формализованного вычисления с применением теории графов по суммарной стоимостной поверхности;

разработаны и теоретически обоснованы алгоритмы, реализующие методику установления полосы варьирования трассы.

Практическая ценность работы. Реализована и предоставлена методика применения инструментов сбора исходной информации в широкой полосе местности. Теоретические разработки и практические исследования доведены до методики в виде программного продукта, позволяющего выполнять рабогы по установлению полосы варьирования трассы. Результаты диссертационного исследования нашли практическое применение, подтвержденное справками о внедрении и используются в учебном процессе по специальностям 291000 - «Автомобильные дороги и аэродромы» и 220200 - «Автоматизированные системы обработки информации и управления».

Реализация работы. Разделы мегодики обработки и анализа интегрированных данных при изысканиях инженерных сооружений с распределенной структурой и установления полосы варьирования трассы с применением гсоинформационных технологий были использованы и послужили осттовой при проведении исследований и подготовке отчетов по следующим программам:

НТП "КОНВЕРСИЯ И ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ. 1997-2000 годы", НИР Б070197 «Разработка теоретических основ и принципиальных методов изыскания, проектирования и эксплуатации сети автомобильных дорог с использованием спутниковых навигационных систем и компьютерных технологий», 1997-2000 гг.

МНТП «Перспективные технологии в геодезии, кадастре и мониторинге земель России тта основе спутниковых, оптоэлсктронных и геоинформационных систем («ПЮИНФОКАД»)», ПИР Б070298 «Разработка и исследование автоматизированных ГИС-технологий и сетевых информационных систем для территориальных баз данных картографической, экологической и кадастровой информации для дорожного хозяйства», 1998-2000 гг.

НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», НИР Б070301 «Управление и обеспечение безопасного функционирования транспортно-дорожного комплекса с использованием ГИС-технологий и спутниковых навигационных систем», 2001-2002 гг.

НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники». НИР Б070303 «Исследование возможностей геоинформационных систем для мониторинга уровня безопасности движения па автомобильных дорогах», 2003-2004 гг.

ВНП «Развитие научного потенциала высшей школы», НИР Б070305 «Применение геоинформационных систем для оперативного информационного учета параметров безопасности дорожного движения в режиме реального времени», 2005 г.

Апробация работы. Основные положения исследования докладывались на: научно-методических и научно-исследовательских конференциях МЛДИ(ГТУ), 1999-2001 гг.; Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы дорожного строительства и хозяйства Северо-Западного региона России", 1999 г,, Вологда; Всероссийском совещании работников дорожного хозяйства по вопросам совершенствования проектно-сметпого дела в дорожном хозяйстве, 2000 г.7 Москва; Пятой Международной конференции «Современные информационные технологии и

эффективные организационные решения в управлении развитием городов и регионов» УРБИС-2000, 2000 г., Химкинский район Московской области; ежегодных международных конференциях «Современные технологии изысканий, проектирования и геоинформационного обеспечения в промышленном, гражданском и транспортном строительстве», 2000-2001 гг„ Москва; Международной научно-практической конференции «Проблемы автомобильных дорог России и Казахстана», 2001 г., Омск; опетной конференции-выставке по подпрограмме «Транспорт» научно-технической программы Минобразования России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», 2002 г., Москва-Звенигород; XI Всероссийском форуме «Рынок геоинформатики в России. Современное состояние и перспективы развития», 2004 г., Москва, РАГС; выставке "Достижения МАДИ(ГТУ)-75", 2005 г., Москва, МАДИ(ГТУ).

Публикации- По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе, общих выводов, списка литературы из 144 па-именований, 11 приложений и изложена на 168 страницах текста, содержит 89 рисунков, 9 таблиц.

В первой главе проводится анализ существующих принципов установления полосы варьирования трассы и их реализация в нормативной литературе, а также в практической деятельности при изысканиях автомобильных дорог. Проведены теоретические исследования и и пределен состав нроектно-шыскательских работ на стадии обоснования инвестиций и проработки направления ірассьі для установления полосы варьирования трассы. На основе проведенного анализа сформулированы направление, цели и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с автоматизированными инструментами и методами массового получения данных при изысканиях автомобильных дорог. Решена задача сбора больших массивов инфирмации для анализа района изысканий в широкой полосе местности, предложены механизмы компьютерной обработки потоков данных, представлены результаты практических исследований с оценкой значимости информации, ее стоимости, путей получения, приоритетности. Это позволило на основании различных сравнений определить форматы и приоритеты в исследованиях по обработке и анализу итерированных исходных данных для

целей импорта и путей интерпретации для использования в геоинформационном анализе.

В третьей главе исследованы вопросы систематизации, хранения, представления условий района изысканий автомобильной дороги в компьютерном цифровом виде. Разработаны модели представления просіранственньїх данных, их группировки в едином информационном пространстве и вычисления полосы варьирования трассы на базе геоинформационных технологий как инструмента обработки и пространственного анализа, предназначенного для представления данных при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, и обеспечивающие единый методологический подход с соблюдением принципа взаимной совместимости информации, основанной на применении единой государственной системы координат, картографических проекций, единых классификаторов, кодов, системы единиц, входных и выходных форматов.

В четвертой глапе представлены экспериментальные исследования автоматизированного установления полосы варьирования трассы по формализованной методике, учитывающей технические требования, предъявляемые к трассированию, ландшафт, геологию, линейные и контурные препятствия, зоны, требующие специальной оценки по социальным или техническим аспектам взаимодействия с окружающей средой. Разработаны механизмы объединения различных факторов района изысканий в зависимости их типа. Проведение алгоритмического эксперимента позволило написать программу, рассчитать и дать конкретные рекомендации по установлению полосы варьирования автомобильной дороги.

Подобные работы
Неретин Александр Алексеевич
Автоматизация анализа и обработки данных для выбора конструктивных параметров технологических машин с использованием вложенных процессов
Чубов Алексей Александрович
Автоматизация металлографического анализа и контроля сплавов с использованием методов цифровой обработки оптических изображений микроструктур
Гаскаров Вагиз Диляурович
Методологические основы построения экспертных автоматизированных систем прогнозирования с применением параллельных технологий для судовых технических систем
Ремизова Ольга Александровна
Система управления с применением нейросетевых технологий для процесса очистки сточных вод производств свинцовых аккумуляторов
Грибанов Андрей Анатольевич
Совершенствование технологий, автоматизации раскроя бревен, сращивания коротких пиломатериалов
Кузнецов Василий Юрьевич
Автоматизация технологий производства армированных композиционных материалов и покрытий для конструкций летательных аппаратов
Кудрявцев Юрий Исаакович
Комплексная автоматизация процессов производства арматурных изделий в строительных технологиях
Одикадзе Владимир Ромазович
Развитие технологии и разработка средств мониторинга функционирования систем автоматизации сортировочных процессов
Швечков Виталий Александрович
Автоматизация диспетчерского управления в газотранспортной отрасли на основе технологий параллельных и распределенных вычислений
Сосунов Николай Николаевич
Автоматизация технической подготовки подвижного состава на базе информационных технологий

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net