Najczęściej stosowane skróty określające różne aspekty komputerowego wspomagania wytwarzania

• CAD (Computer Aided Design) - komputerowe wspomaganie procesu projektowania

• CAE - konstruowanie wspomagane komputerowo

• CAM CAP CAQ CAT CIM

Komputerowe wspomaganie projektowania zmierza do wzrostu efektywności prac projektowo-konstrukcyjnych. Podstawowymi efektami osiąganymi dzięki stosowaniu systemu CAD są:

1. Obniżenie kosztów i skrócenie czasu opracowania projektu poprzez

• odciążenie projektanta od prac rutynowych i pracochłonnych, wykorzystanie zaoszczędzonego czasu na pracę koncepcyjną

• wykorzystanie biblioteki gotowych elementów

• możliwości tworzenia wielu wariantów rozwiązań pozwalających na optymalizację projektowania i ograniczenia badań prototypowych

• łatwość i redukcję czasu wprowadzania poprawek w projekcie

• automatyczne obliczanie cech konstrukcyjnych, np. wytrzymałości

• obniżenie czasu i kosztów kreślenia dokumentacji projektowej

Umożliwienie wykonywania zadań, które ze względu na swoją złożoność nie mogą być realizowane ręcznie (np. nowoczesne modele karoserii samochodowych)

Podwyższenie jakości dokumentacji

Podniesienie komfortu pracy projektanta

nie wszystkie rodzaje pracy są podatne na wspomaganie, ze względu na:

• koszt konwersji dokumentacji z nośnika papierowego na cyfrowy

• przy sporadycznym tworzeniu projektów może nie być opłacalny

• lepszym rozwiązaniem jest posiadanie informacji cyfrowej w kilku etapach ,wtedy uzyskujemy tańsze przetwarzanie danych

Bariery wdrażania CAD

• bariera ekonomiczne - zwłaszcza dla małych firm zakup i wdrożenie CAD jest najczęstszym i zwykle najtrudniejszym problemem; rozwiązaniem może być zakup na kredyt lup leasing

• bariera psychologiczna - wynika z braku świadomości celu komputeryzacji oraz poczucia zagrożenia ( np. utratą pracy), braku natychmiastowych efektów, tradycjonalizmu; Opór pracowników może doprowadzić do wydłużenia czasu przeznaczonego na wdrożenie CAD i niskiej skuteczności szkolenia kadry.

• bariera organizacyjna - polega na trudności „wbudowania” systemu do istniejącej organizacji bez konieczności wprowadzania generalnych zmian

• bariera kadrowa - brak pracowników posiadających umiejętność obsługi chociażby komputera, nie mówiąc już o specjalistycznym oprogramowaniu

Efektywność systemów CAD

Przez pojęcie efektywności rozumie się stosunek całkowitych efektów do całkowitych nakładów

Efekty zastosowania systemów CAD można podzielić na:

• ilościowe - efekty, które można określić za pomocą jednostek wartościowych, fizycznych lub umownych, np. zmniejszenie zatrudnienia

• jakościowe - które można jedynie opisać

• jednorazowe - osiągane tylko raz w momencie wdrażania (np. redukcja zatrudnienia)

• ciągłe - osiągane w całym okresie eksploatacji systemu

• bezpośrednie - wynikające bezpośrednio ze stosowania systemu (czas projektowania)

• pośrednie - wiążą się pośrednio z wdrożeniem CAD - redukcja kosztów produkcji dzięki optymalizacji w trakcie projektowania

Rodzaje metody oceny efektywności projektowania:

• metody algorytmiczne - duża formalizacja działania gwarantująca osiągnięcie jednoznacznego rozwiązania

• metody heurystyczne - jedynie ogólna instrukcja postępowania, nie gwarantująca osiągnięcia pozytywnego wyniku, nie mogąca funkcjonować bez wkładu projektanta

Metody heurystyczne dominują na etapie wstępnym (koncepcyjnym), na etapie projektu techniczno-roboczego metody algorytmiczne.

Dzięki wykorzystaniu metod algorytmicznych możliwe było wprowadzenie maszyn cyfrowych, które wymagają stosowania algorytmów projektowania ( będących dla nich programami).

Dzięki wprowadzeniu CAD uległa odwróceniu proporcja czasu przeznaczonego na pracę koncepcyjną i projektowanie technologiczne (w klasycznym podejściu praca koncepcyjna zajmowała 15 % czasu, przy komputerowym wspomaganiu - 75%)

Wpływ projektowania CAD na koszty:

Od sprawności procesu projektowania zależy ok. 85% kosztów wytworzenia projektu.

WNIOSKI:

Efektywność CAD to obniżenie kosztów, możliwość łatwego stworzenia wielu wariantów oraz automatycznego obliczenia cech konstrukcyjnych i symulacji co ułatwia optymalizację procesu.

Efektywność wspomagania projektowania środkami technicznymi:

Ocena efektywności CAD

Trzeba także powiedzieć, że efektywność systemu Cad zależy z jednej strony od czynników uzależnionych z kolei od:

• jakości sprzętu - szybkości pracy komputera i urządzeń zewnętrznych oraz ich awaryjności.

• łatwości obsługi systemu

• stopnia znajomości systemu przez konstruktora

• istnienia bibliotek elementów, możliwości tworzenia własnych bibliotek, wykorzystanie parametryzacji i języków programowania

• możliwości i łatwości tworzenia aplikacji

• ograniczeń z zewnątrz.

Z drugiej strony, od kosztów zakupu oprogramowania i sprzętu oraz kosztów opracowania, wdrażania i eksploatacji systemu.

Efekty zastosowania CAD

Wyróżnia się zwykle dwa główne rodzaje efektów stosowania systemów CAD jakościowo i ilościowo.

Bezpośrednie efekty jakościowe to:

• odciążenia konstruktora od prac rutynowych i nietwórczych

• wzrost jakości i poprawności dokumentacji (większa dokładność i przejrzystość) oraz łatwe jej aktualizowanie i odtwarzanie

• wprowadzenie do obliczeń konstrukcyjnych metod wymagających zastosowanie technik numerycznych (MES)

• możliwość wielokryterialnej optymalizacji konstrukcji prowadzącej do podniesienia stopnia bezpieczeństwa, niezawodności i jakości.

• umożliwienie korzystania z już istniejących rozwiązań projektowych wskutek korzystania z komputerowych baz danych, co skraca czas opracowywania projektu

• szybkie i łatwe (bez opuszczania stanowiska pracy) wykorzystanie przez projektanta obszernego zbioru (baz danych, informacji technicznych, naukowych i ekonomicznych)

• możliwość symulacji

• łatwość współpracy z innymi firmami dzięki zapisowi konstrukcji na nośniku magnetycznym w istniejących standardach technicznych (przedsiębiorstwa wręcz wymagają od partnerów stosowanie CAD)

• umożliwienie podejmowania zadać złożonych, niemożliwych prawie do wykonania bez użycia komputera

• wzrost komfortu pracy projektanta, dzięki wyeliminowaniu tradycyjnych uciążliwych narzędzi (ołówek, tusz)

Pośrednie efekty jakościowe to:

• podniesienie jakości wyrobów

• zgodność konstrukcji z obowiązujacymi norami państwowymi, normami zakładowymi i listami preferencyjnymi przechowywanymi i na bieżąco aktualizowanymi w bazie danych systemu

• powstanie nowych możliwości działalności firmy - eksploatacja na nowe rynki

• wymuszone usprawnienie organizacji pracy w komórkach współpracujących z działem projektowym

• polepszenie konkurencyjności przedsiębiorstwa przez zwiększenie elastyczności, jakości produkcji

• terminowość i szybkość realizacji zamówień lub zleceń

Ułatwienie standaryzacji wyrobów

Bezpośrednie efekty ilościowe to:

• jednorazowa redukcja zatrudnienia w chwili wprowadzenia systemu (dotyczy głównie średniego personelu technicznego)

• zwiększenie efektywności prac projektowych

• zmniejszenie pracochłonności, czasu i kosztów opracowania konstrukcji

• skrócenie czasu i obniżenie kosztów emisji dokumentacji

• zmniejszenie nakładów na wprowadzenie poprawek oraz na modyfikację projektu

• zmniejszenie nakładów na wyszukiwanie informacji

Pośrednie efekty ilościowe to:

• zmniejszenie kosztów produkcji wynikające z redukcji czasu i wydłużania

• redukcja kosztów płac w dziale projektowym

• spadek kosztów obsługi

Efekty CAD

• największe znaczenie mają efekty pośrednie które wynikają przede wszystkim z bezpośrednich efektów, gdyż właśnie one mogą przynosić znaczne korzyści finansowe, niewspółmiernie większe od bezpośrednich oszczędności (efekty ilościowe) w samym tylko dziale projektowym

• Niestety przewidzenie wszystkich efektów pośrednich jest niemożliwe. Trudne jest także ich oszacowanie z małym marginesem błędu. Mogą to zrobić tylko specjaliści z dużym doświadczeniem we wdrażaniu systemu CAD. Wszystkie efekty posłużenia się komputerowym wspomaganiem projektowania można należycie ocenić dopiero po wdrożeniu systemu, w innym przypadku wpływa to na wynik.

Koszty

• dla oceny efektywności obok oszacowania efektów niezbędne jest obliczenie kosztów całkowitych zastosowania CAD, na które składają koszty cząstkowe

Koszty można podzielić na dwie grupy:

• koszty instalacji systemu (zakupu oprogramowania, zezwoleń)

• koszty eksploatacji, konserwacji systemu oraz koszty personalne

W skład kosztów instalacji systemu wchodzą:

• koszty opracowania projektu systemu

• koszty zakupu oprogramowania, właściwego systemu CAD, systemu operacyjnego oraz programowania pomocniczego

• koszty zakupu sprzętu komputerowego

• koszty przystosowania pomieszczeń, umeblowanie, instalacja elektryczna itp.

• koszty szkolenia pracowników

• koszty wynikające z osłabienia funkcjonowania usprawnionego systemu wskutek zakłóceń wewnętrznych i zewnętrznych wywołanych wprowadzeniem zmian

• koszty przezwyciężenia niechęci projektantów do zmian, do burzenia utartych systemów projektowania

• ostatecznie dwa rodzaje kosztów są niewymierne nie dają się wyrazić w jednostkach pieniężnych, lecz są bardzo ważne ze względu na nierzadko długotrwałe ujemne efekty. P5rzełamanie bariery psychologicznej zwykle wymaga wcześniejszych przygotowań i dużego nakładu pracy. Pozostałe składniki nakładów. Całkowite są łatwe do obliczenia.

Koszty eksploatacji systemu to:

• koszt materiałów eksploatacyjnych: dyskietki, papier, taśmy do drukarek, papier, folia i pisaki itp.

• koszt transmisji danych (np. koszty wykorzystania modemu)

• koszt energii elektrycznej

• koszt konserwacji sprzętu, oprogramowania (ok. 10-12% kosztów zakupu)

• koszty utrzymania pomieszczeń

• koszty wynagrodzenia pracowników zatrudnionych w dziale projektowym

• przedstawiane powyżej efekty i koszty są podstawą do określenia efektywności zastosowania systemu CAD w praktyce.

Zastosowanie CAD'a w drogownictwie

• projektowanie dróg i ulic (całościowe: z uzbrojeniem terenu - kanalizacja deszczowa sanitarna, woda, gaz, c.o. oraz wizualizacja - widoki perspektywiczne oraz animacja przejazdu zaprojektowaną drogą)

• wspomaganie geodezyjno-geometryczne przy budowie ulic i dróg.

• projektowanie nawierzchni (duża ilość programów, które pomagają w przeliczaniu warstw, grubości, itp.)

• projektowanie skrzyżowań i węzłów z planem warstwicowym i odwodnieniem (możliwość obliczeń przepustowości zaprojektowanego rozwiązania)

• inżynieria ruchu - obliczanie przepustowości i parametrów warunków ruchu

• system sterowania ruchem - opracowanie strategii sterowania realizowanej przez sterowniki lokalne, nadrzędne i centrum sterowania ruchem (dla pojazdów indywidualnych i komunikacji zbiorowej).

• Ocena klimatu akustycznego i spalin np. program tworzący izolinie hałasu

• Planowanie układów komunikacyjnych

• Inwentaryzacja sieci drogowej(wprowadzenie wszystkich danych do komputera)

• Lokalizacja wypadków i ich przebiegu np. programy animacyjne

• Rejestrowanie i przetwarzanie danych oraz wyników pomiarów

• Kompleksowa gospodarka nawierzchni

• Analizy finansowe i ekonomiczne

• Wspomaganie projektowania znaków

Oprogramowanie wykorzystywane do projektowania dróg i ulic:

1. programy dydaktyczne:

• CADROG(podprogramy tworzyły model terenu i trasy)

• RME - program napisany w AutoLispie pod AutoCAD'a

• Programy profesjonalne:

• DROGA

• PC Highway - program pod DOS

• CADSite - pod DOS i Windows

• InRoads -nakładka napisana pod Microstation

• MxRoads ( MOSS)

• CARD 1

• GEOPAK

• GEOSECMA

• GeoTECZKA (pod AUtoCAD)

Wybór oprogramowania

Czynniki wpływające na wybór:

-potrzeby - najczęściej realizowany typ projektu

-jednorodność podstawowego programu CAD we wszystkich pracowniach branżowych, nie ma konsekwencji pomiędzy różnymi typami programów

-fundusze - globalna ocena kosztów łącznie ze szkoleniem i dostosowaniem sprzętu

-pracownicy - należy wziąć pod uwagę czy pracownicy będą chcieli chętnie pracować z komputerem

-możliwość współpracy z inwestorami i podwykonawcami

-dostosowanie programów do warunków polskich, stosowanie polskich wytycznych i standardów opisów rysunków

-wyposażenie programu w „drobiazgi” - biblioteki elementów, typowych opisów

-pomoc techniczna, wsparcie gdy wystąpią problemy z eksploatacją

-szkolenie pracowników: szybkość opanowania projektu; koszty kursów szkoleniowych i wyłączenia pracownika z pracy; spolszczenie programu ułatwia pracę; konieczne są podstawowe szkolenia a zaawansowane można robić jeśli są pieniądze.

Etapowe projektowanie drogi

a. Numeryczny model terenu

b. Podstawowe parametry drogi

c. Trasowanie drogi

d. Projektowanie niwelety drogi

e. Analiza poprawności projektu

f. Przekroje typowe

g. Oszacowanie wielkości robót ziemnych

h. Oszacowanie standardu technicznego drogi

Numeryczny model terenu (NMT) - to matematyczne odwzorowanie na komputerze powierzchni rzeczywistego przebiegu terenu.

Jest on budowany z numerycznie przedstawionych pojedynczych punktów terenu na podstawie współrzędnych przestrzennych (x, y, z) , tworzony jest matematyczny model powierzchni topograficznej.

Model matematyczny - ściśle określony algorytm pozwalający na obliczenie rzędnej terenu w dowolnym punkcie.

Metody tworzenia numerycznego modelu:

-metoda przekrojów poprzecznych

-metoda linii charakterystycznych

-metoda siatek regularnych

-metoda punktów rozproszonych

metoda przekrojów poprzecznych - wybiera się w terenie korytarz (wokół linii bazowej) w którym przewidujemy warianty przebiegu trasy

linia bazowej przekrój poprzeczny

W każdym przekroju poprzecznym terenu wprowadza się odległość od osi i rzędną punktu

Komputer modeluje dalszy teren między przekrojami.

Przekroje mogą być w odległościach regularnych i nieregularnych (np. dogęszczenie tam gdzie duża nieregularność terenu).

Może też być korytarz łamany

Wady metody:

-nakładanie się błędów interpolacyjnych z dwóch sąsiednich przekrojów

-oś projektowanej trasy nie może być zbytnio oddalona od osi porównawczej

-liczba wprowadzanych punktów jest większa niż w innych metodach

-punkty nie są wybierane losowo

Zalety metody:

-metoda prosta, nie wymaga skomplikowanych obliczeń

metoda linii charakterystycznych - wprowadzamy warstwice w założonym układzie współrzędnych, aproksymujemy je przy użyciu linii prostych

Wady:

-trudno obliczyć wyróżnione punkty terenu

-w terenie płaskim uzyskuje się zbyt mało informacji

Zalety:

-wprowadzanie tylko 2 współrzędnych (x, y)

-w stromym terenie uzyskujemy odpowiednio więcej informacji co pozwala zmniejszyć błąd

metoda siatek regularnych

W analizowanym obszarze zakładamy regularną siatkę prostokątów lub trójkątów o zadanych rzędnych punktów węzłowych. Nie jest niezbędne obliczanie współrzędnych punktów węzłowych siatki, stąd NMT=[z(i)] gdzie i=1,2,.....n rzędne wysokościowa dowolnego punktu P(x,y) jest wyznaczana przez interpolację rzędnych punktów węzłowych. Tak wyznaczone punkty tworzą powierzchnię II stopnia.

Wady:

• wierzchołki siatki nie są losowo rozmieszczone, przy bardzo urozmaiconym terenie trzeba zmniejszyć bok siatki, czyli zwiększyć liczbę punktów wziętych pod uwagę do wprowadzania.

• nie odwzorowywuje lokalnych zmian powierzchni (nierówności terenu)

Zalety:

• wprowadzanie jednej zmiennej (rzędnej)

• szybki dostęp do danych

• wygodne do obliczeń inżynierskich (robót ziemnych)

metoda punktów rozproszonych

W tej metodzie wprowadzane są punkty w sposób losowy, a więc NMT=(x,y,z). Do poszukiwania rzędnej dowolnego punktu P(x,y) stosuje się dwa sposoby:

- przy pomocy równań powierzchni II-go stopnia

Do określenia rzędnej punktu P(x,y) poszukuje się wszystkich punktów P_i leżących wewnątrz obszaru leżącego dookoła punktu P(x,y). Punkty P_i tworzą powierzchnię II-go stopnia a po wyznaczeniu współczynników równania tej powierzchni rzędne punktów P(x,y) można wyznaczyć wprost z tego równania

- przy pomocy płaszczyzn trójkątnych

Punkt P(x,y) zawiera się w trójkącie utworzonym z trzech sąsiednich punktów. Rzędną tego punktu oblicza się poprzez interpolację rzędnych punktów będących wierzchołkami trójkąta.

Wady:

*pracochłonne przeszukiwanie zbioru danych dla wyboru punktów do interpolacji

*konieczność wprowadzania trzech współrzędnych dla każdego punktu

*problem doboru trójkąta

Zalety:

*losowe rozmieszczenie punktów

*przydatne do obliczeń robót ziemnych

SPOSOBY WPROWADZANIA NMT DO KOMPUTERA

• z podkładów mapowych

• metoda ręczna (z klawiatury)

• skanowanie mapy (wektoryzacja obszaru zeskanowanego)

• digitalizacja mapy - wprowadzanie elementów mapy (obiektów) przy użyciu digitizera

• z pomiarów geodezyjnych - przyrządy geodezyjne z przystawkami mokrokompterowym oraz wykorzystujące technikę GPS (total station)

• z wykorzystaniem technik fotogrametrii - analiza komputerowa zdjęć lotniczych i satelitarnych

GRAFIKA KOMPUTEROWA

Grafika komputerowa to dział informatyki zajmujący się tworzeniem obrazów obiektów rzeczywistych i wyimaginowanych za pomocą komputera

Grafika wektorowa (obiektowa)

Obraz w formacie wektorowym jest generowany na podstawie jego opisu matematycznego. Określa on pozycję, kierunek i długość rysowanej linii. Dzięki tej technice obraz nie traci jakości przy powiększaniu (nie ulega pikselizacji)

Grafika rastrowa (bitowa)

Traktuje ona obraz jako zbiór niezależnych od siebie kwadratowych punktów o różnych kolorach ułożonych na siatce równo w wierszach i kolumnach (rastrze). Te punkty to piksele. Jest wykorzystywana do odzwierciedlania otaczającej nas rzeczywistości i pomniejszonej w określonej skali.

Grafika prezentacyjna

Wyspecjalizowana grafika wektorowa służąca do wizualizacji danych zawartych w tabelach i tworzenia diagramów, przepływu lub schematów. Podstawą jest zbiór liczb.

Wykorzystanie technik GPS ( Global Positoning System) w drogownictwie.

Historia:

• wyznaczenie pozycji dla celów nawigacji sięga ok. 1964r, kiedy to uruchomiono dopplerowski system nawigacyjny NNSS/TRANSIT dla potrzeb marynarki USA. Od roku 1967 system został udostępniony użytkownikom cywilnym.

- zasada pomiarów polega na wyznaczeniu dopplerowskiego przesunięcia dwóch wysoko stabilnych częstotliwości emitowanych przez zespół satelitów obiegających ziemię po sześciu prawie kołowych orbitach biegunowych

- pozycję anteny satelitarnego odbiornika można było tą metodą wyznaczyć z dokładnością ±(10÷30)m. Długotrwałe bo ponad dobowe pomiary względne, umożliwiały wyznaczenie wzajemnej pozycji dwóch lub większej liczby punktów geodezyjnych z dokładnością ±(0,2÷0,5)m

• Następca tego systemu jest utworzony przez Departament Obrony USA i wykorzystywany obecnie wojskowy system nawigacyjny zwany NAVSTAR GPS, który miał służyć do wyznaczenia położenia i prędkości u obserwatora w globalnym trójwymiarowym układzie współrzędnych.

System GPS składa się z 3 podstawowych segmentów:

- Segment satelitarny- składa się z 24 satelitów rozmieszczonych w 6 płaszczyznach orbitalnych o nachyleniu 55° do równika i umożliwia on równoczesną obserwację co najmniej 4 satelitów z dowolnego miejsca na kuli ziemskiej. Satelity poruszają się po prawie kołowych orbitach na wysokości ok. 20200 km z okresem obiegu równym ok.12 h

- każdy z satelitów emituje wysokostabilne częstotliwości pomiarowe, transmituje sygnały własnego zegara oraz retransmituje pewne informacje efemerydalne dotyczące położenia satelity w przestrzeni , a także pewne informacje identyfikacyjne.

- Segment kontroli - ma za zadanie śledzenie satelitów , prowadzenie kontroli czasu satelitarnych zegarów, obliczenia efemeryd oraz przekazanie wyników do pamięci komputerów satelitów. Główna stacje w Colorado Springs (USA) pozostałe w różnych częściach globu. Stacje te mają wyznaczone wcześniej współrzędne geocentryczne w układzie WGS-84 związanych z systemem GPS.

- Segment użytkowników- składa się z odbiorców wojskowych i cywilnych pragnących wyznaczyć swoje położenie. Zasada określenia położenia pomimo zastosowania najnowszej i niezwykle skomplikowanej technologii ( high-tech) w budowie satelitów i konstrukcja odbiorników jest prosta ; jednoczesny odbiór odległości od 3 , 4 lub większej liczby satelitów o znanych współrzędnych umożliwia obliczenie wspórzędnych obserwatora za pomocą przestrzennego liniowego wcięcia wstecz.

System GPS

- Każdy satelita transmituje dwa rodzaje sygnałów L1(1575.42MHz) i L2(1227.60MHz)

- Sygnał L1 jest przetworzony dwoma pseudo-przypadkowymi sygnałami zagłuszającymi,

chronione kodem P i kodem C/A . Sygnał L2 zawiera jedynie kod P . Każdy satelita wysyła inny sygnał, co ułatwia odbiornikom rozpoznanie z każdego satelity pochodzi sygnał.

- Cywilne odbiorniki do nawigacji wykorzystują jedynie kod C/A na częstotliwości L1

- Odbiornik na podstawie czasu wysyłania sygnału przez satelitę i czasu dotarcia sygnału do odbiornika oblicza czas potrzebny do pokonania tej drogi.

- Jeśli odbiornik posiada bardzo dokładny zegar, dobrze synchronizowany z zegarem satelity , do określenia trójwymiarowej pozycji wystarczają jedynie pomiary z 3 satelitów. Niestety zwykle odbiorniki nawigacyjne ze względu na swoją cenę i rozmiary nie są wyposażone w dokładny zegar, w związku z tym do usunięcia zegara potrzebny jest dodatkowy pomiar z 4 satelity

- Zgodnie z wymaganiami USA komercyjne odbiorniki mogą poprawnie pracować jedynie poniżej prędkości 166,5 km/h i poniżej wysokości 18 km

Metody pomiaru położenia w technice GPS

- metoda absolutna, nawigacyjna ( przestrzenne liniowe wcięcie wstecz ) - pozwala użytkownikom cywilnym na wyznaczenie trójwymiarowej pozycji z dokładnością typową rzędu 100-150 m, z zastosowaniem jednego tylko odbiornika (przy zastosowaniu przez Dep. Obrony metodzie degradacji sygnału satelitów zwanej S.A.). Po wyłączeniu S.A. uzyskuje się dokładność rzędu 10-15 m.

- met. względna (różnicowa) -wyznaczenie różnicy współrzędnych (wektorów) pomiędzy dwoma lub większą liczbę stanowisk umożliwia osiągnięcie dokładności względnej wektora.

Dokładności osiągane przy met. względnej są atrakcyjne dla praktyki geodezyjnej, gdyż ich osiągnięcia za pomocą klasycznych metod jest trudne i kosztowne.

Zalety GPS

- wysoka precyzja wyznaczania punktów

- uniezależnienie pomiarów od pogody, pory dnia itd.

- nie wymaga wzajemnej widoczności pomiędzy sąsiednimi punktami geodezyjnymi

- proces pomiarowy jest całkowicie zautomatyzowany

- dane rejestruje się w postaci cyfrowej gotowej do dalszego opracowania komputerowego

Ograniczenia geodezyjnych technik GPS

- wymaganie łączności co najmniej z 4 satelitami w czasie pomiaru

- wymagane dowiązanie pomiarów satelitarnych do punktów o znanych współrzędnych w jednolitym układzie państwowym

Techniki GPS

W zależności od uzyskiwanej dokładności techniki GPS można podzielić na :

Nawigacyjne( absolutne) - zastosowanie jednego odbiornika GPS daje dokładności położenia 3D rzędu 10 - 15 mm,
Techniki DGPS ( Differential GPS) - polega głównie na korygowaniu pomiarów absolutnych, wykonywanych przez odbiornik będący w ruchu (rover), za pomocą poprawek otrzymywanych ze stacji referencyjnej (reference), w punktach o znanych współrzędnych. Dokładność metody 0,5-2 mm. Pomiary DGPS można wykonywać również w czasie rzeczywistym, używając modemu radiow. Do przesyłania korekcji ze stacji referencyjnej do stacji ruchomej.

Techniki z użyciem co najmniej paru precyzyjnych odbiorników GPS:

-Techniki statyczne - długość sesji obserwacyjnej min. 45min.Dokładność metody 3-5 zależy od odległości odbiorników)
-Techniki Rapid Static (Fast Static) - dające dokładność wyznaczania pozycji rzędu 5 - 10 mm, przy odległości do 15 km i długości sesji obserwacyjnych od 5 do 10 mm (1 odbiornik w punkcie)
-Techniki pseudokinematyczne - dokł.5-10 mm uzyskiwana w ciągu kilku minut, wymagająca jednakże powtórnej obserwacji na pkt. w odstępie jednogodzinnym

-Techniki częściowo - kinematyczne - „stop and go” - o dokładności rzędu 1 - 2 cm, możliwej do uzyskania już po 1-2 min.

- Techniki kinematyczne - do wyznaczenia trajektorii anteny ruchomej

REAL TIME KINEMATIC (RTK)
Co można tłumaczyć jako bezpośredni pomiar kinematyczny.

Kinematyczny - czyli w ruchu - w odróżnieniu od metod stacjonarnych

Bezpośredni - czyli dający wyniki w momencie pomiaru (z opóźnieniem najwyżej kilkusekundowym).Pomiar taki jest możliwy dzięki współpracy dwóch odbiorników GPS, z których jeden pozostaje nieruchomy przez cały czas trwania sesji pomiarowej, podczas gdy drugi przemieszczany jest tak, by objąć wszystkie punkty przeznaczone do pomiaru. „Współpraca” obu (lub większej ilości ) odbiorników jest możliwa dzięki komunikacji radiowej miedzy nimi.

Ograniczenia techniczne metody RTK:
a)Wymóg bezpośredniego dotarcia z co najmniej 5 satelitów do odbiorników, co w miejscach o złej widoczności nieba może skutecznie ograniczać obszary możliwe do pomiaru szczególnie w obszarach zadrzewionych czy zurbanizowanych b)Konieczność definicji parametrów transformacji współrzędnych geocentrycznych (w układzie WGS - 84) do układu obowiązującego na danym terenie,C)Konieczność używania dwóch odbiorników komunikujących się droga radiową,d)Istotnymi utrudnieniami są ponadto ograniczony zasięg nadajnika radiowego oraz wpływ na jego pracę silnego promieniowania elektromagnetycznego (np. z trakcji wysokiego napięcia), odbicia fal GPS przez niektóre obiekty terenowe, tj. budynki, grunt (zjawisko tzw. MULTIPATIA). W efekcie należy się liczyć z tym, że w pewnych miejscach mierzonego obszaru lub w pewnych okresach pomiar będzie niemożliwy. Pozostaje zatem liczyć na inne metody pomiarowe.
Jak sobie radzić z niedoskonałością metody?

Część spośród wymienionych słabych punktów metody RTK można wyeliminować zmieniając zwyczaje pomiarowe. Trzeba, by geodeci wykształcili w sobie inne podejście do kształtu osnów i lokalizacji punktów. Z uwagi na potrzebę transformacji punktu te powinny być rozmieszczone wokół mierzonego obiektu (najlepiej wzdłuż jego granicy). Powinno się również uwzględniać wpływ promieniowania elektromagnetycznego odbiorników lub przekaźników energii elektrycznej wysokiego napięcia. Prawdopodobnie niebawem problem

stacji bazowych zostanie radykalnie rozwiązany na drodze przesyłu niezbędnych danych przez nadawcze stacje radiowe lub stacje przekaźnikowe GSM.

Ograniczony zasięg radia wydaje się nie być zbyt dokuczliwy, bowiem przyzwyczajeni jesteśmy do pracy raczej na małych obszarach.

Techniki GPS - Real Time Kinematic

Czego można oczekiwać w najbliższej przyszłości?

• Zintegrowane odbiorniki GPS z tachimetrami elektronicznymi i ich miniaturyzacja

• Rozwinięcie matematyczne metod obróbki danych w celu całkowitego wyeliminowania pomiarów służących do wyznaczania parametrów transformacyjnych

• Zmniejszenie zawodności metody z powodu przesłonięcia nieba

• Integracja z oprogramowaniem obliczającym i z systemami mapy numerycznej
  

Wydaje się, że technika sat.- rad. - komp. W najbliższym czasie zrewolucjonizuje dziedzinę pomiarów szczegółowych. W całej swej złożoności niezrozumiała dla szarego człowieka będzie ona tworzyła urządzenia wyposażone w proste mechanizmy komunikowania się z użytkownikiem.(ang. iterface).

Dzięki prostocie obsługi urządzeń pomiarowych (odbiorników satelitarnych) zaistnieje realne zagrożenie dla geodetów ze strony innych użytkowników, którzy będą chcieli samodzielnie wykorzystywać ją dla swoich potrzeb.

Państwowy układ wspołrzędnych płaskich „1965”

-wprowadzony w 1976 dla geodezji

-powstał przez wybrane formy odwzorowania do współrzędnych geograficznych w układzie 1942

5 stref odwzorowań w Polsce

Geoida niwelacyjna 2001

Wprowadza się nowy układ europejski EUREF-89. Wysokości GPS jeśli nie zostaną odpowiednio odniesione do układu wsp. to są tylko matematyczne, nieużyteczne.

Rozpoczęto prace nad nową geoidą EUVN'97

Techniki kolejne (odwzorowania?)

Technika fotogrametrii w NMT

-metody analityczne

(na początku kamery)

- obecnie fotogrametria cyfrowa

Metody rejestracji techniki fotogrametrii:

-rejestracja fotograficzna

-wykorzystanie techniki GPS

(określa dokładny punkt celowania)

-rejestracja obiektów ze stanowisk naziemnych

(tradycyjne kamery pozwalaja na uzyskanie dokładnych pomiarów)

-rejestracja kamerami cyfrowymi

Stosowane rozwiązania techniczne:

-met. Analityczne(zdjęcia fotograficzne)

-met. Cyfrowe (kamery cyfrowe)

Rozwiązania i technologie przetwarzania zdjęć:

-ortofotografia cyfrowa

(w normalnych zdjęciach istnieje perspektywa żeby mieć rzeczywiste odwzorowanie to trzeba zastosować coś innego czyli ortofotografię-eliminuje perspektywę i inne zniekształcenia)

-numeryczny model terenu (NMT)

różne techniki:

-bezpośredni pomiar warstwic

-dynamiczna rejestracja przekrojów

-pomiar wysokości w regularnej siatce sytuacyjnej (dokładne)

NMT wykorzystywany do analiz jako:

-rys. warstwic-profil wysokościowy-rys aksonom. i perspektyw.-spadki i pochylenia -wektorowa mapa numeryczna

podstawa wykonana ze zdjęć lotniczych i satelitarnych , pozwala do 85% informacji uzyskać

(trudność-las, obiekty)

Charakterystyka dokładności poszczególnych metod:

O dokładnośći zdjęć lotniczych decydują

-błędy identyfikacji-skala zdjęć lotniczych-jakość fotograficzna obrazu

-wielkość pikseli dla opracowań cyfrowych-dokładność osnowy polowej-precyzja instrumentu-korekta błędów systematycznych

Zdjęcia lotnicze Polski

Cała pow Polski jest pokryta zdjęciami poprzez program PHARE, są zdjęcia wszystkich miast i aglomeracji, brakuje zdjęć granicznego pasa wschodniego

Techniki:

Lotniczy skaner laserowy-skanuje się odległość do punktów na powierzchni Ziemi

-przeczesuje się terem poprzeczny do kierunku lotu

-promień laserowy wysyła się z samolotu część wraca i przez czas wyznaczamy odległość

-położenie skanera określa się przy pomocy systemu GPS

Elementy systemu pomiarowego:

-dalmierz laserowy (LRF)-system pozycjonowania trajektorii lotu(GPS)

-inercjalny system nawigacyjny (INS)-określa przechyły i przyspieszenia samolotu-kamera

Zalety lotniczego skanera laserowego:

-niezależność od warunków oświetleniowych-niezależność od warunków pogodowych

(ogranicza jedynie silny deszcz lub mgła)-penetracja poprzez pokrywę roślinną-wysoka dokładność danych wysokościowych-krótki czas uzyskania produktu końcowego i relatywnie niski koszt

Lotnicze kamery cyfrowe-zalety:

-brak konieczności drogich filmów-nie musi się skanować-większa rozdzielczość radiometryczna-lepsza reprodukcja barw-krotki czas dostarczania obrazu do odbiorcy

KONCEPCJE:

-koncepcja skanera elektrooptycznego

linijka czułych detektorów, odczyt prostopadle do kierunku lotu, są problemy z prędkością odczytu i przesyłania informacji-kamery z prostokątną matrycą sensorów CCD , odpowiednik kamery optycznej jednak aby była taka sama dokładność to musi być jeszcze więcej pikseli

Zdjęcia satelitarne

Amerykanie uzyskali pierwsze dobre zdjęcia w 1960 dla wywiadu

Potem rozwój tej metody

Zdjecia dla osób cywilnych są robione ale tylko na zamówienie

Różne poziomy dokładności

Produkty systemów satelitarnych:

-surowe - dalej chcemy sami obrabiać

-obrazy ortorektyfikowane - już przetworzone

Model Terenu

Z pomiarów geodezyjnych z rejestracją elektroniczną

Z digitalizacji analizy zdjęć lotniczych

Na podstawie analizy zdjęć lotniczych

Na podstawie danych z otworów wiertniczych

Na podstawie 2/3D danych z różnych źródeł

Mapa do celów projektowych może być wygenerowana z mapy numerycznej w celu uzyskania pełnej zgodności.

W pełni zintegrowanie projektowania:

Pozwala na trojwymiarowe projektowanie t modelu powierzchniowego dowolnego rozwiązania drogowego

automatyczne generowanie „łańcucha” geometrii skarp i jej przekroju terenu

przygotowanie danych do zaprojektowania urządzeń odwadniających

w każdej fazie projektowanie może zostać wygenerowany plan sytuacyjny , profil podłużny, plan warstwicowy, plan ogólny i dane ilościowe ( w tym masy ziemne)

dane geometryczne mogą być modyfikowane stosownie do danych zyskiwanych w trakcie budowy

Wizualizacja

Równolegle z interaktywnymi graficznymi rozwiązaniami mogą być sprawdzone wizualnie

Dzięki perspektywicznym obrazom projektant może ocenić interpretację rozwiązań drogowych w środowisku i kreować zagospodarowanie otoczenia

Obrazy perspektywiczne modą w połączeniu ze zdjęciami lotniczymi tworzyć fotomontaże, które realistycznie przekazują ingerencję rozwiązania w krajobraz

Realistyczne ,kolorowe obrazy pokazują:

Ukształtowanie terenu,Obiekty drogowe; mosty ,maszty oświetlenia, znaki drogowe,Budynki, drzewa, pojazdy

Specyficzne funkcje

Oświetlenie w różnych kierunkach,Cienie,Zdjęcia z dowolnego miejsca i wysokości

Animizacja graficzna ruchu obiektów po modelowaniu powierzchni

Zalety systemu

Wysoka wydajność (oszczędność czasu i kosztów)

Wyższa jakość (projekty o wysokim stopniu realności)

Wysoka dokładność ( bardzo dokładne odwzorowanie terenu i rozwiązań projektowanych konstrukcji)

Elastyczność (znajduje zastosowanie w projektach różnych specjalności, od fazy detalu do ko....... rozwiązania )

Specjalne aplikacje MOSS'a

miernictwo geodezyjne, mapy numeryczne terenu,drogi, węzły, lotniska-modernizacja i rekonstrukcje nawierzchni dróg i lotnisk,koleje, metro, szybki tor,lotniska,drogi, porty, urządzenia hydrograficzne, mapy hydrograficzne,górnictwo odkrywkowe,projektowanie przestrzeni i rekultywacja,wysypiska śmieci,tamy ,kanały, zbiorniki wodne, regulacje rzek,tunele,odwodnienie i kanalizacja,projektowanie zabudowy na trójwymiarowym modelu terenu

Geometrie w planie i przekroju podłużnym:

Nazwanie geometrii : File > Geometr > New oraz składowych projektu

,Horizontal Alingnment -trasa,Vertical Alingnment - niweleta,Superelovation przechyłka wraz z rampami

Podaje się nazwy i sposoby definiowania krzywych,Trasa

Wierzchołkowa kątowa przy użyciu edtora graficznego

Zdefiniowanie prostych przez wskazanie położenia kolejnych wieżchołków

Wpisanie w załamania trasy krzywych

W trakcie wpisywania krzywych można skorzystać z narzędzi pomocniczych np. kalkulator do obliczenia parametrów łuków ,klotoidy

Składanie z elementów o zadanych stopniach swobody:

Po wstępnym ułożeniu elementów przez projektanta (2 typy krzywych: prosta oraz łuki z przypisanymi klotoidami ;wyjściową i wyjść) program tak je dopasowuje ,by tworzyły trasę ,to znaczy aby wszystkie elementy miały wspólne styczne)

Każde elementy ma przypisany 1 stopień swobody (status)

fixet -element stały (przypięty w 2 punktach)

floet - element obrotowy (przypięty 1 punktem)

free - element swobodny (nie przypięty)

Przy projektowaniu geometrii istnieje możliwość wykorzystania 2 rodzajów punktów:

Event - dowiązany do wcześniej zaprojektowanej trasy lub niwelety

COGO - dowolnie położone punkty o zadanych współrzędnych (Coordinate Geometry Points)

Przekrój podłużny - projektuje się z wykorzystując edytor graficzny.

Typowy tok postępowania przy projektowaniu niwelety:

wykreślenie profilu terenu i określenie układu rysunku

wprowadzenie punktów stałych ograniczających swobodne projektowanie niwelety

zdefiniowanie układu opisów pod rysunkiem

ewentualnie pomocniczy wydruk profilu terenu i ręczny szkic ogólnego przebiegu niwelety

zaprojektowanie niwelet.

Przekroje poprzeczne - tok postępowania

• Należy wygenerować przed niweletą przekroje terenu (pow. Terenu, trasa) oraz ich przejrzenie jak teren wygląda w osi zaprojektowanej trasy - pomaga w zaprojektowaniu niwelety

• Zdefiniowanie przekrojów normalnych dla odcinków prostych

• Przypisanie przekrojów normalnych do poszczególnych odc. Drogi

• Zdefiniowanie przechyłki na łukach

• Ustalenie sposobu kształtowania ramp

• Jeżeli mamy wszystko to program generuje przekrój poprzeczny z korpusem projektowanej drogi /wcześniej zdefiniowana niweleta/

Definicja drogi i utworzenie modelu jej powierzchni

• Do utworzenia przestrzennego modelu drogi musi być trasa, niweleta, przekrój normalny

• Należy pamiętać pojęcia:

• Roadway - droga /opis przypisania przekroju normalnego do trasy/

• Superelevation - sposób kształtowania przekroju na łuku (przechyłka i rampa)

• Uzyskany przestrzenny model drogi to numeryczny model

Roboty ziemne

• Utworzenie przekrojów do robót ziemnych

• Obliczenie robót ziemnych metodą poprzeczników

• Narysowanie wykresu transportu mas

CARD / 1

Obejmuje działy zastosowań

• Geodezja (rozważanie zagadnień geodezyjnych)

• Drogi (projektowanie dróg kołowych)

• Kolej (projektowanie dróg szynowych)

• Kanał (instalacje kanalizacyjne)

• Każdy z wyżej wymienionych modułów można nadbudować w systemie

• Zapewnia przeprowadzenie całego procesu projektowego od przyjęcia danych /np. w postaci punktów/ poprzez interaktywne projektowanie wszystkich elementów opracowania, plan sytuacyjny, oś, niweleta, model 3D, przekroje poprzeczne i podłużne

• Liczba projektów jest nieograniczona

• Bogata biblioteka i elementy, które program może sam za nas wykonać (krople duże i małe, wyspy trójkątne, prawoskręty z drogi głównej i podporządkowanej)

KOLEJ

-Tworzenie oi wraz ze wszystkimi elementami trsowania ciągu kolejowego przebiega podobnieja w przypadku dróg, graficzna interpretacja CARD-1 uwzględnia dynamiczne paramatry ruchu podczas konstruownia trasy oraz daje do dyspozycji specjalne krzywe przejściowe np. krzywe BLOSS, parabole czwartego stopnia, sinusoidy, radioidy itp.

-wszystkie rozjazdy sąautomatycznie obliczane i wiązane z niweletą w planie i profilu

-w systemie card można automatycznie tworzyć plany wysokościowe rozjazdów

KANAŁ

-System CARD-1 przeprowadza obliczenia dla modeli hydrologicznych i hydrologiczno-dynamicznych z uwzględnieniem około 20 rodzajów opadów deszczu.

-przekrój podłużny kanału może byćtworzony elastycznie jako przewód hydrologiczny lub wspólnie z drogowym przekrojem podłużnym

GEODEZJA

-system CARD-1 oblicza pojedyncze punkty, ciągi poligonowe i sieci geodezyjne

-pomiary mogąbyć wizualizowane w postaci szkicu pomiarowego, odpowiednich obliczeń dokonuje się przez graficzny wybór wskazywanych przez system wartości

-wszelkie obliczenia są protokołowane w formie ustalanej przez użytkownika

GeoTECZKA

-GeoTECZKA to system komputerowego wspomagania projektowania zawierający między innymi oprogramowanie do opracowywania projektów z zakresu planowania przestrzenie, inżynierii lądowej i wodnej oraz geodezji

-GeoTECZKA stanowi zestaw profesjonalnego oprogramowanie CAD, które wprowadzono w środowisko inteligentnej deski kreślarskiej (AutoCAD 2002)-rysowanie map wrastwicowych-odwzorowanie i kształtowanie powierzchni terenu-wprowadzenie i analiza danych z rejestratorów polowych-tworzenie map zasadniczych-projektowanie dróg, organizacji ruchu drogowego, niwelety terenu-zbiorników wodnych, sieci kanalizacyjnych

Civil Design

-projektowanie powierzchniowe, tyczenie powierzchni metodami inżynierskimi, automatyczne tyczenie skarp, obliczanie objęstości między dowolnymi powierzchniami, dokumentacja rysunkowa-projektowanie liniowe-kanalizacja sanitarna i deszczowa-hydrologia inżynierska

Geoteczka Drogi PL

Dostosowanie do polskich reguł i norm pakietów LandDesktop i Civil Design

Znaki Drogowe

-zestawienie symboli znaków drogowych-procedury automatyzujące i ułatwiające pozycjonowanie i opisy znaków-rozbudowana biblioteka symboli

Geodeska

-mapa numeryczna zgodna z instrukcjąK!-tematyczny podział struktur danych

-kalibracja rastra-konwersja układu współrzędnych-budowanie bazy danych w trakcie rysownia mapy-zgodność ze standardami

Współpraca w procesie projektowania

Pomoc przy realizacji projektu

-analiza iplanowanie przestrzenne

-geodezja, topografia, kształtowanie powierzchni terenu, projketowanie dróg, projektowanie tras kolejowych,, ochrona środowiska, przygotowanie terenów pod zabudowę, projektowanie kanalizacji sanitarnych i deszczowych, wycena terenów, analizy geotechniczne, tworzenie map

GEOSECMA

-to wielodostępny system informacji przestrzennej przeznaczonej do planowania, projektowania, ewidencjonowania.

-system ma budowę modułową

-możliwości
- gromadzenie, analiza i przetwarzanie danych przestrzennych

-obsługa map numerycznych-generowanie i obrabianie cyfrowego modelu terenu

-przygotowywanie rysunków i końcowych wydruków-pomocnicze obliczenia z zakresu geometrii analitycznej

-wymiarowanie danych-udostępnianie www-administrowanie bazą danych i systemem

PLATEIA

-projektowanie dróg i autostrad-optymalizacja toru ruchu pojazdów-optymalizacja parkingów-optymalizacja placów manewrowych

---