Введение. 3
1 Структура САПР. 4
2 Обзор программного обемпечения для САПР. 7
3 Средства получения топографической информации для САПР. 13
3.1 Инструментальная топографическая съемка. 13
3.2 Векторизация растровых изображений. 14
4 Цифровые топографические планы. 21
4.1 Векторные модели ситуации. 24
4.2 Классификатор Credo Topoplan. 27
4.3 Классификатор GeoniCS. 29
5 Цифровые модели рельефа. 31
5.1 Методы построения цифровых моделей местности. 39
5.2 Векторизация. 51
5.3 Построение модели рельефа по данным векторизации горизонталей. 53
5.4. Визуализация ЦМР. 55
6 Анализ полученных результатов. 59
7 Вычисление объёмов. 66
7.1. Вычисление объемов методом по квадратам.. 66
7.2. Вычисление объемов по регулярной ЦМР. 68
Заключение. 7 1
Средства получения топографической информации для САПР
3.1 Инструментальная топографическая съемка.
Инструментальная топографи́ческая съёмка — совокупность работ по созданию топографических карт или планов местности посредством измерений с помощью точных геодезических инструментов, к которым относятся механические, оптико-механические, электрооптические и радиоэлектронные инструменты, применяемые для измерений на местности, составления планов и крупномасштабных карт.
На сегодняшний день достойную конкуренцию наземной топосъемке представляет аэрофотосъёмка и космическая съёмка
Различают несколько видов инструментальной топографической съемки:
-Теодолитная – топографическая съемка, выполняемая для получения контурного плана местности (без высотной характеристики рельефа). При теодолитной съемке расстояния измеряют мерной лентой, а направления линий определяют по горизонтальному кругу теодолита. Теодолитная съемка служит для создания съемочной сети и для съемки небольших участков местности в инженерных целях.
-Тахеометрическая съемка выполняется тахеометрами (теодолитами) для получения плана с изображением рельефа горизонталями. При такой съемке углы измеряют в вертикальной и в горизонтальной плоскостях. Расстояния определяют по дальномеру. Тахеометрическая съемка служит для создания плана участка местности с горизонталями при инженерных изысканиях, геологических, гидрологических и других исследованиях.
-Мензульная съемка производится с использованием двух приборов: мензулы и кипрегеля, при помощи которых непосредственно на местности можно получить план с изображением рельефа. Достоинство мензульной съемки в том, что она позволяет в процессе съемки сопоставлять изображение, получаемое на плане с изображаемой местностью.
-Фототеодолитная съемка – наземная съемка, выполняемая с применением фототеодолита и приборов для фотограмметрической обработки фотоснимков. Производится путем фотографирования снимаемой площади с двух разных точек. Съемка выполняется на труднодоступных участках склонов, на бортах карьеров и др. После соответствующей обработки, получаемой пары снимков (стереопары), можно получить план участка местности.
- Съемка GPS-приемниками – наземкая съемка, выполняемая с применением GPS-приемника. Производится путем точного определение координат и высот точек на местности в заданной системе координат.
Кроме того используются:
-Аэрофотосъемка – съемка, выполняется специальным фотоаппаратом АФА с самолета. Она производится в сочетании с наземными геодезическими действиями, необходимыми для привязки снимков (контурная, комбинированная, стереофотограмметрическая).
- Космическая съёмка - съёмка, выполняемая приборами, находящимися за пределами земной атмосферы. Снимки земной поверхности, полученные путём космической съемки отличаются тем, что при целостном характере изображения местности они охватывают огромные площади. Применяется для создания картографической продукци преимущественно мелкого масштаба.
3.2 Векторизация растровых изображений
Векторизация представляет собой процесс преобразования растрового монохромного изображения в набор взаимосвязанных векторных объектов, таких как отрезок, дуга, окружность, полилиния, текст, штриховка и блок примитивов или символ. Векторизация требует растрового изображения карты, полученного с помощью сканирования.
Выделяют ручную, автоматическую и полуавтоматическую векторизацию.
Ручная векторизация. Суть технологии заключается в том, что Вы на экране видите карту и обводите линии на карте с помощью мыши.
Автоматическая векторизация. Применяется при наличии векторизатора и растрового изображения достаточно хорошего качества. Векторизаторы – это специализированное программное обеспечение, задача которого - обвести линии (реки, дороги) на растровом изображении векторными линиями. Базовый векторизатор состоит функционально из четырех модулей: скелетизатора, построителя топологической модели растра, генератора примитивов и постпроцессора разрешения объектных связей. Базовый векторизатор должен иметь отрытую архитектуру, обеспечивающую доступ к топологической модели растра, что позволит подключать внешние модули распознавания топологически сложных объектов, таких как, символы или блоки.
Как правило, привязка атрибутивной информации сегодня тоже осуществляется в среде векторизаторов.
После указания линии программное обеспечение, анализируя пиксели сканированного изображения, само обводит имеющиеся на нем линии или контуры. При настройке векторизатора используются различные параметры, например, максимальная ширина растровой линии в пикселях, которую следует считать линией, или ширина разрывов в линии, которую можно игнорировать.
Полуавтоматическая векторизация – сочетание векторизатора и человека. Является наиболее распространенным видом.
Описание программных продуктов
Easy Trace
Easy Trace является пакетом программ для полуавтоматической интерактивной векторизации цветных и черно-белых растровых изображений, работающим под Windows95/98/2000/NT. Он предназначен для переноса графической информации с бумажных носителей в компьютер и ориентирован, прежде всего, на обработку картографических материалов.
Easy Trace является мощным средством ввода данных в системы, использующие векторное представление графической информации. Easy Trace — это простой удобный инструмент, предназначенный для решения следующих задач:
Оцифровки черно-белых растровых изображений. Оцифровки растровых изображений любой цветности в их исходном виде. Оцифровки полноцветных и индексных изображений с разделением на цветовые слои, для чего в пакете имеются встроенные средства цветоделения и цветозамены.
Для работы с цветоделенным растровым материалом предусмотрена возможность как совместного открытия, так и быстрого переключения растровых подложек и векторной графики в рамках проекта.
Сканирования, непосредственно из оболочки Easy Trace. Возможно использование любых доступных сканеров, в том числе и сканеров малых форматов. Полного цикла подготовки растровых фрагментов к векторизации: повороты, сшивка, фильтрация шума, выравнивание, обрезка и т.д. Трансформации растров с применением кусочно-проективных, аффинных и квадратичных преобразований. Встроенные средства трансформации позволяют уменьшить нелинейные искажения, привносимые процессом сканирования или присутствующие на исходном материале. Автоматического прослеживания отдельных объектов с полным интерактивным контролем над процессом векторизации. В сочетании с мощным редактором векторных примитивов это дает возможность обрабатывать растровые изображения любого качества и самой высокой степени сложности. Оцифровки линий любого типа: простых, пунктирных, точечных, ортогональных, специальных. Автоматическое оконтуривание залитых и заштрихованных областей. Полуавтоматической оцифровки 3D-полилиний (линий имеющих свою высоту в каждой точке). Создания сложной иерархической структуры слоев. Распределения векторных объектов по слоям в зависимости от логической принадлежности этих объектов. Учета требований конечной ГИС (САПР) при создании векторной топологической структуры графических данных. Автоматического формирования узлов или вершин в местах пересечения линий. Легкости копирования совпадающих участков векторов со слоя на слой, автоматического замыкания полигонов. Верификации топологии, т.е. проверки на само- и взаимопересечения, висячие и псевдоузлы, на незамкнутость полигонов и т. д. Контроля корректности ввода информации путем поддержки специальных типов линий и библиотеки условных знаков (блоков), облегчающих этот процесс. Полуавтоматического присвоения полилиниям Z-координаты. Определения структуры баз данных в формате DBF отдельно для точечных и линейных объектов слоя. Установление связи между ними и векторными объектами Easy Trace через пользовательские идентификаторы объектов. Заполнение БД в любой момент процесса векторизации. Автоматический перенос в базу данных Z-координаты полилиний. Контроля целостности векторной и атрибутивной информации в процессе векторизации. Экспорта полученной векторной информации в наиболее распространенные ГИС и САПР — AutoCAD, ArcCAD, Arc/Info, Intergraph, MapInfo, CREDO и др. через специфические и стандартные форматы. Импорта векторной графики из вышеуказанных систем в пакет Easy Trace. Распределения работы на несколько рабочих мест, с последующим интерактивным объединением векторных сегментов.
Технические характеристики пакета Easy Trace
|
Входная |
Растровые файлы в форматах: |
|
Тип применяемого |
не критичен по формату (А4-А0) |
|
Точность |
Регулируемая, 1/1000 и более точки растра |
|
Режимы |
Автоматический,полуавтоматический, ручной, |
|
Редактирование |
Интерактивное, объектно-ориентированное, |
|
Контроль топологической структуры |
В процессе векторизации/Автоматический |
|
Ввод ЗО-дапных |
Полуавтоматический |
|
Расслоение данных |
Полуавтоматическое в процессе векторизации |
|
Ввод атрибутивной ин- |
Генерация и заполнение БД в DBF-формате, от- |
|
Выходная |
Векторные данные в DXF, GEN, DGN, MIF/MID, |
|
Сокращение вре- |
3-5 и более раз по отношению |
Для эффективной работы требуется следующая конфигурация:
|
Процессор |
Intel Celeron 2400 |
|
Оперативная память |
от 256 Mb |
|
Дисковая память |
от 25 Mb |
|
Монитор |
19" |
|
Видеоадаптер |
Ускоритель 2D графики, 16Mb |
|
Мышь |
Serial Mouse |
|
USB порт |
удовлетворяющий всем спецификациям |

