Цифровые методы топографических съёмок и их применение в учебном процессе

Расположение подземных коммуникаций может быть нанесено на топографический план на основании следующих материалов:

* Исполнительная съёмка (снятые ещё во время строительства коммуникации в незасыпанных траншеях и котлованах, а также их выходы по завершении строительства)

* По данным планово-высотной съёмки, обследования смотровых колодцев подземных коммуникаций и результатам выявления прокладок сетей при помощи трассопоискового оборудования

* Материалы предыдущих съёмок и топографических планшетов, которые заказываются перед выполнением съёмки

Рис.15. Фрагмент топографического плана масштаба 1:500 с сетью коммуникаций (ГУП Мосгортрест)(ipcziz.ru)

Внедрение методики съёмки и обследования коммуникаций в учебный процесс

В связи с тем, что данный этап является неотъемлемой частью полевых работ при производстве топографической съёмки (порой даже более трудоёмким, чем создание съёмочного обоснования и набор пикетов вместе взятые), возникает необходимость включения его в учебные программы ВУЗов, в которых осуществляется подготовка студентов по картографо-геодезическим специальностям.

В настоящее время данный раздел в учебных программах СПбГУ не рассматривается, хотя и встречаются в некоторых учебных пособиях (ссылка на учебник Курошева), а во время проведения летней учебной практики рассматривается методика съёмки только планово-высотной части, без учёта надземных и подземных коммуникаций, и их характеристик. (исключением являются лишь столбы ЛЭП и выходящие на поверхность трубы большого диаметра).

В учебную программу можно ввести более детальное рассмотрение процесса съёмки топографических планов, уделив при этом внимание описанию процесса съёмки и порядку обследования смотровых колодцев подземных коммуникаций. Также можно добавить данный раздел в программу летней учебной практики по геодезии

Материалы, которые можно ввести в учебно-практическую программу по геодезии, в частности - топографии:

* Блок-схемы и пояснения, пошагово описывающие последовательность выполнения полевых работ по обследованию подземных и надземных коммуникаций

* Правила ведения журнала обследования смотровых колодцев подземных коммуникаций

* Материалы, описывающие взаимосвязь различных видов коммуникационных систем с промышленно-хозяйственными объектами

* Приложение со списком типовых характеристик различных коммуникаций (непосредственно для полевой практики)



Глава 5. Современные технологии камеральной обработки данных полевых измерений

Современные методы камеральной обработки данных полевых измерений позволяют в несколько раз ускорить работу специалиста камеральной группы на обработку измерений и вычерчивание готового топографического плана.

В связи с чем, возникает необходимость детального рассмотрения некоторых наиболее распространённых методик компьютерной обработки полевых измерений и некоторых конкретных видов программного обеспечения.

Применительно к топографии, можно выделить ряд программ, в которых, в той или иной мере, возможно производить обработку геодезических измерений и вычерчивание топографического плана (программы для обработки спутниковых измерений не рассматриваются) (рис.16), а также схему, в общем виде описывающую порядок обработки данных полевых измерений (рис.17).

Рис.16. Некоторые программы для математической обработки и вычерчивания.

Как правило, файл измерений при импорте имеет следующие форматы:

* «Номер точки - Восток - Север - Высота - Код», если съёмка велась в координатах

* «Номер точки - Горизонтальный угол - Вертикальный угол - Наклонное расстояние - Код», если съёмка велась в углах (полярным способом). Кроме того, в файле измерений указывается информация о приборе, времени и условиях съёмки (температура воздуха, давление).

В данной работе, а также в методическом пособии, будут рассматриваться функциональные возможности таких программ, как AutoCAD (Civil 3D), TopoCAD и CredoDAT, так как в геодезической практике они используются наиболее часто.

Рис.17. Технологическая схема камеральной обработки геодезических измерений.

5.1 Обработка измерений в программе CredoDAT

Для формирования наиболее полной картины функциональных возможностей программы, стоит рассмотреть версию 3.х, а также некоторые нововведения, принятые в четвёртой версии.

Стандартная для геодезиста процедура обработки данных полевых измерений в программе Credo DAT выглядит следующим образом:

* Создание проекта, первоначальные настройки (система координат, точность, введение разного рода поправок, единицы измерения, свойства текста, свойства инструмента, которым велись измерения и.т.д.)

* Настройки импорта измерений, импорт (непосредственно с прибора, из текстового файла и по определённому шаблону)

* Присвоение исходным пунктам координат и высот (из выписки или из данных спутниковых измерений)

* Выполнение предобработки (т.е. вычисления горизонтальных проложений и координат точек хода и съёмочных пикетов). Также, если съёмка велась с применением технологии полевого кодирования, на этом этапе происходит присвоение съёмочным пикетам графических примитивов в соответствии с кодировкой и направляющими командами (см. главу 3).

* Выполнение анализа измерений на предмет грубых ошибок (L1-анализ)

* Уравнивание полученных в результате предобработки значений и оценка точности выполненных измерений

* Вывод ведомостей (рис.17, блок 9) и анализ полученных результатов оценки точности

* Экспорт измерений для дальнейшего вычерчивания топографического плана в векторных графических редакторах

Касаясь темы обработки измерений, производившихся с применением метода полевого кодирования, стоит упомянуть, что дальнейшее вычерчивание ситуации возможно только лишь с применением программ комплекса Credo, а конкретно - CredoТОПОПЛАН.

И, хотя экспорт измерений возможен и в другие программы, графические примитивы, полученные посредством интерпретации программой Credo установленных классификатором полевых кодов, отображаются только лишь в форме ссылок на файл (иначе говоря - изображением, не имеющим свойств).

В случае, если исполнитель использовал во время съёмки условную кодировку (т.е. съёмку с примечаниями), то в третьей версии Credo они не будут отображаться, так как они не прописаны в классификаторе, а собственный классификатор в третьей версии программы создавать пользователям нельзя (только разработчикам и продвинутым программистам). В этом случае, решение находится в использовании программы Microsoft Excel, где можно совместить результаты обработки измерений с недостающими примечаниями (которые можно взять из исходного текстового файла электронного полевого журнала). Данная проблема была решена в четвёртой версии программы, где появилась возможность создавать собственный классификатор, а также дополнительная строка, куда попадают не распознанные программой примечания.

Помимо стандартных функций, в программе CredoDAT есть возможность предрасчёта точности предстоящих измерений на основе информации о приборе с определёнными точностными характеристиками и данных о проектируемой линейно-угловой сети.

Расчёт производится на основе числовых данных о факторах, которые влияют на точность угловых и линейных измерений:

* Факторы, влияющие на точность угловых измерений (13):

? Ошибка центрирования прибора над точкой ПВО в угловой мере (3 мм -> ~9”)

? Ошибка центрирования вешки над наблюдаемой точкой ПВО (3 мм -> ~9”)

? Инструментальная погрешность тахеометра (5”)

? Погрешность наведения на цель (2”)

* Факторы, влияющие на точность линейных измерений (14):

? Ошибка центрирования тахеометра над точкой ПВО (3 мм)

? Ошибка центрирования вешки над точкой ПВО (3 мм)

? Инструментальная погрешность измерения расстояний (~2 мм)

? Погрешность неперпендикулярности вешки (~10 мм)

При этом, на основе представленных в скобках величин (ошибка положения исходных пунктов ПВО не учитывается), суммарные погрешности измерений в проектируемой сети будут равны:

Таким образом, ещё до выполнения работ можно оценить планируемую точность угловых и линейных измерений и установить соответствие используемого парка приборов и конфигурации проектируемой сети предъявляемым требованиям к точности измерений на данном объекте.

На основании всего вышесказанного, можно сделать вывод, что удобнее всего использовать программу CredoDAT, начиная с четвёртой версии, так как в ней исправлены некоторые негативные особенности третьей версии (исчезновение примечаний при импорте измерений, невозможность написания пользователями собственного классификатора) и добавлены некоторые нововведения (одна из ключевых функциональных возможностей - обработка систем теодолитных ходов вместо обработки каждого хода по отдельности). Помимо перечисленных основных функций программы, есть ещё множество дополнительных возможностей, повышающих удобство работы: загрузка растровой подложки, решение обратной геодезической задачи для двух пунктов или для цепочки, формирование собственных шаблонов отчётов и.т.д. Из мелких неудобств 3 и 4 версий можно отметить отсутствие возможности перемещения изображения на экране чертежа курсором-рукой.



5.2 Обработка полевых измерений в программе TopoCAD

Общая схема обработки полевых измерений схожа для всех программ, но иногда имеются существенные различия в некоторых деталях, в частности, между программами CredoDAT и TopoCAD.

Сначала, как и в случае с CredoDAT, нужно создать проект, произвести настройку импорта и загрузить измерения по определённому шаблону из текстового файла, либо непосредственно с тахеометра. Далее нужно вручную построить теодолитный ход (в программе CredoDAT ходы во время предобработки строятся автоматически на основе выполненных измерений). При уравнивании хода программа выполняет расчет координат точек в прямом направлении, затем выполняет определение линейной, угловой и высотной невязок. После определения невязок выполняется их распределение по выполненным измерениям и повторный пересчет координат точек хода. Если ход не один, а последующие ходы опираются на предыдущие, то расчет выполняется исходя из следующего предположения: после уравнивания хода уравненные координаты точек этого хода считаются известными и безошибочными. В программе TopoCAD можно установить параметры уравнивания и указать способ привязки: полный, висячий или координатный (но обязательно с одним примычным углом). Можно установить способ учета поправок: не учитывать (без поправок), распределить невязку только в измеренные расстояния или распределить невязку и в расстояния, и в углы. Исходные координаты можно взять из файла, а можно ввести самостоятельно.

После дальнейших вычислений откроется окно с результатом по каждой точке. В этом окне выводятся уравненные координаты выбранной точки хода, «поправки» - разность между координатами точек из прямого расчета и уравненными координатами, а также расхождения между измеренными прямо и обратно расстояниями и превышениями.

После всех вычислений необходимо распечатать ведомости оценки точности и произвести анализ полученных значений.

Стоит отметить, что в программе TopoCAD измеренные значения довольно сложно изменить или придумать (в отличие от CredoDAT, где результаты измерений можно легко подогнать под допустимые значения невязок, а то и вовсе придумать теодолитный ход от начала до конца), что способствует формированию более добросовестного отношения исполнителя к работе при условии использования данной программы.

5.3 Вычерчивание топографического плана в программе TopoCAD

Основное удобство использования данного продукта AdTollo заключается в том, что обработка полевых измерений и вычерчивание готового топографического плана производится в одной программе, что значительно ускоряет камеральную работу.

Интеграция функций обработки и вычерчивания в одной программе также исключает такие негативные моменты как нераспознавание примечаний в столбце «код» файла измерений, стирание всех выполненных настроек при экспорте и потерю других нераспознанных сторонней программой данных.

Вычерчивание ситуации и построение рельефа производятся аналогично с другими специализированными программами геодезического профиля. Самой близкой аналогией можно считать AutoCAD Civil 3D, где также возможна обработка геодезических измерений, вычерчивание ситуации и построение рельефа, но с ориентацией, в основном, на американского пользователя, с некоторыми специфическими особенностями.

В программе TopoCAD сделан упор на вычерчивание ситуации в условных знаках ГУГК, так как в ней уже загружена библиотека соответствующих блоков и стилей линий, что весьма удобно. Если проводить ту же аналогию с программой AutoCAD Civil 3D, то там необходимо подгружать условные знаки в виде cuix-приложения. Однако, если же нужно вычертить план в условных знаках Треста «ГРИИ» (рис.18) или ГУП «Мосгортрест», то и в TopoCAD нужно будет подгружать условные знаки дополнительно.

Рис.18. Пример топографического плана, выполненного в программе TopoCAD.

5.4 Вычерчивание топографического плана в программах AutoCAD Civil 3D и GeoniCS

Программа AutoCAD Civil 3D является специализированной версией AutoCAD, предназначенной для задач инженерных изысканий, в частности - создания топографических планов. В программе изначально предустановлена библиотека условных знаков службы USGS США и прописана технология обработки измерений посредством создания базы данных съёмки, импорта журнала полевых измерений формата *.fbk, математической обработки и вычерчивания топографического плана.

Помимо стандартных функций, в AutoCAD Civil 3D предусмотрена возможность создания собственных приложений под нужды пользователя на внутреннем языке программирования AutoLISP в программной среде VisualLISP, что позволяет существенно расширить функционал программы. Также, при помощи расширения Active-X, есть возможность интегрировать AutoCAD со сторонними программами, написанными на других языках программирования (например, Python, C++, Delphi и.т.д.).

С помощью всех вышеперечисленных инструментов, возможно создание и загрузка собственных библиотек условных знаков (ГРИИ, ГУГК, Мосгортрест, специализированные условные знаки инженерных сетей) и любых дополнительных функций (например, создание прямоугольника по 3 точкам, выравнивание подписей вдоль заданных линий, превращение сплайнов в полилинии с заданным шагом, считывание координат точек и автоматическое их дублирование в текстовом файле заданной папки и.т.д.).

В AutoCAD Civil 3D также предусмотрена возможность создания поверхностей по измеренным в поле отметкам высот и построение горизонталей на основе созданных TIN-поверхностей. Однако, для построения рельефа, геодезисты часто пользуются надстройкой GeoniCS, где имеется большее количество настроек и различных способов построения и редактирования рельефа по сравнению с Civil 3D. К тому же, горизонтали, построенные в программе GeoniCS, получаются более сглаженными. Программа GeoniCS также располагает библиотекой условных знаков и стилей линий ГУГК.

5.5 Пример написания приложения на языке AutoLISP.

В предыдущем разделе были описаны некоторые уникальные возможности программы AutoCAD Civil 3D, в частности - написание приложения под собственные нужды на языке AutoLISP. Приведём простейший пример (рис.19) и порядок написания такого приложения (Полищук, 2006).

Рис.19. Пример программы, написанной на языке AutoLISP.

Порядок действий следующий:

1) Зайти в редактор Visual LISP (рис.20)

Рис.20. Начальное меню.

2) Создать новый файл (рис.21):

Рис.21. Меню создания файла lisp-приложения.

3) Задать последовательность списков-команд согласно правилам синтаксиса языка AutoLISP (рис.22.)

Рис. 22. Меню создания приложения.

* Определить функцию как (в данном случае - «zblock» (1)).

* Определить блок, который надо заменить (old_block) и тот, на который нужно заменить старый блок (new_block). Задать команду «getstring» для организации диалога с пользователем, который должен будет ввести имена блоков с клавиатуры (2,3).

* Теперь нужно написать основную часть программы, используя встроенные функции AutoCAD, и добавив при этом цикл (while).

* Проконтролировать правильное закрытие всех скобок, чтобы не возникло ошибок, в противном случае высветится «(_>» или «<_)» (5).

* Можно проверить написанный код на предмет синтаксических ошибок (в Visual LISP есть такая функция).

4) Сохранить получившееся приложение в формате *.lsp (рис. 5.5.5. и 5.5.6.)

Рис.23. Сохранение lisp-приложения.

5) Загрузить приложение (рис. 5.5.7. и 5.5.8.)

Рис.24. Меню загрузки приложения.

Рис.25. Загрузка приложения в программу.

6) Убедиться в том, что LISP-приложение успешно загружено и ввести его в командную строку, в круглых скобках (рис.26).

Рис.26. Ввод команды в командную строку.

7) Ввести имя блока, который собираемся поменять на другой (рис.27).

Рис.27. Ввод названия заменяемого блока.

8) Ввести имя блока, на который нужно поменять старый блок (рис.28).

Рис.28. Ввод названия блока, на который нужно заменить исходный

9) Блок должен быть заменён (Рис.29).

Рис.29. Результат работы приложения.

На примере ниже приведено описание более продвинутого LISP-приложения (рис.30).

(в данном случае оно позволяет заменять сразу несколько блоков на выбранный пользователем, при этом, не требуется ввод данных с клавиатуры)

Рис.30. Пример полноценного LISP-приложения.

На основании рассмотренных в методическом пособии (приложение 1) схем камеральной обработки данных измерений (CredoDAT 3.11 + AutoCAD Civil 3D; CredoDAT 3.11 + AutoCAD + GeoniCS; TopoCAD) можно сделать вывод, что наиболее удобной для учебных целей является программа TopoCAD, так как весь комплекс камеральных работ (уравнивание результатов измерений, вычерчивание ситуации, построение ЦМР) осуществляется в одной программе. К тому же, в отличие от AutoCAD Civil 3D, комплект программы включает библиотеку условных знаков для топографических планов.

Однако, если материалы топографической съёмки требуется сдавать в КГА (Комитет по градостроительству и архитектуре) или на областную экспертизу, то, как правило, используются «традиционные» схемы обработки: CredoDAT 3.11 (4.1) + AutoCAD Civil 3D; CredoDAT 3.11 (4.1) + AutoCAD + GeoniCS. Дело в том, что в названных выше программах быстрее и удобнее, в сравнении с программой TopoCAD, осуществляется подготовка материалов для сдачи в официальные органы. Ниже рассмотрим этот вопрос более подробно.

Официальные органы (в частности, КГА Санкт-Петербурга и экспертиза в Ленинградской области) принимают результаты измерений и топографические планы по строго определённым основным критериям:

* Результаты измерений принимаются в виде полевого журнала в формате *.sdr

* Топографический план должен быть сохранён в формате *.dwg (2000)

* Блоки условных знаков и стили линий должны иметь определённое в кодификаторе (ГУГК для области или треста ГРИИ для города) название (например, g5_008 или M5_054_1a соответственно)

Функционал программы TopoCAD позволяет эти условия выполнить, однако, для этого нужно загрузить новую библиотеку условных знаков (блоки и стили линий треста ГРИИ). Кроме того, некоторые трудности при сдаче может вызвать тот факт, что программа TopoCAD ещё не нашла массового применения, и у проверяющих органов её может не оказаться в наличии, а конвертировать файл результатов обработки измерений формата *.sur в более распространённые на данный момент форматы (например, *.gds), весьма проблематично.

Стоит также отметить ряд весомых аргументов в пользу «традиционного» способа» обработки результатов измерений:

* В программе AutoCAD имеется встроенная программная среда VisualLISP, в которой есть возможность писать вспомогательные программы на языке AutoLISP, что сильно ускоряет работу. А при установке расширения Active-X появляется возможность работать с приложениями, написанными на других языках программирования.

* Возможность бесплатной загрузки приложений в программе AutoCAD (форматов *.lsp, *.VLX и др.), написанных другими пользователями. Причём, разнообразие видов этих приложений настолько обширно, что составляют более 60% программного инструментария геодезиста камеральной группы.

* Более широкий набор настроек создания поверхности, оформления и редактирования горизонталей в программной надстройке GeoniCS, интегрированной в AutoCAD.

Несмотря на столь весомые достоинства «традиционной» технологии камеральной обработки, имеются и некоторые недостатки, по сравнению с программой TopoCAD:

* В программе CredoDAT при импорте измерений не отображается строка примечаний, что существенно тормозит процесс дальнейшего экспорта результатов обработки в программу, где будет производится вычерчивание цифрового абриса и плана. В ПО TopoCAD эта строка отображается и выводится на чертёж.

* Программа CredoDAT не позволяет в полной мере использовать технологию полевого кодирования и редактировать классификатор кодов (последнее актуально для версии 3.х). Распознаваемые программой коды и последовательность команд, прописанные в стандартном классификаторе, осуществляют графические построения, пригодные для обработки только лишь в программе Credo_ТОПОПЛАН.

При экспорте в формат *.dxf, отрисованные по кодам графические примитивы не преобразуются в нужные для работы блоки, а отображаются в виде растра, не имеющего каких-либо свойств, что делает дальнейшую обработку невозможной.

На основании вышеизложенного анализа двух различных схем камеральной обработки, можно прийти к заключению, что в учебном процессе возможно использование всех рассмотренных схем обработки (с использованием связки CredoDAT + AutoCAD + GeoniCS или CredoDAT + AutoCAD Civil 3D и при помощи только одной программы - TopoCAD) в зависимости от выделенного на изучение дисциплины времени. Резюмируя всё вышесказанное, можно дать краткие характеристики обоих методов:

* TopoCAD не требует высокой производительности компьютера и позволяет осуществлять весь комплекс камеральных работ без обращения к сторонним программам, однако, при подготовке материалов для сдачи в официальные органы возникают некоторые трудности, связанные с конвертацией результатов уравнивания в наиболее распространённые форматы. Стоит также отметить, что в процессе камеральной обработки существенно затруднена возможность «подгона» результатов измерений, что позволяет объективно оценивать выполненную студентами работу.

* «Традиционная» технология подразумевает высокие требования к параметрам производительности компьютера и длительное время освоения, что для учебных целей не всегда приемлемо. Но для производственных задач такой способ подходит лучше, так как есть возможность написания и загрузки приложений для собственных нужд во внутренней среде программирования, а также подключение сторонних программ без участия непосредственных разработчиков (таким образом, не нужно покупать дополнительные модули, стоимость на которые часто бывает завышена).

Помимо технических характеристик, необходимо учитывать также и стоимость оформления лицензий. В этом случае, получение электронного ключа на TopoCAD обойдётся намного дешевле, чем связка из 2-3 относительно высоких по стоимости программ «традиционной» цепочки, даже несмотря на специальные условия оформления лицензий для университета.



Глава 6. Анализ соответствия условных знаков для топографических планов современным требованиям науки и производства

В связи с непрерывным совершенствованием различных современных отраслей хозяйства и появлением новых объектов, которые должны отображаться на топографических планах масштабов 1:500 - 1:5000, назрела необходимость анализа условных знаков для топографических планов, с помощью которых эти объекты отображаются.

В пределах нашей страны, для вычерчивания топографических планов масштабов 1:500-1:5000 действуют условные знаки ГУГК, принятые ещё в Советском Союзе, в 1977 году. А в пределах крупных городов и их пригородов вычерчивание планов осуществляется с помощью условных знаков, разработанных местными организациями (в Санкт-Петербурге - Трест ГРИИ, в Москве - ГУП «Мосгортрест» (Антипов, 2012)). Условные знаки Треста ГРИИ и Мосгортреста являются производными от знаков ГУГК (Условные знаки для…, 2004), но с некоторыми отличиями, которые будут рассмотрены ниже. Действие знаков Треста ГРИИ и Мосгортреста распространяется не на весь масштабный ряд, а только на планы масштаба 1:500 и 1:200.

Помимо сводов условных знаков в печатном виде, в настоящее время существуют кодификаторы и электронные библиотеки условных знаков и стилей линий, с помощью которых осуществляется оформление топографических планов в векторных графических редакторах и САПР (AutoCAD, MicroStation). В кодификаторах прописано, каким условным знаком (блоком) из электронной библиотеки должен изображаться тот или иной точечный объект на плане (рис. 31), каким стилем должны быть вычерчены линейные объекты и какой стиль заливки будет у объектов площадного характера. При составлении топографического плана в электронном виде, использование блоков и стилей линий, прописанных соответствующем в кодификаторе, является обязательным.

Рис.31. Вид электронной библиотеки блоков и стилей линий Треста ГРИИ в AutoCAD.

Некоторый интерес также представляют условные знаки, принятые для составления крупномасштабных планов за рубежом, в частности, в Японии и США. Необходимо провести сравнение сводов зарубежных условных знаков с отечественными и обозначить их ключевые особенности.

Кроме того, условные знаки, как отечественные, так и зарубежные нужно проанализировать на предмет соответствия современным требованиям науки и производства, а также провести некоторый их анализ с картосемиотических позиций (Берлянт, 2003), то есть, с точки зрения картографической синтактики, семантики, прагматики и стилистики.

Картографическая семиотика - научная дисциплина, изучающая язык карты, теорию и правила построения систем картографических знаков и знаковых систем.

Картографическая синтактика - раздел, изучающий правила построения и употребления знаковых систем, их структурные свойства, грамматику языка карты.

Картографическая семантика - раздел, исследующий соотношения условных знаков с самими отображаемыми объектами и явлениями.

Картографическая прагматика - раздел, изучающий информационную ценность знаков как средства картографической коммуникации и их восприятие читателями карты.

Картографическая стилистика - раздел, изучающий стили и факторы, определяющие выбор изобразительных средств в соответствии с назначением и функциями картографических произведений.

6.1 Сравнение условных знаков ГУГК, треста ГРИИ и ГУП «Мосгортрест».

Как уже было сказано выше, условные знаки треста ГРИИ и Мосгортреста (Условные знаки для топографических планов масштаба 1:500, «Картполиграфия») были созданы на основе свода условных знаков ГУГК и подчиняются тем же общим правилам, что и основной документ, но, при этом, были внесены некоторые изменения и дополнения.

В частности, добавлены некоторые разделы, которых в своде условных знаков ГУГК нет (разделы «Подземные коммуникации», «Электрокоррозионная защита» и «Красные линии»). Кроме того, из сводов городских условных знаков были исключены объекты, не встречающиеся в данном климатическом поясе (такыры, ледники, снежники, заросли саксаула и.т.д.) или геоморфологическом районе (кратеры грязевых и лавовых вулканов, выходы подземных газов под большим давлением, дайки и.т.д.), а также условные обозначения сельхозугодий. Одним из существенных различий знаков Мосгортреста, Треста ГРИИ и ГУГК является цветовое оформление линий подземных коммуникаций и гидрографии.

Есть некоторые несущественные различия в оформлении условных обозначений одних и тех же объектов в сводах условных знаков ГУГК по сравнению с знаками ГРИИ и Мосгортреста. Приведём ниже несколько иллюстраций и сравним некоторые знаки ГУГК (справа) и Мосгортреста (слева).

Рис.32. Различия в отображении отметки земли и подписи этажности зданий (слева - Мосгортрест, справа - ГУГК)

На рис.32. видно, что в перечне условных знаков Мосгортреста отмостка у зданий не передаётся каким-либо цветом.

Рис.33. Обозначение отметок (знаки Мосгортреста и ГУГК).

Глядя на рис.33. можно заметить, что при отрисовке планов в знаках Мосгортреста отметки необходимо давать с точностью до сотых, в ГУГК - до десятых.

Рис.34. Обозначение люков, металлических строений и высотных отметок (условные знаки Мосгортреста и ГУГК)

Из рис.34. (а также из рис.32.) можно увидеть различия в обозначении характеристики и этажности зданий (в условных знаках Мосгортреста этажность здания и наличие в нём жилых помещений пишутся через дробь) и передаче форм рельефа (в знаках Мосгортреста положительные формы рельефа обозначаются со знаком «+», что, с точки зрения картографической прагматики, легче воспринимается читателем).

Рис.35. Отображение лесной растительности.

Как видно на рис. 35, из условных знаков Мосгортреста, по вполне очевидным причинам, исключены такие породы деревьев, как пальма и кипарис, а общий знак лиственного дерева показан в виде восклицательного знака, что с позиций картосемиотики не совсем правильно, так как данное изображение должно нести предупредительный характер (как у знака «Колючий кустарник» из свода ГУГК).

Рис.36. Обозначение отдельных камней, имеющих значение ориентиров.

На рис.36. можно заметить, что обозначение отдельного камня-ориентира в условных знаках Мосгортреста имеет более наглядный вид и подпись по сравнению с подобным обозначением из свода ГУГК, что, с точки зрения картографической семантики и прагматики является хорошим решением.



Рис.37. Обозначение отвалов и более крупных положительных форм рельефа.

С позиций современных методов камеральной обработки материалов съёмки, показ условного знака отвала как на рис.37. (слева), является наиболее удобным, так как обозначение направления откоса можно выразить единым стилем линии и отрисовывать в автоматическом режиме. Если же необходимо вычертить знак отвала так, как показано на рис.37 (справа), то сделать это автоматически, без временных затрат на редактирование, не получится (некоторые дополнительные надстройки к современным CAD-программам, например, приложение «GeoOtkos», не вполне корректно реализуют правильное обозначение откосов на плане). Несмотря на некоторые преимущества при вычерчивании, передача условного знака отвалов и других сравнительно крупных положительных форм техногенного рельефа так, как указано в своде знаков Мосгортреста, проигрывает в с точки зрения картографической семантики и прагматики.

Рис.38. Обозначение синагоги в знаках Мосгортреста.

При внимательном сравнении условных знаков Мосгортреста и ГУГК можно заметить, что в своде ГУГК отсутствует изображение синагоги (рис.38).

Приведём некоторые условные знаки ГУГК, которые, по естественным причинам, отсутствуют в своде Мосгортреста и Треста ГРИИ (рис.39), а также знаки, присутствующие только у ГУП «Мосгортрест» (рис.40, 41).

Рис.39. Некоторые условные знаки, отсутствующие в своде Мосгортреста.

Рис. 40. Некоторые условные знаки, присутствующие только в своде Мосгортреста.

Рис.41. Условные обозначения красных линий в своде Мосгортреста.

Можно сделать вывод, что условные знаки Мосгортреста и Треста ГРИИ имеют как недостатки, так и достоинства в вопросах восприятия их читателем и в синтаксическом плане, однако, в целом, отличия между ними несущественны.

Стоит отметить, что основные отличия условных знаков Треста ГРИИ и знаков Мосгортреста состоят в разной степени подробности и цветовой передаче при обозначения подземных коммуникаций, наличии некоторых специфических разделов («Электрокоррозионная защита» и «Красные линии»), а также некоторых различиях в оформлении (обозначение этажности зданий и наличия жилых помещений). Условные знаки Треста ГРИИ в вышеприведённых иллюстрациях не рассматривались в силу чрезвычайной редкости печатного издания данного документа* (при вычерчивании ситуации в условных знаках данной организации, используется кодификатор, находящийся в свободном доступе).

* "Условные знаки для топографических планов г. Ленинграда и его пригородов масштабов 1:500 и 1:200. -- Л.: Трест ГРИИ, 1973"

Внимательно изучив основной свод отечественных условных знаков для топографических планов и сопоставив их с современными потребностями науки и производства, можно сделать вывод, что ни один условный знак к настоящему моменту не потерял свою актуальность. Однако, в связи с развитием телекоммуникаций и появлением новых типовых объектов строительства, а также на основе собственного опыта работы на производстве и опроса коллег, возникла необходимость добавления некоторых условных знаков для применения их в современной топографо-геодезической деятельности.

Приведём некоторые примеры таких знаков (рис. 42):

* Лежачий полицейский

* Бетонное кольцо смотрового колодца без крышки

* Ямы и выбоины на дорогах (внемасштабный условный знак)

* Декоративные растения (отдельные и в виде сплошных зарослей)

* Заросли борщевика (отдельным знаком, не включённым в условный знак высокотравной растительности)

* Оптоволоконный кабель

* Базовая референц-станция GNSS (с указанием организации, реализующей сеть)

* Пункт спутниковой геодезической сети (в.т.ч. и сети сгущения)

* Бетонный забор с широким бетонным основанием

* Выход коренных пород на дневную поверхность (кристаллические щиты и мелкие интрузивные образования)

* Звукозащитный забор (ограждение вдоль шумных автодорог и на виадуках)

Рис.42. Схематические изображения предлагаемых условных знаков.

6.2 Сравнение свода отечественных условных знаков для топографических планов масштабов 1:500 - 1:5000 с зарубежными аналогами (Япония и США)

Весьма интересным представляется исследование зарубежного опыта создания топографических планов. Схемы производства топографо-геодезических работ в развитых странах, в целом, мало чем отличаются друг от друга (работа от пунктов ГГС или от референцных станций, обработка и уравнивание теодолитного хода, вычерчивание готового плана в векторном графическом редакторе), а вот некоторые элементы картографической основы, принятый масштабный ряд, оформление и своды условных знаков в иностранных государствах значительно отличаются от отечественных.

Рассмотрим подробнее различные элементы топографического плана и условные знаки для них в России, Японии и США.

Масштабный ряд. В России и в США стандартные масштабные ряды, принятые для топографических планов, не отличаются - в метрических единицах это 1:500, 1:1000, 1:2000 и 1:5000. Весьма распространённым видом работ, как в РФ, так и в США, является съёмка в масштабе 1:200 для целей детального ландшафтного проектирования. Однако, в Америке, в отличие от РФ, часто проводится съёмка в нестандартных масштабах, таких как 1:300, 1:400, 1:600, 1:700, 1:1200, 1:4500 и.т.д. В Японии, вместо распространённого масштаба 1:2000, принят масштаб 1:2500.

Зарамочное оформление. Во всех трёх рассматриваемых государствах оформление топографических планов можно подразделить на два типа: на государственном планшете и для заказчика.

Оформление топографического плана для заказчика имеет произвольную форму, но с обязательным указанием некоторых типовых сведений - название и адрес фирмы, производившей работу, контактная информация, дата съёмки, район работ, система координат и высот, масштаб съёмки (именованный и числовой), высота сечения рельефа, координатные кресты, исполнители работ и примечания. Также, очень часто можно встретить перечень дополнительных условных знаков, нанесённых на план и схему расположения участка съёмки в границах общего снимаемого объекта.

Оформление плана на государственном топографическом планшете производится по инструкции, а дополнительные элементы могут быть нанесены только после согласования с государственными организациями. Помимо перечисленных выше элементов, на государственном топографическом планшете обозначается: линейный масштаб, номенклатура планшета с обозначением номенклатур соседних планшетов, место расположения планшета в принятой разграфке.

На планах США и Японии, в отличие от России, большая часть элементов зарамочного оформления находится в правой части, в верхней и нижней части остаются только название района и масштабы (именованный, числовой и линейный). На японских планах также можно заметить, что пересечения координатных линий оформлены сплошными линиями, а не в виде координатных крестов.

Некоторые сходства, различия и особенности условных знаков для топографических планов в России и за рубежом. Большинство объектов государственной инфраструктуры во всех странах одинаковы, но на планах они могут обозначаться по-разному. А есть объекты, свойственные только одним странам, в силу некоторых специфических особенностей, таких как обычаи и традиции, климат и промышленно-хозяйственная ориентированность страны. Эти особенности могут проявляться в том, что некоторые объекты будут показываться на планах с большей детальностью или дифференциацией.

Приведём несколько примеров.

В своде условных знаков (а точнее, блоков для вычерчивания плана в САПР) Соединённых Штатов очень большое внимание уделяется показу береговой инфраструктуры: для каждого вида и типа буйков и сигнальных маяков предусмотрен отдельный условный знак (блок), в то время как в России и в Японии ограничиваются общим условным знаком и соответствующей подписью.



Рис.43. Некоторые условные знаки берегового хозяйства в США (ct.gov).

Также, в США для каждого типа коммуникаций выделяется отдельный стиль линии (рис.44) с подразделением на строящиеся, уже существующие (проложенные), и вышедшие из употребления. В России есть всего несколько стилей линий для коммуникаций, прочие же их виды показываются простой линией с подписью.

Рис.44. Линии коммуникаций на планах США (ct.gov).

При составлении топографических планов в Японии, принято подразделять здания по назначению (банки, правительственные учреждения, школы, музеи, полиция и.т.д.), и для каждого типа зданий предусмотрен отдельный условный знак (рис.45).

Рис.45. Обозначение учреждений на японских планах (сверху вниз: правительственные учреждения, налоговая служба, служба занятости, храм)(milt.go.jp).

В Японии также есть некоторые специфические обозначения, которых нет в других странах, например, знаки пагод, святынь, участков дорог, на которых возможен сход лавин или камнепад, а также туннелей, проходящих сквозь здания (рис.46).

Рис. 46.. Некоторые специфические условные знаки Японии (сверху вниз: участки дорог с возможным сходом лавин и камнепадами, пагода, тоннели, проходящие сквозь здания) (milt.go.jp)..

При показе зданий и сооружений в России указывается материал и характер постройки (капитальное, металлическое, деревянное и смешанное; жилое или нежилое), этажность и назначение здания в виде отдельной подписи. Такая же ситуация и в США, разница лишь в оформлении. В Японии же, прочность зданий (капитальное огнестойкое или деревянное) показывается толщиной их контура (рис.47).

Рис.47. Обозначение прочности зданий в Японии (обозначение сверху - выступапающие части зданий) (milt.go.jp)..

Существенные отличия есть в показе растительности, главным образом, в Японии, в силу специфичности произрастаемых там растений (рис.48).

На топографических планах США древесная растительность подразделяется на лиственную и хвойную, как и в России, однако, дальнейшего подразделения там не предусмотрено (все характеристики указываются в специальной таблице). На планах США также принято указывать диаметры крон деревьев (на планах масштабов 1:200 и 1:500), (рис.49).

Рис.48. Условные знаки растительности на японских планах (сахарный тростник, шелковица, чай, бамбук и.т.д.). Снизу - обозначение городских посадок деревьев (milt.go.jp)..



Рис.49. Условные знаки деревьев на планах США (ct.gov).

Довольно удачным и наглядным с точки зрения картосемиотики является изображение колючего кустарника на планах США (рис.50), в то время как в своде отечественных условных знаков знак колючего кустарника не вызывает прямых ассоциаций, а на планах Японии такого знака вообще нет (возможно, лишь в форме пояснения к стандартному обозначению).

Рис.50. Обозначение колючих кустарников в США и в России.

Обозначение горизонталей (основные, дополнительные и вспомогательные) на отечественных планах, в США и Японии одинаковые. Однако, обозначения некоторых сходных форм рельефа сильно отличаются (рис.51).



Рис.51. Обозначение форм рельефа и откосов на планах Японии (слева - овраг, скалы-утёсы и скалы-останцы; справа - откосы разной крутизны, защищённый откос, откос, обтянутый сеткой и откос, обложенный бетоном) (milt.go.jp)..

Также на японских планах принято указывать материал для укрепления откосов (рис. 51. - справа). В России для этих целей предусмотрен общий знак «укреплённый откос», а в библиотеке блоков для вычерчивания планов США такого знака и вовсе не обнаружено.

Обозначение гидрографических объектов на планах России и Японии в целом, очень похожи (рис.52), в отличие от планов США, где есть своя специфика.

Рис. 52. Изображение водопада в своде условных знаков Японии (слева) и России (справа)

Пункты государственной геодезической сети на планах всех трёх рассматриваемых нами стран обозначаются почти одинаково. Некоторый интерес представляет японский условный знак «электронная контрольная точка» (рис.53. - правый нижний угол). Вероятно, данным символом обозначается базовая референц-станция. Стоит отметить, что в России такого обозначения не предусмотрено вследствие весьма почтенного возраста отечественного издания свода условных знаков.

Рис.53. Обозначения пунктов ГГС в Японии (milt.go.jp)..

Внимательно изучив своды условных знаков РФ, США и Японии, можно заметить, что, несмотря на многочисленные сходства в обозначениях типовых объектов, российские (советские) условные знаки проработаны более детально и сразу вызывают устойчивые ассоциации с картографируемым объектом, при том, что за последние 40 лет в них мало что изменилось. Свод японских условных знаков имеет более позднее издание, об этом можно судить по некоторым изображаемым на плане объектам, вошедшим в массовое употребление относительно недавно (базовые станции). Однако, не все объекты на японских топографических планах корректны как с позиций мышления российского читателя, так и с картосемиотической точки зрения (рис.54).

Рис.54. Обозначения телефонной будки и пожарной сигнализации на японских топографических планах.



Заключение

В период подготовки магистерской работы были изучены различные методы проведения полевых работ и способы камеральной обработки данных измерений, целью которых является создание топографического плана. Рассмотрены ключевые особенности использования каждого метода, их достоинства и недостатки. В частности, рассмотрены современные методы проведения топографической съёмки с использованием комбинации электронного тахеометра и ГНСС-приёмника (а также применение этих методов по отдельности) с последующей обработкой измерений в программных продуктах CredoDAT, AutoCAD (Civil 3D), GeoniCS и TopoCAD, с использованием дополнительных модулей и утилит.

Кроме того, проведён полевой эксперимент, целью которого было установление оптимального соотношения различных способов ведения абриса (традиционный абрис на бумаге, цифровой абрис и метод полевого кодирования) в процессе проведения топографической съёмки

В процессе сравнения отечественных условных обозначений для топографических планов с зарубежными, были изучены своды условных знаков ГУГК, Треста ГРИИ, ГУП «Мосгортрест», а также таблицы условных знаков США и Японии. Даны примеры их сравнения с картосемиотической точки зрения. Приведены образцы иностранных топографических планов масштаба 1:500.

В качестве приложения к магистерской работе написано методическое пособие для студентов 2 курса ВУЗов и техникумов картографо-геодезических специальностей, в котором описан пошаговый алгоритм создания съёмочного обоснования для топографической съёмки, непосредственно процесс съёмки ситуации и рельефа, а также порядок обследования подземных коммуникаций и камеральная обработка измерений в различных программных продуктах. В качестве примеров к методическому руководству, приведено 2 топографических плана масштаба 1:500, вычерченных в условных знаках ГУГК и Треста ГРИИ, а также образец схемы теодолитного хода.

Несмотря на то, что заявленные цели и поставленные перед данной работой задачи выполнены, рассматриваемая тема всё ещё имеет огромный потенциал для изучения.

Определённо, имеет смысл продолжать изучение данного вопроса в следующих направлениях:

* Подробное рассмотрение порядка полевых работ при проведении наземного, воздушного и мобильного лазерного сканирования, а также алгоритма камеральной обработки измерений, полученных этими методами.

* Написание методического руководства для студентов картографо-геодезических специальностей по созданию ортофотопланов и крупномасштабных топографических планов по данным измерений с БПЛА.

* Продолжение исследования условных знаков для топографических карт и планов зарубежных государств. Более подробное их исследование с картосемиотических позиций.

* Подробное изучение нормативных документов, регламентирующих топографо-геодезические работы, а также анализ их взаимной согласованности и нахождение путей устранения внутренних противоречий.

* Рассмотрение возможности использования других программных продуктов (кроме таких программ, как AutoCAD, Credo и TopoCAD) при камеральной обработке геодезических измерений.



Список литературы

Монографии и учебные пособия:

1) Антипов А.В, Инженерные изыскания для строительства: практика и опыт Мосгоргеотреста // Гл. ред. Антипов А.В., Осипов В.И. - М: ООО Издательство «Проспект», 2012. - 352 с.

2) Берлянт А.М, Востокова А.В, Кравцова В.И и др, Картоведение: Учебник для вузов; Под ред. А. М. Берлянта -- М.: Аспект Пресс, 2003.-- 477 с. -- (серия «Классический университетский учебник»).

3) Верещака Т.В, Топографические карты: научные основы содержания. - М.: МАИК "Наука/Интерпериодика", 2002. - 319 с.

4) Курошев Г.Д, Геодезия и география: Учебник. - СПб.: Издательство Санкт-Петербургского Университета, 1999. - 372 с.

5) Курошев Г.Д, Космическая геодезия и глобальные системы позиционирования. Учебное пособие. СПб.: Издательство Санкт-Петербургского Университета, 2011. - 182 с.

6) Поклад Г.Г, Практикум по геодезии: Учебное пособие для ВУЗов / Под ред. Г.Г. Поклада. - 2-е изд. - М.: Академический проект; Гаудеамус, 2012. - 770 с. - (Фундаментальный учебник: библиотека геодезиста и картографа)

7) Полищук Н.Н, Лоскутов П.В, AutoLISP и VisualLISP в среде AutoCAD.- СПб.: БХВ-Петербург, 2006.- 960 с.: ил.

8) CredoDAT 3.0 - Система камеральной обработки инженерно-геодезических работ, том 13, глава 5 - "Система полевого кодирования", с. 128 - 139

9) Создание приложений для AutoCAD на языке программирования AutoLISP. - Учебное электронное текстовое издание. - Екатеринбург. - 2013. - 34 с.

10) Основы программирования на языке Лисп: Учебное пособие. - М.: Издательский отдел факультета ВМК МГУ имени М.В.Ломоносова (лицензия ИД № 05899 от 24.09.2001); МАКС Пресс, 2010 - 112 с.

Статьи в журналах:

1) Антонович К.М, Ганагина И.Г, О надёжности сетей постоянно действующих базовых станций // Известия ВУЗов: Геодезия и аэрофотосъёмка, №4/С 2014 - с. 30-36

2) Асташенков Г.Г, Мазуров Б.Т, Зарзура Ф.Х, Влияние количества базовых станций на точность ГНСС-измерений // Известия ВУЗов: Геодезия и аэрофотосъёмка, №4/С 2013, с. 62-65

3) Байков М.Ю, О преимуществах использования RTK // Геопрофи, 2012 - №4 - с.16-18

4) Байков М.Ю, Сеть из одной станции // Геопрофи, 2012 - №1. - 55-57

5) Биндер И.О., Буренков Д.Б., Гринь Г.А., Мурзинцев П.П., «Геодезический мониторинг подземных коммуникаций с применением 3D-моделирования» // Геодезия и картография. - 2011. - №4. - С. 5-9

6) Брусило В.А, Погорельцев С.В, Применение сети референцных станций ГНСС при проведении воздушного лазерного сканирования и цифровой аэрофотосъёмки // Геопрофи, 2008 - №5. - с.49-53

7) Быков Л.В, Татаурова Л.В, Геодезические работы на археологическом памятнике XVII-XVIII века "Ананьино", 2015 г

8) Войтенко А.В, Зотов Р.В, Столбов Ю.В, Опыт создания современной геодезической основы и съёмочного обоснования для крупномасштабной съёмки городской территории // «Омский научный вестник», 2012. -№ 2. - С. 20-24.

9) Вьюков Н.А, Лапшин Б.М, Анализ методов обнаружения трубопроводов газа и перспектива их развития // Томский политехнический университет, с 58-61

...