Проект создания 3D кадастра на примере третьего корпуса Сибирской государственной геодезической академии

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПРОЕКТ СОЗДАНИЯ 3D КАДАСТРА НА ПРИМЕРЕ ТРЕТЬЕГО КОРПУСА СИБИРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Выбор САПР

. База данных в Microstation

3. Подключение растрового изображения проекта третьего корпуса СГГА в MicroStation

. Создание 3D модели в MicroStation

5. Измерение площади

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Сравнительный анализ САПР

Приложение Б. 3D модель двух этажей третьего корпуса СГГА в Microstation

Приложение В. Горизонтальное сечение этажа

Приложение Г. Проекции трехмерной модели

Приложение Д. Определени площади

Приложение Е. Поиск объекта по базе данных

Приложение Ж. Просмотр информации об объекте

введение

В настоящее время в мировой практике ведения кадастрового учета существует новое инновационное направление работ, связанных с трехмерным представлением и трехмерной обработкой информации по объектам кадастра. Именно обработка трехмерных данных позволяет создавать реестры по сложным систематизированным объектам. В связи с этим тема курсового проекта, связанная с исследованием возможностей современных систем автоматизированного проектирования для ведения трехмерного кадастра, является актуальной.

Целью исследований является изучение возможностей современных систем автоматизированного проектирования для ведения трехмерного кадастра на примере программного продукта Microstation и AutoCad.

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1)   Выполнить анализ опыта ведения 3D кадастра в России и других странах;

2)       исследовать функциональных возможностей САПР для ведения 3D кадастра;

3)   выполнить пилотный проект для ведения 3-х мерного кадастра на примере проекта третьего корпуса СГГА.

Фирмы разработчики предлагают большой выбор разнообразных программных продуктов, включая САПР и ГИС. И те и другие обладают определенными достоинствами и недостатками.

Моделирование всех объектов производится по их фактическим размерам и положению. На заключительном этапе работ по созданию трехмерной модели все объекты разносятся по слоям согласно техническому заданию. Каждому слою присваивается определенный цвет.

Разбиение трехмерной модели необходимо для эффективной работы системы, а также для того, чтобы можно было использовать не всю модель, а только необходимую ее часть, которая подгружается как ссылка.

Когда трехмерная модель готова, не составляет никакого труда преобразовать ее программными средствами в необходимый набор чертежей, разрезов и сечений.

Данная модель становится основным источником информации для создания 3D ГИС. Данный комплекс позволяет не только представить объекты в пространстве, но и присвоить им атрибутивную информацию, доступную по запросу пользователя. Как правило, точность конечной модели составляет 1-2 см. Основной целью построения 3-х мерной модели является визуализация объекта недвижимости и его отдельных частей. В данной работе будет рассмотрен способ совмещения 3D-модели с кадастром на примере 3D проекта третьего корпуса Сибирской государственной геодезической академии.

1. ВЫБОР САПР

В настоящее время компьютерные технологи внедряются в различные сферы производства. Не остается в стороне и земельный кадастр, где большие объемы картографической и правовой информации объединяются в земельно-информационные системы. Основной данных систем являются кадастровые планы, карты, и схемы. Поэтому, правильный выбор графического редактора для работы является залогом успеха работы любой земельно-информационной системы.

С позиции земельного кадастра к графическому редактору можно предъявить ряд требований. Остановимся на некоторые из них:

) должна обеспечиваться следующая работа с информацией в кадастровых картах и планах: послойное деление, широкая цветовая гамма, визуализация изображений, редактирование и измерение площадных и линейных объектов, создание планов и карт в различных масштабах и т.д.;

) интерфейс графического редактора должен быть простой, доступный, понятный и ориентирован на пользователей разного уровня;

) создаваемые карты должны, как при визуализации на экране, так и при печати, соответствовать принятым условным знакам;

) должна быть предусмотрена возможность для визуализации и обработки растровых изображений (бинарных, полутоновых, цветных) или иметь соответствующие приложения или дополнительные блоки.

Первые два требования на первый взгляд взаимно исключают друг друга, так как чем у программы больше возможностей, тем сложнее она в освоении и понимании. Но на самом деле тут только проблема создания различных интерфейсов для пользователей различного уровня. А если еще наложить требование о специализации интерфейса под задачи земельного кадастра, то можно предложить следующее решение.

Если взять за основу мощный программный продукт, типа AutoCAD, имеющий не только графический редактор с большие возможностями, но и достаточно известен в мире, то можно надеется на постоянное обновление версий программы и постоянное развитие структуры приложений. Данные факторы являются далеко не последними при выборе редактора, потому что ни один программист не сможет конкурировать со специализированными фирмами, и тем более с международными структурами производящими самые совершенные графические редакторы.

При профессиональном освоении выбранного редактора вполне возможно силами своих программистов создать приложения, которые возьмет на себя роль понятного и доступного интерфейса, в котором будут собран набор функций необходимый для работы с картами. Причем в любой момент можно будет использовать все возможности редактора или вернутся обратно к простому и доступному приложению. Кроме того, разработанные приложения должны содержать ряд специализированных функций. К примеру, это могут быть всевозможные функции обработки геодезических данных, создания стандартных картографических элементов, библиотеки условных знаков и т.д.

В результате сравнительного анализа возможностей различных программных продуктов, нами в качестве графического редактора была выбрана профессиональная программа MicroStation. Она имеет достаточно развитый, многофункциональный редактор с широкими возможностями и хорошей технической поддержкой. Программный продукт признан во многих странах мира основным, или одним из основных в области земельного кадастра (Швейцария, США, Испания и т.д.). Во многих городах России органы государственной власти также широко его используют (Москва, Ярославль, Волгоград, Екатеринбург, Нижний Новгород, Якутск, Мирный и т.д.).

Сам редактор позволяет визуализировать и управлять растровыми файлами, а большой набор приложений, написанный различными производителями, полностью снимает проблему использования архивов отсканированных карт и результатов аэрофотосъемки.

Не останавливаясь на подробном описании самого графического редактора. Остановимся на некоторых приложениях под MicroStation для кадастрово-топографических целей. Работа над ними еще не закончена, однако достаточно давно работает в реальном производстве ряд программ, таких как «Классификатор условных знаков», «Автосел» и некоторые другие. Все они служат для адаптации MicroStation под задачи цифровой картографии, максимальное использование возможностей данного редактора и упрощение работы операторов при массовом производстве. Однако объединение этих программ в единое приложение под MicroStation, дополнение его новыми функциями, это задача, которая стоит перед нами на ближайшее время. Данная программа совместно с MicroStation должна полностью удовлетворять потребности кадастровых бюро или аналогичных по задачам государственной структуры.

В разработанном приложении, кроме работы с условными топографическими и кадастровыми знаками, планируется создать дополнительные функции:

1)       решение геодезических задач с вводом данных в графический файл;

2)       автоматическое и полуавтоматическое построение рамок карт и различных формуляров;

)         вычисление координат рамок трапеций в различных масштабах;

)         перевычисление карт из одной системы координат.

Нет необходимости перечисления всех возможностей, которые следовало бы реализовать в данном приложении, да и практически это не возможно, так как развитие любого программного продукта не стоит на месте. Главное в том, что основой всех приложений останется MicroStation, который дает все богатство своих возможностей для создания карт и разработки программ приложений.

2. ПОДКЛЮЧЕНИЕ РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРОЕКТА ТРЕТЬЕГО КОРПУСА СГГА В MICROSTATION

microstation база данные модель

Файл растрового изображения состоит из множества отдельных точек или пикселей, которые описывают изображения аналогично множеству точек на фотографии. В системах проектирования файлы растровых изображений чаще всего получают при сканировании документов. Этот процесс включает электронное сканирование исходных документов таких, как кальки и фотографии, и сохранение их с помощью специального программного обеспечения в виде файлов растрового изображения в соответствии с определенными форматами. В MicroStation файл растрового изображения может быть использован, как подложка для нового файла проекта или как часть самого проекта. Для подключения растровых файлов в MicroStation существует дополнительная утилита - Менеджер растрового изображения, который предназначен для работы с растровыми изображениями различных форматов. В частности Менеджер растрового изображения, приведенный на рисунке 10, нужен для корректного размещения подложки в виде растрового изображения при оцифровке карт и чертежей. Вызывается этот инструмент из падающего меню Файл\Менеджер растровых изображений или из панели инструментов.

Рисунок 1 - Менеджер растрового изображения

Для подключения нового растрового изображения надо выбрать в диалоговом окне растрового изображения меню Файл\Подключить. Появится диалоговое окно, приведенное на рисунке 2.

Рисунок 2 - Подключения растрового изображения

В этом диалоговом окне Вы можете указать файл, который будете подключать, каталог, в котором он находится, выбрать из списка конвертируемые типы файлов, а также указать виды, где изображение будет видимо. Предварительно просмотреть изображение можно, поставив галочку в поле Просмотр изображения. Существует два способа размещения растровых изображений: фиксированное и интерактивное размещение. При фиксированном размещении система сама размещает изображение с теми координатами, с которыми оно было сохранено. При интерактивном размещении вам следует указать две точки - координаты углов изображения, а затем Вы можете это изображение повернуть.

Для дальнейшей работы с подключенным растровым изображением следует использовать инструменты, которые вызываются из меню MicroStation Инструменты\Растровое\Отображение и Инструменты\Растровое\Управление либо выбирать соответствующий пункт меню диалогового окна Менеджер растрового изображения.

Растровый файл можно модифицировать, зеркально отразить, выполнить с ним аффинные преобразования, спрятать часть.

3. СОЗДАНИЕ 3D МОДЕЛИ В MICROSTATION

microstation база данные модель

MicroStation - это 2D/3D графическая система для автоматизированного конструирования и проектирования в машиностроении, приборостроении, архитектуре, строительстве, геодезии и картографии.

Работа пользователя в MicroStation ведется в рамках файла проекта (design file).Файл проекта создается как взаимосвязанный набор геометрических и управляющих элементов. Геометрические элементы это базовые геометрические элементы (БГЭ), из которых состоит собственно проект. Управляющими элементами являются параметры файла проекта, которые отвечают за размещение, масштабирование и отображение геометрических элементов.

Создание геометрических и управляющих элементов выполняется соответствующими командами, которые в данном курсе называются «инструментами».

Программа MicroStation является основой для полнофункциональной линейки специализированных программных продуктов. Все элементы, определенные в MicroStation, являются элементами специализированных программ.

Инструментальные средства 3D MicroStation позволяют Вам создавать единую 3D моделью проекта, а не отдельные 2D чертежи проекта.

Если модель 3D завершена, то чертежи стандартных видов, сечений и деталей объекта генерируются из единой модели объекта. Любые требуемые модификации делаются в модели только один раз, а затем ассоциативно отображаются в чертеже.

В качестве дополнительной возможности можно использовать инструментальные средства MicroStation, чтобы получить реалистические цветные изображения вашего проекта. Часто это более экономично, чем создание традиционных макетов и рисунков художника, особенно, когда возможны частые изменения проекта или заданы сжатые сроки разработки проекта.

Многие из элементов, используемых в 3D проекте, включая контуры, окружности, многоугольники и дуги являются элементами 2D и, следовательно, располагаются в некоторой плоскости, даже в 3D проекте. Элементы 3D не имеют этого ограничения, и их можно размещать свободно в пространстве проекта.

В инструментальной панели 3D основная, приведенной на рисунке 3, находятся наиболее часто употребляемые средства получения и модификации трехмерных объектов (тел, простейших поверхностей).

Рисунок 3 - Основные элементы 3D

Поверхности-примитивы (часто упоминаемые в программах 3D как базовые или простые поверхности) включают в себя 3D поверхности, которые математически описываются относительно просто.

D элементы размещаются в проекте с помощью средств Инструментальная панель 3D примитивы, которая выбирается сверху слева в инструментальной панели 3D основная.

По порядку инструменты в инструментальной панели 3D примитивы, приведенной на рисунке 4: параллелепипед, сфера, цилиндр, конус, тор, клин.

Рисунок 4 - 3D примитивы Microstation

Много объектов можно получить, вычерчивая сначала плоский элемент профиля (или поперечного сечения) и затем вытягивая или вращая это поперечное сечение.

Поверхность или тело вытягивания формируются путем протягивания или выдавливания плоского элемента - ломаной, кривой, контура, эллипса, В-сплайновой кривой, сложной цепочки или сложного контура. Она размещается в проекте с помощью средства Создание поверхности вытягивания из инструментальной панели 3D построения.

Поверхность или тело вращения формируются поворотом плоского элемента. Она размещается в проекте с помощью средства Создание поверхности вращения из инструментальной панели 3D построения, приведенной на рисунке 5.

Рисунок 5 - 3D построения

Сложные цепочки и контуры могут протягиваться или вращаться для создания сложных поверхностей. По порядку инструменты в инструментальной панели 3D построения: создание поверхности вытягивания, создание поверхности вращения, вытягивание тела вдоль линии, пустотелый элемент, утолщение и создание тела.

Существует возможность создания сложных В-сплайновых поверхностей, поверхностей произвольной формы. Инструменты для этих действий находятся в инструментальной панели Поверхности, вызываемой через падающее меню.

Инструменты в инструментальной панели 3D позволяют сопрягать существующие поверхности, используя различные виды сопряжений.

По порядку инструменты в инструментальной панели 3D модификация, приведенной на рисунке 6: модификация тела, удаление граней, создание объединения, создание пересечения, создание вычитания, отрезание тела, скругление ребер, фаска для ребер.

Рисунок 6 - 3D модификация поверхностей

В инструментальной панели 3D утилиты, приведенной на рисунке 7, находятся дополнительные возможности управления телами и поверхностями: выравнивание граней, изменение отображения SmartSolid, извлечение граней или ребер, пересечение тела/поверхности с кривой.

Рисунок 7 - 3D утилиты

4. ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОЩАДИ

Используется для измерения площади и периметра. В диалоговом окне добавлены параметры:

Метод, определяет область для измерения:

)         Отдельный элемент - область внутри одного замкнутого элемента (атрибут Внутренняя область элемента должен быть установлен в Тело).

2)       Выделенная область - область внутри границы выделенной области.

3)       Пересечение элементов - область, ограниченная пересечением двух или более замкнутых плоских элементов.

)         Объединение элементов - область, ограниченная объединением двух или более замкнутых плоских элементов.

)         Вычитание элементов - область, ограниченная вычитанием двух или более замкнутых плоских элементов.

)         По элементам - область, ограниченная линиями, которые касаются друг друга, либо ближайшие концы которых находятся в пределах параметра Мах промежуток.

)         По точкам - плоская область с вершинами, определенными рядом информационных точек. Max промежуток. Устанавливает максимально допустимый промежуток между последовательными элементами, ограничивающими измеряемую область, если в меню опций Метод выбрана опция По элементам. Если этот параметр равен 0,то элементы не должны иметь промежутков.

5. БАЗА ДАННЫХ В MICROSTATION

MicroStation работает напрямую с СУБД Oracle и через драйверы ODBC с СУБД MS Access, Oracle, INFORMIX, SQL Server и т.д.позволяет записывать последовательность выполняемых команд в Basic-программы, которые можно редактировать, дописывать, отлаживать и использовать в дальнейшем как макросы. Кроме этого на более мощном встроенном языке MDL можно создавать самостоятельные модули, разрабатывать инструменты, диалоги, меню. MDL снабжен необходимыми средствами разработки, отладки и компиляции.самостоятельная система автоматизированного проектирования, но ее скорее следует рассматривать как инструментарий для разработки собственных приложений, поскольку каждый проект требует индивидуального подхода в плане настроек интерфейса, создания макросов и дополнительных модулей. В данной работе с помощью средств MicroStation была подключена база данных, созданная в СУБД Oracle.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследования решены следующие задачи:

1)       Проведен анализ опыта ведения 3D кадастра в России и других странах;

2)     Исследованы функциональных возможностей САПР для ведения 3D кадастра;

3)       Выполнен проект для ведения 3-х мерного кадастра на примере проекта третьего корпуса СГГА в Microstation.

Из проведенного анализа, следует что в больших городах постоянно возрастает интерес к использованию пространства над и под поверхностью земли, так как возрастают капиталовложение в использование такого пространства. Соответственно, кадастровая система подойдет к той границе, когда она будет вынуждена регистрировать объекты в вертикальном измерении. В действующей системе кадастровой регистрации, которая основывается на 2D-данных о земельных участках, невозможно поддерживать 3D-ситуации, которые возникают, поскольку установление права собственности может происходить только на плоскости.

Необходимо избрать программные продукты, которые в будущем будут использоваться для 3D-кадастра. Существующее программное обеспечение для создания обменных файлов-реестров земельных участков, визуализации изображения объектов регистрации и соседей, архивирование и резервирование являются неудовлетворительными, и от этой системы нужно как можно скорее отказаться, поскольку необходимо учитывать современные исследования. Система регистрации должны основываться или быть интегрированной в ГИС, которые предназначены для обработки геопространственной информации, с некоторыми вмонтированными технологиями автоматизированного проектирования.

На нынешнем этапе развития системы регистрации в России необходимо сконцентрироваться на развитии и реализации концепции, которая основывается на 3D - признаках в действующей кадастровой системе регистрации, с последующим переходом на концепцию гибридного решения. Концепция 3D - полного кадастра пока что является далекой перспективой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1)      Васильев А.Г. Трехмерное моделирование и фотореалистичная визуализация городских территорий - Тюмень, 2010.

2)      Микеева Ю.А. Моделирование - 2011.

)        Алтухов Е.Р. Трехмерный кадастр - Дюльфт 2004.

)        Штейн О.Е. Система САПР Bentley’s Microstation. - 2010.

Приложение А

(обязательное)

Сравнительный анализ САПР

Таблица А - Сравнительный анализ САПР

Приложение Б

(обязательное)

D модель двух этажей третьего корпуса СГГА в Microstation

Приложение В

(обязательное)

Горизонтальное сечение этажа

Приложение Г

(обязательное)

Проекции трехмерной модели

Приложение Д

Определение площади

Приложение Е

(обязательное)

Поиск объекта по базе данных

Приложение Ж

(обязательное)

Просмотр информации об объекте