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
САПР
|
Описание САПР
|
Преимущества
|
Недостатки
|
AutoCAD
|
двух и трехмерная система
автоматизированного проектирования. Позволяет легко и эффективно
разрабатывать различные проекты, визуализировать их и составлять
документацию.
|
Возможность проектирования
3D моделей. Возможность многопользовательского проектирования
|
Неудобство конвертирования
данных из других программ. Необходимио создавать шаблоны
|
BtoCAD
|
двух и трехмерная система
автоматизированного проектирование и черчения. Программа основана на системе
автоматизированного проектирования IntelliCAD и библиотеке OpenDWG, что
позволяет программе работать с файлами формата DWG, который используется во
многих системах автоматизированного проектирования. Интерфейс и принцип
работы программы максимально приближен к AutoCAD
|
Совмещение с форматом DWG.
Возможность проектирования 3D моделей.Возможность многопользовательского
проектирования.
|
Неудобство конвертирования
данных из других программ. Необходимио создавать шаблоны
|
Microstation
|
MicroStation - это 2D/3D
графическая система для автоматизированного конструирования и проектирования
в машиностроении, приборостроении, архитектуре, строительстве, геодезии и
картографии.
|
Инструментальные средства 3D
MicroStation позволяют создавать единую 3D моделью 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. Можно
использовать инструментальные средства MicroStation, чтобы получить
реалистические цветные изображения вашего проекта.
|
|
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