modele digitale de teren

8/3/2019 Modele Digitale de Teren

1/54

- 1 -

LUCRARE DE DISERTAIE

MODELELE DIGITALE DE TEREN I FOLOSIREA LOR

N PROIECTAREA TRIDIMENSIONAL A AMENAJRILOR

HIDROTEHNICE

ndrumtor:

Prof. Univ. Dr. Ing. Maftei Carmen Elena

Absolvent:

Crngau V. Raul

Constana~ 2010 ~

MINISTERUL EDUCAIEI I CERCETRIIUNIVERSITATEA "OVIDIUS" CONSTANA

FACULTATEA DE CONSTRUCIIStrada Unirii, nr. 22B

Tel: 0241 545093 int. 103, 104 Tel/Fax: 0241-618372e-mail: [email protected]


2/54

- 2 -

BORDEROU

Tema program a proiectului de diplom

Capitolul 1. Elemente introductive

Capitolul 2. Crearea modelelor digitale de teren (MDT)

2.1 Generaliti

2.2 Colectarea datelor din teren. Metode i instrumente.

2.3 Modelul Digital de Teren - forma final

Capitolul 3. Domenii de aplicare

Capitolul 4. Proiectarea unui canal hidrotehnic folosind

MDT i o soluie software gratuit.4.1 Considerente generale asupra software-urilor de proiectare

specializate

4.2 CadTools O soluie gratuit dar eficient

4.3 Descrierea etapelor proiectrii unui canal hidrotehnic folosind

CadTools

4.4 Verdict CadToolsCapitolul 5. Concluzii asupra folosirii MDT

Capitolul 6. Bibliografie


3/54

- 3 -

Specializarea: Managementul Integrat al Mediului

APROBAT

DECAN EF DE CATEDRProf. univ. dr. ing. Virgil Breabn Prof. univ. dr. ing. Lucica Rou

TEMA-PROGRAMa lucrrii de disertaie a absolventului: Crngau Raul

1. Tema lucrrii de disertaie: Modelele digitale de teren i folosirea lor n proiectarea

tridimensional a amenajrilor hidrotehnice2. Termenul final de predare: 27 iunie

3. Cuprinsul lucrrii de disertaie:

Partea scris conine urmtoarele elemente:

o Capitolul 1 - Elemente introductiveo Capitolul 2 - Crearea modelelor digitale de teren (MDT)o Capitolul 3 - Domenii de aplicareo Capitolul 4 - Proiectarea unui canal hidrotehnic folosind MDT i o soluie software

gratuit.

o Capitolul 5 Concluzii asupra folosirii MDTo Capitolul 6 - Bibliografie

ndrumtor, Absolvent,Prof. univ. dr. ing. Maftei Carmen Elena Crngau Raul

MINISTERUL EDUCAIEI I CERCETRIIUNIVERSITATEA "OVIDIUS" CONSTANA

FACULTATEA DE CONSTRUCIIStrada Unirii, nr. 22B

Tel: 0241 545093 int. 103, 104 Tel/Fax: 0241-618372e-mail: [email protected]


4/54

- 4 -

Capitolul 1. Elemente introductive

nc de la nceput, modelele de teren au fost folosite de ctre personalul militari de cel

tehnic, cunoscndu-se exemple nc de la nceputul secolului al 16-lea, cnd Papa Clement VII afolosit un model sculptat n plut , pentru a planifica atacul asupra Florenei.

n anul 1957, Prof. Robertson de la M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology) a

propus, pentru prima dat, folosirea computerului digital mpreun cu fotogrammetria, ca o nou

metod de colectare a datelor pentru proiectarea autostrzilor. n continuare aceast metod a

fost studiat i dezvoltat de ctre profesorii Miller i Laflamme n 1958, acetia din urm

introducnd totodat i conceptul de Digital Terrain Model (DTM) Model Digital de Teren

(MDT).

Modelul Digital de Teren este o reprezentare statistic a suprafeei continue a terenului

cu ajutorul unui numr mare de puncte selectate, de coordonate X, Yi Z cunoscute, ntr-un

sistem de coordonate arbitrar.

Odat cu dezvoltarea sistemelor de calcul, MDT i-au fcut simit prezena din ce n ce

mai mult, impunndu-se ca i concept de baz n foarte multe domenii, datorit avantajelor

imense pe care le prezint:

O varietate de forme de reprezentare: curbe de nivel, seciuni, reprezentri 3D etc. Nu i pierd precizia de-a lungul timpului, spre deosebire de planurile de hrtie care se

deformeazi i pierd din claritate de-a lungul timpului;

Fezabilitate mare n sensul automatizrii i procesrii n timp real: n format digitalintegrarea datelor noi precum i reactualizarea celor mai vechi este mult mai rapid i

mai uoar dect n cazul unor reprezentri analogice;

Reprezentare facil n mai multe scri: MDT pot fi foarte uor adaptate la cerinele descar.

Cu timpul, din definiia iniial dat de Miller i Laflamme, s-au desprins noi

terminologii pe msur ce conceptul de MDT a avansat. Astfel reprezentrile digitale pot fi

regsite sub o serie de termeni mai mult sau mai puini sinonimi:

DEM (Digital Elevation Model): Se refer n general la o reea poligonal regulat (alctuit din ptrate sau

hexagoane) de elevaie constant.


5/54

- 5 -

Acest termen este larg rspndit in S.U.A. DHM (Digital Height Model):

Similar cu DEM dar mai puin folosit. Acest termen este originar din Germania.

DGM (Digital Ground Model): Similar cu definiiile de mai sus dar cu un accent pus pe reprezentarea suprafeei

continue a Pmntului.

Acest termen se folosete n general n Marea Britanie. DTM (Digital Terrain Model):

Un concept mai complex ce implic, n afar de cote, i alte elemente precum:vi, creste, ruri etc.

Cuprinde relieful terenului precum i datele derivate ( pant, vizibilitate etc.) DTED (Digital Terrain Elevation Data):

Termen folosit de ctre US National Geospatial-Intelligence Agency (NGA). Se refer n general la reele poligonale regulate;.

DSM (Digital Surface Model): DSM se refer la modele digitale ce includ n setul de date i elementele de pe

suprafaa Pmntului (de ex. Cldiri, vegetaie etc. )

Este foarte important n realizarea ortofotoplanurilor.

n aceast lucrare se va pune accent pe descrierea MDT Modelelor Digitale de Teren, a

crerii i folosirii lor n contextul domeniilor de aplicare curente.


6/54

- 6 -

Capitolul 2. Crearea modelelor digitale de teren (MDT)

2.1 Generaliti

nsi prin definiie MDT-ul este o reprezentare digital a terenului, aa c pentru a se

ajunge la forma final, forma utilizabil, se parcurg dou etape principale:

Colectarea datelor din teren Prelucrarea datelor colectate

Crearea MDT este o activitate complex, att prin prisma multitudinii de metode folosite

pentru colectarea datelor din teren, ct i prin alegerea celei mai potrivite abordri pentru

prelucrarea datelor, astfel nct s rezulte un produs final care mbin calitatea optim necesar

pentru aplicaie, cu timpul ct mai scurt de realizare.

n condiiile actuale, piaa ofer o multitudine de soluii, att n cazul instrumentelori

metodelor de colectare a datelor, ct i n cazul aplicaiilor software care creeazi/sau folosesc

MDT.

2.2 Colectarea datelor din teren. Metode i instrumente.

n prim faz trebuie luat n consideraie corelarea tipului de MDT cu categoria deactivitate n care va fi folosit, precum i cu software-ul utilizat.

Astfel, dei exist o multitudine de metode i instrumente dedicate acestei activiti,

niciuna nu poate fi considerat perfect n totalitate, putndu-se discuta doar despre o metod

optim pentru fiecare aplicaie.

Alegerea metodei se bazeaz pe trei considerente principale ce snt interdependente i

acioneaz ca i condiii obligatorii:

1.

Precizia MDT-ului, necesar pentru obinerea n urma activitii desfurate a unordate relevante la nivelul cerut de standarde;

2. Timpul alocat pentru aceast etap n cadrul unui proiect;3. Costul total, n condiiile unui buget fix alocat.n final, pe baza acestor considerente principale dar i pe baza altora, precum:

posibilitatea aplicrii unei metode n zona de studiu, experiena celor ce vor utiliza datele,

prezena n zon a unor firme specializate i suportul local pentru echipamentele folosite etc., se

va alege metoda optim de colectare a datelor.


7/54

- 7 -

n continuare vor fi prezentate principalele metode de colectare a datelor utilizate n

prezent pe scara larg.

2.2.1 Stereofotogrammetria

Stereofotogrammetria este o tehnic mai complex de fotogrammetrie, prin care se pot

estima coordonatele tridimensionale ale unui obiect.

Termenul de fotogrammetrie a fost folosit pentru prima dat ntr-o lucrare publicat n

anul 1867.

Fotogrammetria reprezint arta, tiina i tehnologia de a obine informaii fiabile

provenind din imagini, despre Pmnti mediul su precum i alte obiecte fizice, i procesele de

nregistrare, m surare, analizare i reprezentare. (extras din definiia dat de ISPRS - The

International Society for Photogrammetry and Remote Sensing).

Fotogrammetria face parte din categoria metodelor ce folosesc senzori pasivi, n acest caz

fiind vorba de senzori optici.

Ca principiu. stereogramele snt realizate prin preluarea mai multor imagini ale unei

zone, din diferite poziii, astfel nct prin compunerea lor s poat fi apreciate coordonatele

spaiale ale zonei (Fig. 1).

Fig. 1

PUNCTE DE PRELUARE

PUNCT VIZAT


8/54

- 8 -

n Canada, Edouard Deville (Fig. 2) , Topograful General al Dominionului Britanic, a

inventat primul instrument de reproducere grafic stereoscopic denumit Stereo-Planigraf

(Fig.3), n anul 1896; ns complexitatea acestui instrument a fcut ca el s nu fie folosit pe scar

larg.

Fig. 2 - Edouard Deville Fig. 3 - Stereo-Planigraful Deville

Primul pas, cu adevrat important pentru acest domeniu, a fost fcut odat cu apariia

avioanelor, acestea fiind o platform mult superioar fa de cea terestr, aprnd astfel domeniul

numit aerofotogrammetrie (Fig. 4) .

Fig. 4


9/54

- 9 -

n timp, avansul tehnologic a permis perfecionarea acestui domeniu, att prin prisma

dezvoltrii unor platforme de zbor mult mai performante ct i prin prisma dezvoltrii

instrumentelor (camere foto, sisteme de stabilizare i corecie etc.) folosite.

Momentan pentru efectuarea msurtorilor stereofotogrammetrice se folosesc sisteme

integrate, formate din camere digitale i sisteme de stabilizare i control, aeropurtate precum: LH

Systems-DMC (Fig. 5) sau Leica ADS40 (Fig. 6). Avantajul mare al introducerii sistemelor

digitale n msurtorile stereofotogrammetrice l reprezint creterea cantitii de date stocat n

timpul unui zbor precum i utilizarea unor programe ce automatizeaz n mare parte prelucrarea

datelor, scurtnd semnificativ timpul de prelucrare.

Pentru realizarea triangulaiei un scanner de nou generaie, precum cel de tipul

mturator din care face parte i sistemul Leica ADS40 , trebuie s aib trei linii de senzori n

planul focal. Ele sunt montate n aa fel nct una este orientat nainte, una este orientat napoi

Fig. 5 - Sistem LH Systems-DMC instalat ntr-un avion Piper Navajo Chieftain

Fig. 6 - Sistem Leica ADS40 instalat pe platforma aeronautica


10/54

- 10 -

i una este orientat perpendicular pe teren (nadir). Distana dintre linia senzorilor orientai

nainte i linia de nadir nu trebuie s fie egal cu distana dintre linia senzorilor orientai napoi i

linia de nadir. Pentru ADS40 punctele de vedere nainte i napoi utilizeaz diferite unghiuri.

Scanarea pentru fiecare linie este numit o scen. Scena preluat de o linie de senzori este

similar cu o imagine digital a unui senzor de cadru (Fig. 7).

Fig. 7 - Model de captura folosind sistemul Leica ADS40

n final datele preluate n timpul zborului snt prelucrate folosind un software specializat

ORIMA care analizeaz, corecteazi produce setul de puncte necesar crerii unui MDT.

O alt abordare a capturii imaginilor de deasupra terenului o reprezint folosirea

sateliilor precum SPOT (Satellite Pour l'Observation de la Terre) (Fig. 8). nsa imaginile (Fig. 9)

preluate astfel nu au o precizie suficient crerii unei stereoscopii de mare rezoluie.

Fig. 8 - Satelitul SPOT5 Fig. 9 - Imagine preluata de SPOT5


11/54

- 11 -

Aerofotogrammetria reprezint cea mai simpli mai economic modalitate de obinere a

datelor, atunci cnd dorim cartografierea unor suprafee extinse. Prin aceast metod se ncearc

de fapt minimalizarea efortului de culegere a datelor, coroborat cu creterea acurateei modelelor

obinute.

2.2.2 RADAR si LIDAR

Dou dintre cele mai puternice metode de preluare a

geometriei terenului snt tehnologia RADAR (RAdio

Detection and Ranging - adic detectarea prin radio i

determinarea distanei) i LIDAR ((LIght Detection And

Ranging - detectarea prin lumini determinarea distanei).

Acestea snt tehnologii ce folosesc senzori activi

pentru preluarea informaiei. Senzorii activii emit unde

radio n cazul RADAR-ului sau fascicule LASER n cazul

LIDAR-ului iar pe baza rspunsului generat de int este

prelevat poziia, precum i alte proprieti ale acesteia.

n cazul colectrii de date pentru crearea MDT cu

ajutorul tehnologiei RADAR, una din cele mai puternice

tehnologii este metoda interferometriei radar cu apertur

sintetic. (InSAR sau IfSAR). Aceast metod utilizeaz

dou sau mai multe imagini preluate cu un echipament radar

cu apertura sintetic SAR(Fig. 10) pentru a genera hri de deformare de suprafa sau elevaie

digital, folosind diferenele de faza ale undelor (Fig. 11)ce revin ctre satelit sau aeronav.

Fig. 10 - Imagine preluat cu ajutorul SAR Fig. 11 - Diferena de faz


12/54

- 12 -

Pentru preluarea datelor de altitudine snt necesare doua imagini, astfel nct prin

intermediul interferometriei s poat fi calculate diferenele de nivel. De aceea snt necesare

dou treceri n cazul sateliilor echipai cu o singur anten - RADARSAT-1 (Fig. 12) sau

TerraSAR-X - sau o singur trecere n cazul SRTM (Shuttle Radar Topography Mission ),

misiunea spaiala n care naveta ENDEAVOUR a fost echipat cu dou antene (Fig. 13).

Fig. 12 - RADARSAT-1 Fig. 13

Precizia datelor furnizate prin aceasta metod variaz, funcie de echipamentul folosit i

de zon. n cazul datelor preluate n timpul SRTM, rezoluia terenului este de 30m, n cazul

teritoriului SUA i de 90m n restul lumii, precum i anumite zone cu rezoluie ridicat dar care

nu snt publice dect n mic msuri doar pe suprafee restrnse. De asemenea, n acest set de

date, exist spaii libere n care msurtorile nu au putut fi efectuate cu precizie dar acestea

totalizeaz doar 0.2% din suprafaa msurat.

Asemeni sistemelor ce folosesc tehnologia RADAR , instrumentele de msur din

categoria LIDAR au o productivitate ridicat.

n cazul acestora din urm, montarea lor pe satelii artificiali nu aduce beneficii majore

pentru crearea MDT, ci mai degrab pentru studierea fenomenelor meteorologice, datorit

interferenelor produse n principal de ctre vaporii de ap din atmosfera. De aceea, pentru

exploatarea eficient a acestor sisteme, este necesar captarea datelor la un nivel mai apropiat de

sol prin montarea lor pe aparate de zbor sau chiar prin folosirea unor staii mobile amplasate la

sol.

Scanerele LIDAR nu creeaz imagini, n sensul propriu al cuvntului, ci msoar

topografia suprafeei Pmntului prin generarea unor seturi mari de puncte n coordonate XYZ


13/54

- 13 -

nori de puncte (Fig. 14) - cu o precizie n domeniul milimetrilor n cazul staiilor terestre (Fig.

15) i cu o precizie n domeniul centimetrilor n cazul sistemelor aeropurtate (Fig. 16).

Fig. 14 - Scanarea unui imobil cu Leica ScanStation 2

High Definition Scanner

Fig. 15 - Leica ScanStation 2

High Definition Scanner

n majoritatea cazurilor, la scanerul LIDAR este ataat o camera digital pentru ca n

timpul procesrii datelor operatorul sa aib o imagine real a terenului msurat.

n cazul sistemelor aeropurtate,

precum Leica ALS40, coordonatele punctelor

snt calculate pe baza distanei msurate cu

raze LASER de la bordul aeronavei, ncombinaie cu poziia i altitudinea aeronavei

pe baza datelor derivate din sistemele GPS

aeropurtate i a subsistemelor de navigatie

ineriala.

De asemenea este nevoie de

amplasarea la sol a unei staii GPS de

referin.

Precizia scanerelor moderne este mare

datorit cantitii de informaie recepionat,

Aceste modele noi nregistrnd de mai multe

Fig. 16 ori ecoul razei LASER emis ctre int,

evitndu-se astfel n mare msur nregistrrile eronate datorate n special vegetaiei.

n urma msurtorilor efectuate rezult aa numiii nori de puncte aglomerri de

puncte ce fac ca datele brute sa conin milioane de puncte, lucru care dei ar duce la o rezoluie

mare a MDT va duce nsi la o cretere a necesarului de resurse computaionale. Aa c este


14/54

- 14 -

necesar o etap de post procesare a acestor date, stabilindu-se o densitate optima a punctelor

astfel nct s existe un echilibru ntre calitate i necesarul de resurse computaionale.

Dei preul echipamentelor LIDAR este destul de ridicat, rapiditatea i precizia

msurtorilor fac ca raportul cost/beneficiu s fie unul foarte bun.

2.2.3 Digitizarea curbelor de nivel de pe planuri vechi

Aceasta este de departe cea mai ieftin soluie pentru generarea unor MDT de dimensiuni

destul de mari. Pe lng acest avantaj apar nsi multe dezavantaje :

Precizia las de dorit - planurile ce conin curbe denivel au la baz ridicri topografice realizate cu mult

timp n urm, morfologia terenului fiind ns ntr-o

continu schimbare;

Fiind o copie fidel a curbelor de pe planul desenat,modelul creat va perpetua eventualele greeli ce s-au

fcut la ntocmirea planului iniial;

Un alt mare dezavantaj l reprezint faptul c, spredeosebire de celelalte metode, informaia este strict

concentrat pe curbele de nivel, ntre acestea fiind

spaii libere care nu pot fi interpretate cu acuratee.

Digitizarea planurilor se poate realiza prin mai multe metode.

Digitizarea manual, se poate realiza folosind echipamente speciale precum tabletele

digitizatoare (Fig 17). Acestea snt formate dintr-o plac pe care este aezat planul i un

dispozitiv prevzut cu un vizor, numit puck, cu care operatorul parcurge curbele de nivel,

micarea acestuia fiind nregistrat de reeaua de senzori aflat n plac i transmis ctre PC

pentru a fi stocat n format digital (vectorizat).

Fig. 17 - Modele de tablete digitizatoare


15/54

- 15 -

Aceste tabletele snt ns costisitoare i nu ofer o precizie mare n condiiile unei

prelucrri rapide.

O alt metod manual de digitizare o reprezint scanarea planurilori trasarea manual

a curbelor cu ajutorul mouse-ului n mediul unui soft de vectorizare (Fig 18).

Digitizarea curbelor de nivel se poate

face i n mod automat i semiautomat,

folosind programe specializate ce analizeaz

imaginile scanate fcnd automat transformarea

din format rasterizat n format vectorizat. n

general rezultatul digitizrii automate necesit

o prelucrare manual n funcie de calitatea

planului iniial.

Fig 18

2.2.4 Ridicri topografice

Este cea mai precis metod de prelevare a punctelor necesare crerii unui MDT att prin

prisma preciziei instrumentelor folosite ct i prin caracterizarea unui punct direct n teren de

ctre topograf , aceasta din urm fiind o caracteristic ce lipsete celorlalte metode.

Pentru realizarea ridicrilor topografice, actualmente, se folosesc n principal urmtoarele

instrumente:

Staia total (Fig 19). - este un instrument opticutilizat n msurtorile topografice. Mai concret este

o combinaie ntre clasicul teodolit i un instrument

electronic de msurare a distanelor. Generaiile

recente includ i un mic calculator, care pe lng

capabilitatea de stocare, poate oferi i calcule extrem

de precise. Cu staia total principial se msoar

unghiurile verticale i orizontale, funcie de Nordul

real, precum i distanele ctre punctul de msurat,

putndu-se calcula n timp real i coordonatele

punctelor radiate.

Fig 19


16/54

- 16 -

Sistemele topografice de tip GNSS (GlobalNavigation Satellite Systems Sistem global de

navigaie prin satelit - Fig 20) cu msurare n

timp real folosesc comunicarea cu sateliii din

reeaua GPS (Global Positioning System

Sistem de poziionare global) i echivalente

(GLONASS, Galileo, QZSS etc) pentru redarea

ct mai precis a coordonatelor punctului

msurat.

Fig. 20

Punctul slab al acestei metode este faptul c nu poate fi folosit dect pe arii restrnse, o

utilizare pe spaii largi ar duce la costuri mari i un timp ndelungat de lucru.

2.3 Modelul Digital de Teren - forma final

2.3.1 Prelucrarea Modelelor Digitale de Teren

n urma msurtorilor efectuate rezult o form brut a datelor necesare crerii formeifinale a MDT. Dei n prim faz aceste date au fost prelucrate prin procedee specifice fiecrei

metode de colectare a datelor din teren, acestea nu fac dect s valideze legitimitatea unui punct

de a aparine setului de date astfel creat. ns pentru a se ajunge la o form utilizabil snt

necesare i alte operaiuni de editare a datelor i chiar a MDT iniial i a celor intermediare

pentru a se ajunge n final la un model precis capabil s formeze o baz stabil pentru analizele i

modelrile ce vor fi efectuate.

Cele mai ntlnite tipuri de manipulare snt:1. Corecia erorilor aprute n crearea MDT i reactualizarea lui. n urma crerii MDT

iniial se pot observa unele erori n alctuirea acestuia, fie c ele apar din cauza setului de date

introdus fie din cauza programului ce genereaz modelul. Una dintre cele mai ntlnite erori este

ncadrarea unor puncte izolate cu nivel zero (Z=0) sau cu cote mult diferite de intervalul general

al celorlalte puncte. Acestea pot fi identificate foarte uor n urma unei analize vizuale

verificarea MDT n izometrie (Fig. 21), a unei analize analitice prin verificarea plafoanelor de

minim sau maxim pentru cotele punctelor din setul de date (Fig. 22), precum i printr-o analiz

combinat urmrirea unei reprezentri grafice a zonelor de pant accentuat (Fig. 23).


17/54

- 17 -

Fig. 21

Fig. 22

Fig. 23


18/54

- 18 -

Alte erori ce pot apare frecvent snt: alegerea sistemului de coordonate greit, alte erori

legate de orientarea setului de date, erori la alegerea parametrilor afereni importului de date n

programul ce realizeaz MDT etc.

2. n afara coreciei erorilor se pot face i anumite mbuntiri MDT astfel nct acesta saib o form ct mai apropiat de terenul real dari pentru a fi eliminate poriuni care nu snt

necesare i care ar ncrca suplimentar i nejustificat MDT (Fig. 24). Astfel se pot face

operaiuni de eliminare a poligoanelor marginale precum i introducerea unor linii de rupere

breaklines (Fig. 25) care vor mbunti foarte mult acurateea MDT.

Fig. 24 -Eliminarea poligoanelor marginale suplimentare

Fig. 25 -Introducerea liniilor de rupere


19/54

- 19 -

Alte mbuntiri pot fi: comprimarea

modelului prin anularea unor poligoane ce se

afl n acelai plan sau mbuntiri de ordin

vizual precum finisarea suplimentar a

modelului poligonal (Fig. 26) prin introducerea

un poligoane interpolate n MDT.

Fig. 26

3. Combinarea unor seturi de date provenite din metode diferite de msurare , cum ar fi deexemplu inserarea ntr-un model format din digitizarea unor planuri a unei ridicri topografice

realizat ntr-un amplasament n care este necesar o precizie superioar celei oferite de modelul

iniial format din curbe de nivel (Fig. 27 i Fig. 28).

Fig. 27 - Curbe de nivel (rou) i puncte din ridicarea topografic (albastru)

Fig. 28 - Diferena ntre cele dou MDT rezultate


20/54

- 20 -

4. n anumite cazuri este necesar convertirea unui MDT dintr-un tip n altul (Fig. 29), deexemplu din TIN (reea neregulat de triunghiuri) n GRID (reea rectangular regulat).

Fig. 29 -Modelul iniial TIN (galben) i modelul convertit n format GRID (verde)

2.3.2 Vizualizarea Modelelor Digitale de Teren

Pentru vizualizarea MDT exist foarte multe posibiliti teoretice n condiiile n care

acestea snt de fapt nite suprafee generate de computer. ns n realitate nu toate metodele de

generare a suprafeelor cu ajutorul computerului snt eficiente n cazul reprezentrii MDT. nmare parte aceast situaie are la baz dou considerente foarte importante :

Anumite tipuri nu snt potrivite din cauza faptului c necesit resurse foarte mari pentrustocare i/sau vizualizare;

Alte tipuri nu permit aplicarea analizelor ce se desfoar de obicei pe un MDT saunecesit algoritmi mult prea complicai.

Cele mai folosite metode de reprezentare ale unui MDT snt : curbele de nivel, reelele

neregulate de triunghiuri TIN i reelele rectangulare regulate GRID.

1. Reprezentarea prin curbe de nivel (Fig. 30) acestea snt locul geometric al punctelor deaceeai cot. Dei reprezentarea de acest tip este una simplist, n anumite cazuri ea este foarte

intuitiv datorit alurii curbelor. Dezavantajul este c informaia este concentrat pe contur iar

ntre curbele de nivel aceasta lipsete, putnd duce la interpretri greite n cazuri n care este

necesar o precizie mai mare dect echidistana modelului curbelor de nivel.


21/54

- 21 -

Fig. 30 -Reprezentarea unui MDT prin curbe de nivel

2. Un alt tip de vizualizare a MDT este tipul GRID (Fig. 31). Acest tip de MDT esteprezentat sub forma unei reele rectangulare regulate, calitatea i precizia acestui model innd

cont de dimensiunea laturii celulelor reelei.

Fig. 31 -Reprezentarea unui MDT n forma GRID

Ca i reprezentare modelele de tip raster pot fi la rndul lor reprezentate n dou moduri:

Sub form de zbrele (Fig. 32) caz n care colurile poligoanelor snt coincidente cupunctele colectate din teren;

Sau sub forma absolut (Fig. 33) caz n care punctul colectat din teren se afl n mijloculpoligonului.


22/54

- 22 -

Fig. 32 Fig. 33

n general, acest tip este folosit n cadrul aplicaiilor GIS datorit faptului c are o

structur simpl, rectangular, asemeni unei imagini digitale, elevaia fiind dat la intervale

regulate. Aceast structur simpl rectangular face ca MDT de tip GRID s fie propice

efecturii de analize matriceale. De asemenea, acest format este i formatul n care snt stocate

msurtorile satelitare, msurtori ce reprezint n mare parte baza studiilor efectuate cu ajutorul

tehnicilor GIS. Astfel nu mai este nevoie s se execute o transformare dintr-un tip de MDT n

altul, aciune ce ar dura foarte mult n cazul unor seturi de date corespunztoare unor suprafee

foarte mari de teren.

ns acest tip de MDT are i dezavantaje; amintim urmtoarele:

Eantionarea datelor este ineficient, de cele mai multe ori zonele de minim i de maximprecum i zonele cu variaii mici de nlime snt foarte puin detaliate;

Necesit spaii de stocare foarte mari; Introducerea liniilor de rupere este foarte grea; Reconstruirea suprafeelor dureaz foarte mult datorit efecturii unor calcule de mare

complexitate.

3. Reelele neregulate de triunghiuri (Fig. 34) TIN snt n general folosite n cadrul programelor de proiectare din ingineria civila, n lucrri ce implica n special calcule de

terasamente, precum: canale, ndiguiri, baraje , drumuri, platforme etc.

Modelele de tip TIN snt alctuite din triunghiuri ce au vrfurile n punctele colectate din

teren (Fig. 35).


23/54

- 23 -

Fig. 34 -Reprezentarea unui MDT n forma TIN

Fig. 35 -Elementele constituente ale unei triangulatii

Pentru generarea unei triangulaii se pot folosi mai multe tehnici ns niciuna nu egaleaz

ca i caracteristici triangulaia de tip Delauney, inventat n 1934 de ctre matematicianul rus

Boris Delauney. Acest tip de triangulaie este superior din toate punctele de vedere altor metode:

este o metod rapid, lucru imperios necesar n condiiile lucrului cu seturi de date demari dimensiuni ;


24/54


25/54

- 25 -

Primele pe lista domeniilor de activitate ce folosesc MDT snt ingineria civil i

disciplinele ce studiaz mediul.

Ca i aplicaii n domeniul ingineriei,putem enumera urmtoarele: construcia de drumuri,

ci ferate, canale, baraje, diguri, reele de conducte de diferite tipuri, platforme etc. (Fig. 37).

Toate acestea snt mult mai uor de proiectat i mai precise folosind MDT, att prin faptul c

proiectantului i se ofer un mediu dinamic i rapid de lucru, funcii automatizate pentru fiecare

parte a unui proiect precum i o viziune att de ansamblu ct i de detaliu asupra proiectului.

Model 3D al unui drum Model 3D al unui canal

Model 3D al unei amenajari hidrotehnice Model 3D al unei reele de canalizare

Fig. 37

n cazul ingineriei civile beneficiile au fost uriae. Introducerea programelor de

proiectare asistat de calculator - CAD (Computer-Aided Design), au fcut posibil abordarea

unor proiecte complexe, ntinse pe suprafee foarte mari ntr-un timp foarte scurt i cu o precizie

i dinamic mult mai mare fa de vechile metode ce impuneau folosirea planurilor de hrtie.

Unul dintre primele programe, ce folosesc MDT, adresate ingineriei civile a fost creat de

Prof. Charles L. Miller de la M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology) la sfritul anilor1960 i se numea Digital Terrain Model System (Fig. 38). Acesta a fost creat la cererea U. S.


26/54

- 26 -

Bureau of Public Roads ( Biroul Drumurilor Publice din S.U.A.) i era format din mai multe

programe cu funcii separate (editarea terenului, crearea geometriei n plan, calculul volumelor

de terasamente etc.) deoarece computerele aflate n dotare, model IBM 650, aveau un spa iu

limitat de stocare.

Fig. 38 -Principiul de funcionare al programului Digital Terrain Model System

n anul 1973 s-a fcut pas important n domeniul proiectrii lucrrilor civile prin

introducerea programului MOSS, creat de ctre o echip de ingineri din Marea Britanie. Dac

pn acum acest tip de programe folosea sistemul profilelor transversale caracteristice, MOSS

(Modeling Of Surfaces with Strings Modelarea suprafeelor cu ajutorul irurilor)introducea un

concept revoluionar modelarea prin string-uri. Astfel n noua concepie, orice element era

definit de sine stttori avea proprieti bine definite, caracteristice clasei din care fcea parte.

Acum piaa sistemelor CAD pentru proiecte civile este una foarte dinamic, multitudinea

de soluii acoperind n ntregime toate segmentele de pia, att ca nivel de performani funcii,

ct i din punct de vedere al preurilor de la mii de euro la programe gratuite.

Un program CAD destinat ingineriei civile folosete MDT pentru a extrage toate datele

de teren necesare proiectrii precum: crearea profilelor longitudinale (Fig. 39), a profilelor

transversale (Fig. 40), calculul cantitilor de terasamente etc. Aceste activiti constituiau n

trecut cea mai ndelungat etap din cadrul unui proiect.


27/54

- 27 -

Fig. 39 -Profil longitudinal extras din programul ANADELTA TESSERA

Fig. 40 -Profil transversal extras din programul ANADELTA TESSERA


28/54


29/54

- 29 -

Programele din noua generaie, pe lng multitudinea de funcii disponibile, snt capabile

s stocheze fiecare component a proiectului cu proprietile sale reale i creeze legturi logice

ntre prile componente ale unui model 3D, rezultnd astfel un sistem dinamic care face ca orice

modificare a unei componente a proiectului s se reflecte automat n toate celelalte componente.

Astfel proiectantul poate primi un rspuns clari rapid la orice problem iviti poate elabora

mai multe variante pentru rezolvarea acesteia ntr-un timp foarte scurt.

O alt ramur a software-ului ce folosete ca baz MDT este alctuit din familia

programelor de tip GIS - Geographic Information System(Sistem informaional geografic). Acest

sistem este utilizat pentru a crea, stoca, a analiza i prelucra informaii distribuite spaial printr-

un proces computerizat. Tehnologia GIS poate fi utilizat n diverse domenii tiinifice cum ar fi:

managementul resurselor, studii de impact asupra mediului, cartografie, planificarea rutelor.

Specific unui GIS este modul de organizare a informaiei gestionate. Exist dou tipuri de

informaie: una grafic, ce indic repartiia spaial a elementelor studiate, i alta sub form de

baz de date, pentru a stoca atributele asociate acestor elemente (de ex. pentru o osea lungimea

ei, limea, numrul benzilor, materialul de construcie etc.).

Informaia grafic poate fi de dou feluri: raster sau vectorial. Grafica raster este o

modalitate de reprezentare a imaginilor n aplicaii software sub form de matrice de pixeli n

timp ce grafica vectorial este o metod de reprezentare a imaginilor cu ajutorul unor primitive

geometrice (puncte, segmente, poligoane), caracterizate de ecuaii matematice. Specific

sistemelor GIS este asocierea unui sistem de coordonate geografic matricei de pixeli (la

imaginile raster) sau vectorilor - procedeul poarta numele de georefereniere. Astfel unui

obiect (reprezentat fie printr-o imagine, fie printr-un vector) i este asociat o poziie unic n

Sistemul Informatic corespunztoare poziiei geografice din lumea real.

Datorit informaiilor asociate graficii, Sistemele Informatice Geografice beneficiaz de

toate oportunitile de interogare pe care le ofer sistemele moderne de baze de date i n plus pot

oferi uor analize orientate pe anumite zone geografice - aa numitele hri tematice (Fig. 43).

Fig. 43 - Model al unei simulri de

propagare a unui incendiu forestier


30/54

- 30 -

Aplicaiile GIS folosesc MDT pentru crea diverse simulri i observaii asupra terenului

precum:

analizarea zonelor de pant ncadrate ntr-un anumit interval i crearea unor hri alezonelor cu risc de alunecri de teren (Fig. 44);

MDT al zonei Cincinnati, OhioRezultatul analizei zonelor cu risc de

alunecri de teren

Fig. 44

delimitarea bazinelor hidrografice i analizarea caracteristicilor lor (Fig. 45);

Fig. 45 -MDT cu delimitarea bazinelor hidrografice (rou) si

liniile de scurgere ale apei (cyan)


31/54

- 31 -

evaluarea gradului de risc la inundaie i stabilirea zonelor inundabile n diferite scenarii(Fig. 46);

Fig. 46 - Zonele inundate din Lunca Dunrii: Sector Ghidici - Rast Bistre -

Mceu de Jos, 16.05.2006, ora 09:00 UTC, 11:00 local

Autori: ANM - Laboratorul de Teledetecie i GIS

crearea unei hri a zonelor de vizibilitate aferente unui punct dat (Fig. 47);

Imaginea MDT originalHarta zonelor vizibile din cele cinci

puncte

Fig. 47


32/54

- 32 -

n cazul aplicaiilor de tip GIS nu este ntotdeauna nevoie de un MDT, ci seturile de date

pot reprezenta ali factori precum : cantiti de precipitaii, vrsta locuitorilor unei zone etc.

O alt industrie care folosete cu succes MDT este industria energiei eoliene. Dezvoltarea

exploziv a acestei ramuri energetice, a dus i la o dezvoltare foarte mare a activitilor de

suport, printre acestea fiind i uneltele i programele de colectare i prelucrare a datelor n

vederea proiectrii marilor complexuri eoliene. Astfel n condiiile actuale cnd aceast pia

este totui la nceput, marile companii productoare de energie, precum i ali investitori, duc o

curs acerb de ocupare a zonelor cu potenial de recoltare a energiei eoliene. Ca n orice curs

cel care se mic mai repede ctig, aa c viteza cu care dezvoltatorul reuete s ocupe terenul

respectiv este principala cerin. ns n economia de pia actual nimeni nu risc fr s aib la

baz certitudinea obinerii unor rezultate favorabile aa c la baza oricrei investiii st un studiu

de fezabilitate. Aici intr n scen MDT, care alturi de datele culese despre caracteristicile

vntului n acea zon, snt procesate cu ajutorul unor programe rezultnd n final o cartare a

zonelor cu potenial eolian maxim, respectiv zonele optime pentru amplasarea turbinelor eoliene

(Fig. 48).

Fig. 48 - Vizualizare a datelor n programul WINDSIM


33/54

- 33 -

Alte domenii n care MDT au un aport important

elaborarea strategiilor militare prinanalizarea detaliati n siguran a

zonei de conflict;

simulatoarele de zbor profesionale, attmilitare ct i comerciale, sau din

categoria celor de divertisment;

studii arheologice;

volumetrii n exploatrile miniere desuprafai din subteran;


34/54

- 34 -

crearea machetelor de teren;

prezentri 3D, animaii etc.

rectificarea aerofotogrameloriimaginilor satelitare;

cartarea liniilor electrice


35/54

- 35 -

Capitolul 4. Proiectarea unui canal hidrotehnic folosind MDT i o

soluie software gratuit

4.1 Considerente generale asupra software-urilor de proiectare specializate

Datorit nenumratelor domenii n care MDT snt folosite cu succes, piaa software ofer

o mulime de variante, att prin prisma domeniului de utilizare ct i prin funciile oferite i nu n

ultimul rnd preul.

Aa cum am descris n capitolul anterior, unul dintre principalele domenii n care

folosirea MDT a adus beneficii majore, este cel al ingineriei civile. Odat cu introducerea

programelor de proiectare, durata de realizare a unui proiect a sczut foarte mult, scznd astfel icheltuielile de personal ale proiectantului.

Pe de alt parte, la achiziionarea unui software specializat pentru proiectare, trebuie s se

in cont de raportul cost beneficiu. Piaa produselor CAD este una foarte activ, fiind prezente

att produse de tradiie ale unor firme mari ct i produse ale unor firme mai mici. n general

costurile pentru un asemenea software variaz foarte mult: de la preuri n jur de 1000-1500

pn la 7000 sau chiar mai mult mai mult. De aceea este bine ca la achiziionarea oricrui

software profesional s se aib n vedere mai multe criterii, cum ar fi: productivitatea programului n raport cu preul dei unele programe snt mai scumpe

productivitatea lor poate fi mai ridicat, astfel nct un singur operator poate efectua

aceleai activiti, n acelai interval de timp, precum doi utilizatori ai unui program mai

ieftin;

stabilitatea programului este foarte important att pentru integritatea datelor ct ipentru desfurarea lucrului n condiii normale;

accesibilitatea se traduce prin numrul de utilizatori i/sau interoperabilitatea cu alte programe din aceeai ni sau alte aplicaii particulare; aceste dou condiii snt

complementare, oricare dintre abordri putnd fi luat n considerare, i anume :

achiziionarea unui program consacrat, cu o baz larg de utilizatori n zon, care n

general este mai scump, sau un program mai puin rspndit dar care ofer posibilitatea

schimbului de informaii cu programele din prima categorie;

gradul de dificultate este important s se ia n calcul posibilitatea recrutrii facile de personal instruit precumi costurile pe care le necesit pregtirea personalului existent,un program dificil necesitnd mai multe ore de instruire i implicit o cheltuial mai mare;


36/54

- 36 -

suportul tehnic suportul tehnic cuprinde mai multe aspecte precum ar fi: documenta ianecesar pentru nvarea programului dar i rezolvarea unor probleme minore,

posibilitatea consilierii tehnice direct din partea productorului, posibilitatea organizrii

unor cursuri de instruire, corectarea i mbuntirea periodic a programului etc.

caracteristicile programului se urmrete ca programul ales s satisfac majoritatea sauchiar totalitatea cerinelor; un fapt particular i foarte important fiind posibilitatea de

satisfacere a cerinelor din normativele locale;

Un alt aspect foarte important, care nu trebuie trecut cu vederea, este faptul ca unele

dintre aceste programe specializate au nevoie, pentru a putea fi utilizate, de un alt software CAD

de baz, pe cnd altele au toate funciile incluse sau chiar includ un motor CAD propriu. Acest

aspect afecteaz foarte mult preul final, deoarece chiar daca software-ul specializat este mai

ieftin, el are totui nevoie de un program de baz care poate fi chiar mai scump dect el.

Dup cum am menionat mai sus, costul acestor programe de proiectare specializate este

unul destul de mare, dar exist pe piai programe gratuite, care dei nu au funcionalitatea i

puterea unui program profesional, pot realiza cu succes anumite etape ale unui proiect. Aceste

programe trebuie luate n seam mai ales de ctre micile birouri de proiectare ce nu au n lucru

proiecte de mare dimensiune i/sau complexitate.

n general, aceste aplicaii ruleaz pe baza unui software CAD de baz , deci s-ar putea

spune c nu snt in totalitate gratuite. Totui, n ziua de azi, este foarte greu chiari pentru cele

mai mici birouri de proiectare s supravieuiasc fr un software CAD de baz, att din punct de

vedere al calitii i vitezei de lucru ct i datorit pstrrii unei compatibiliti cu alte pri

implicate n cadrul unui proiect ce preiau sau redau informaia n forma electronica.

4.2 CadTools O soluie gratuit dar eficient

CadTools (ToolBox) este un software bazat pe MDT ce a fost dezvoltat pentru ingineriice folosesc n procesul de proiectare software-ul AutoCAD. Exist un numr mare de soluii

software pe pia pentru sprijinirea procesului de proiectare de drumuri, ci ferate, lucrri de

terasamente etc. nsa pentru lucrri minore CadTools poate fi foarte util, acesta coninnd mai

mult de 50 de comenzi, n special funcii 3D.

Prin combinarea unor comenzi separate n procesul de lucru se poate realiza aproape

orice tip de lucrare.. Dei la nceput comenzile au fost cu siguran dezvoltate avnd unele

situaii n minte, datorit flexibilitii programului, acestea pot fi folosite i n alte moduri.Acesta este un mare avantaj al acestui program: flexibilitatea spre deosebire de un software


37/54

- 37 -

profesional, aciunile tale asupra unui element nu snt restrnse de tipul acelui element, n cazul

CadTools un element poate fi modificat n orice fel permis de ctre structura AutoCAD. ns

aceasta flexibilitate are i un neajuns i anume tocmai faptul c poi modifica i ce nu trebuie

modificat. Dar dup o perioad de familiarizare cu funciile CadTools precum i cu o organizare

riguroasi eficient, eventualele greeli pot fi eliminate n totalitate.

CadTools este un software uor de nvat i folosit, cu care se pot crea modele de

suprafa pe baza elementelor din plan, se pot crea curbe de nivel, profiluri longitudinale i

seciuni transversale prin mai multe suprafee, calcula volume de terasamente i multe altele,

unele dintre aceste funcii putnd fi gsite doar n software-uri pentru care trebuie s plteti.

Acest program este produs de Lars Karlsson, inginer proiectant n cadrul uneia dintre cele

mai mari firme de consultan n domeniul dezvoltrii urbane din Suedia. Dei la nceput a fost

creat ca o serie de funcii ajuttoare n mediul AutoCAD, cu timpul acesta a adugat funcii din

ce n ce mai complexe, la momentul actual CadTools putnd fi folosit cu succes n aproape toate

etapele unui proiect de inginerie civila.

4.3 Descrierea etapelor proiectrii unui canal hidrotehnic folosind CadTools

Uurina cu care poate fi nvat i folosit acest program precum i faptul c este distribuit

gratuit dei conine o serie de funcii foarte complexe m-a fcut s aleg acest software pentru a

demonstra utilitatea folosirii MDT n cadrul proiectrii. Ca tip de lucrare am ales un canal

hidrotehnic.

Instalarea CadTools este simpli n general nu exist probleme; nu o s insist n cadrul

acestei lucrri asupra problemelor legate de configurarea programului.

4.3.1 Crearea MDT

ntruct am conceput acest capitol ca pe un exerciiu bazat pe experiena proprie din

cadrul facultii, am considerat c ar trebui s pstrez particularitile proiectelor precedente i

am ales ca surs de date pentru crearea MDT digitizarea unui plan ce conine curbe de nivel.

Astfel, dup ce n prealabil planul a fost scanat i stocat n forma digital, acesta este introdus n

AutoCAD i adus la scara corespunztoare precum i n coordonatele reale (Fig. 49) .

Dup aceste aciuni pregtitoare se traseaz polilinii 3D (CadTools este un program real

3D i folosete numai elemente 3D) peste curbele de nivel din planul afiat in fundal, curbe denivel ce vor avea elevaia corespunztoare din plan.


38/54

- 38 -

Fig. 49

Odat digitizate curbele de nivel, din meniul Surface (Suprafa) se alege opiunea

Create Surface (Triangulate) (creare suprafa -Triangulatie). n fereastra acestui meniu se vor

alege ca elemente surs pentru triangulaie poliliniile 3D, se vor bifa opiunile de afiare n plan

i salvare n fiier (n format .tsd propriu CadTools) a triangulaiei rezultate, se va alege tipul de

element din care va fi reprezentat suprafaa (n acest caz faete) precum i culoarea i layer-ul n

care va fi stocat suprafaa (Fig. 50).

Fig. 50


39/54

- 39 -

Dup realizarea MDT este necesar o verificare atent a acestuia (Fig. 51) i rectificarea

eventualelor neconformiti (vezi 2.3.1 Prelucrarea Modelelor Digitale de Teren punctele 1., 2.

, 3.)

Fig. 51

4.3.2 Crearea modelului proiectat

Dup realizarea MDT se trece la urmtoarea etapi anume crearea modelului proiectat.

Pentru nceput se traseaz axul n plan al canalului iar apoi folosind opiunea Edit/View

Surface (Editare/Vizualizare suprafa) din meniul Surface vom crea o proiecie a acestuia pe

suprafaa MDT. Aceasta linie proiectat reprezint linia terenului natural n ax. Pentru aceasta se

ncarc n acest modul fiierul tip .tsd ce conine triangulaia salvat n prealabil, se bifeaz

funcia Drape 3D Polyline (Proiecie polilinie 3D) i de asemenea se alege culoarea i layer-ul

n care va fi stocat linia proiectat (Fig. 52). Dup lansarea comenzii programul cere oconfirmare dac s pstreze linia iniiala a axului. Eu recomand ca aceasta s fie pstrat pentru

orice eventualitate.

n cadrul acestei opiuni mai pot fi executate o serie de alte funcii importante precum:

Proiectarea pe triangulaie a altor obiecte; Crearea unei suprafee de tip GRID; Cotarea unor puncte aparinnd MDT;

Previzualizarea MDT ; Alte funcii de editare i analiz a MDT: creare linii de pant sau de curgere etc.


40/54

- 40 -

Fig. 52

Din meniul Lines (Linii) se selecteaz funcia Profile 3D Polyline, cu ajutorul

acesteia trasndu-se profilul longitudinal de baz, ce va fi folosit n continuare pentru crearea

modelului proiectat (Fig. 53). Deoarece acest profil va fi folosit pentru trasarea profilului

proiectat, se va folosi un raport de 1:1 ntre scara verticali cea orizontal. O alt sugestie ar fi

ca la rubrica Min unde este afiat cota celui mai de jos punct al profilului s se ia nconsiderare o cota de referin mai mic astfel nct s rmn destul spaiu pentru poriunile

aflate sub linia terenului.

Fig. 53


41/54

- 41 -

Dup trasarea liniei de fund a canalului n profilul longitudinal (Fig. 54), linie ce va

reprezenta referina pentru modelul proiectat, se apeleaz funcia Create 3D Alignment (Creare

aliniament 3D) din meniul Lines. Prin aceast funcie se combin coordonatele din plan (X,Y)

ale axului proiectat cu cotele (Z) conform liniei de fund a canalului reprezentat n profilul

longitudinal. Prin combinarea acestor date ia natere un aliniament tridimensional, a se observa

Fig. 55, unde linia albastr este axul plan, linia roie este axul proiectat pe MDT ce conine

cotele terenului n ax i linia magenta ce reprezint aliniamentul tridimensional.

Fig. 54

Fig. 55


42/54

- 42 -

Pentru canalul proiectat s-a luat n considerare profilul transversal tip din Fig. 56.

Fig. 56

Pentru realizarea albiei canalului se folosete funcia Multi Offset Line (Ofset multiplu

de linie) din meniul Line. Aceasta funcie creeaz paralele la axul principal, respectnd

diferenele att n plan orizontal ct i n plan vertical (Fig. 57). Funcia permite i salvarea

caracteristicilor de ofset ntr-un fiier, astfel nct tiparul va putea fi folosit i n cadrul altor

proiecte.

Fig. 57


43/54

- 43 -

Dup realizarea albiei i coronamentului canalului vom aplica liniilor de margine funcia

Create Longitudinal Features (Cut/Fill) (Creare caracteristici longitudinale debleu/rambleu)

din meniul Surface. Aceast funcie realizeaz intersecia lucrrii cu terenul i este una dintre

cele mai importante in cadrul programelor ce folosesc MDT. CadTools beneficiaz de un modul

simplu al acestei funcii, programele profesionale vin cu funcii mult mai detaliate, permind o

multitudine de soluii i criterii de intersecie cu terenul cum ar fi: intersecia cu panta multipla,

raportarea valorii pantei la nlimea taluzului, crearea taluzurilor de form rotunjit,

introducerea automat a unor obiecte precum anuri, ziduri de sprijin etc.

Dup ce n prealabil se ncarc fiierul ce conine MDT creat cu CadTools, se alege din

meniul funciei valoarea pantei taluzului exterior (n cazul de fa s-a ales o pant de 2:3 (Fig.

56), att pentru zonele n umplutur ct i pentru cele n sptur. Programul decide singur dac o

zon este n rambleu sau n debleu i aplic, la crearea interseciei cu terenul, panta

corespunztoare. Aceast automatizare a fcut ca timpul de lucru s fie scurtat foarte mult,

nemaifiind nevoie ca proiectantul sa treac prin fiecare profil transversal i s racordeze manual

lucrarea cu terenul i de asemenea elementele fiind create n 3D se va realiza o corelare perfect

ntre plan, profil longitudinal i profil transversal.

Funcia din programul CadTools permite i crearea automata a simbolurilor de taluz;

fiind un program bazat pe elemente tridimensionale, aceasta automatizare este complet, el

deciznd singur direcia pantei i desennd simbolurile corect (Fig. 58) .

Fig. 58


44/54

- 44 -

Odat terminat racordarea lucrrii cu terenul, se va realiza, din liniile canalului i din

linia de intersecie cu terenul, o suprafa triangulat prin acelai procedeu folosit la crearea

MDT (Fig. 59). Dup creare se va verifica aceast suprafa i apoi ea va fi salvat separat,

constituind mai departe suprafaa proiectat element ce va permite extragerea datelor n

profilele longitudinale i n cele transversale.

Fig. 59

4.3.3 Extragerea datelor

Avnd create cele doua elemente de baza ale proiectului MDT i suprafaa proiectat

putem trece la urmtoarea etapi anume extragerea datelor.

Vom ncepe prin a crea modelul ce va fi reprezentat n planul de situaie al lucrrii.

Pentru nceput, va trebui s selectam ce linii vor apare n planul de situaie i s

activm/dezactivm layerele corespunztoare. Dup ce se va executa aceast filtrare a datelor

avem n plan liniile canalului precum i simbolurile de taluz. Mai departe, CadTools propune o

serie de funcii ce ajut la completarea planului de situaie precum:

Stationing (Pichetare) apelabil din meniul Lines permite pichetarea automat aaxului canalului; de asemenea se pot regla i caracteristicile picheilori: intervalul dintre

pichei, direcia notrii, staia de nceput etc. (Fig. 60);


45/54

- 45 -

Contours (Curbe de nivel) apelabil din meniul Surface permite realizareaautomat a curbelor de nivel derivate din MDT. Dei n cazul acesta MDT a fost realizat

prin digitizarea curbelor de nivel, funcia poate fi folosit pentru crearea unor curbe de

nivel cu echidistana mai mica dect cea din planul iniial (Fig. 61);

Create Coordinate Grid (Creare caroiaj) apelabil din meniul Draw (Desenare) permite trasarea automat a unui caroiaj ce conine coordonatele din amplasamentul

proiectului. La realizarea acestui caroiaj se pot regla o serie de parametrii precum:

dimensiunea celulelor, dimensiunea crucilor caroiajului, adnotarea lor, zona de dispunere

a crucilor adnotate etc. (Fig. 62).

Fig. 60

Fig. 61


46/54

- 46 -

Fig. 62

Pentru realizarea profilului longitudinal se folosete funcia Surface Profile din meniul

Surface. Pentru nceput se ncarc n modul suprafeele salvate anterior i anume MDT i

suprafaa proiectat i se selecteaz axul canalului. Se adaug la acestea proiecia liniei

coronamentului canalului i dup alegerea raportului ntre scara vertical i cea orizontal,

precum valorile altor parametrii (de ex. culorile reprezentative), se execut desenarea profilului

n planul de lucru (Fig. 63).

Fig. 63


47/54

- 47 -

Pentru realizarea profilelor transversale se folosete funcia Surface Cross-Sections din

meniul Surface. Paii iniiali snt asemntori cu cei realizai pentru extragerea profilului

longitudinal i anume: se ncarc n modul suprafeele salvate anterior i anume MDT i

suprafaa proiectat i se selecteaz axul canalului. Apoi se realizeaz setrile ce determin

caracteristicile profilelor transversale ce vor fi realizate (distana ntre profilele transversale,

picheii n care se vor realiza acestea, distana cuprins n profilul transversal etc.) precum i

modul n care acestea vor fi afiate ( aranjarea n plan a profilelor pe rnduri i coloane, distana

ntre ele etc.) (Fig. 64).

Fig. 64

Pentru notarea punctelor de interes din profilul transversal se selecteaz liniile din

modelul de proiect, urmnd ca n profilul transversal acestea s fie notate cu distana fa de ax i

cota la care se afla punctul (Fig. 65).

Fig. 65


48/54

- 48 -

Pe lng extragerea datelor necesare realizrii pieselor desenate ale proiectului,

programele ce folosesc MDT au posibilitatea de realiza automat i calculul cantitilor. n cazul

de fa, CadTools conine funcia Triangle Volume (Volum din triangulaie) care se gsete n

meniul Surface. Aceasta funcie realizeaz calculul cantitilor de sptur i umplutur ca

diferen ntre cele dou suprafee realizate : MDT i suprafaa proiectat. Programul are dou

opiuni de prelucrare a datelor redare a rezultatelor:

Varianta estimativ foarte rapid dar cu precizie mica; Varianta exact mai precis dar care necesit un timp mai ndelungat de procesare.

Diferena ntre cele doua metode const n modul n care se face msurarea volumului

dintre suprafee. Astfel, n varianta estimativa se proiecteaz doar colurile unui triunghi de pe

suprafaa reprezentnd terenul, pe suprafaa proiectat fiind msurata valoarea prismei formate

(Fig. 66) iar n varianta exact snt proiectate laturile aceluiai triunghi putnd rezulta mai multe

prisme mai mici i deci o msurtoare mai apropiat de realitate (Fig. 67).

Fig. 66 Fig. 67

Rezultatele calculului de terasamente poate fi vizualizat direct n fereastra funciei, fiind

exprimai mai muli parametrii precum: volumele de sptura/umplutura i diferena dintre ele,

ariile de sptura/umpluturi diferena dintre ele precum nlimea maxim pentru spturi i

respectiv umpluturi. Aceste rezultate pot fi exportate sub forma unui fiier text, el putnd fi

prelucrat suplimentar cu ajutorul unui program de calcul tabelar.

Pe lng exprimarea textuala a volumelor de sptur i umplutur programul ofer o

opiune foarte interesanta i util, i anume afiarea modelului msurat n culori diferite pentru

zonele de sptura i cele de umplutura, precum i notarea n plan a valorii diferenei de nivel

ntre cele doua suprafee, astfel putnd fi identificat foarte uor tipul de lucrare necesar n zon

precum i zonele cu spturi/umpluturi excesive (Fig. 68).


49/54

- 49 -

Fig. 68

n ultima perioad, ca urmare a creterii puterii de procesare a computerelori a apariiei

unor tehnici performante de redare realistic a modelelor digitale, se cere din ce n ce mai mult

realizarea unor prezentri tridimensionale ale lucrrilor proiectate. Astfel, din suprafaa MDT din

care a fost eliminat zona ocupat de obiectivul proiectat i suprafaa modelului proiectat (Fig.

69). , se va crea un model compozit ce va prezenta forma final a obiectivului proiectat. (Fig.

70).

Fig. 69


50/54

- 50 -

Fig. 70

4.4 Verdict CadTools

Acestea snt doar o parte din multitudinea de funcii ale acestui software , n prezenta

lucrare fiind prezentate marea majoritate a funciilor ce au la baza folosirea MDT. Alte funcii ce

folosesc MDT dar nu au fost incluse n studiul de caz dar ar putea fi enumerate snt: crearea

liniilor de curgerea a apei pe teren, notarea direciei i a valorii pantei pe fiecare triunghi al

MDT, calculul volumului de terasamente fa de o cota impus precum i multe alte moduri de

folosire ale funciilor prezentate.

CadTools este o unealt puternic dei foarte simpl. Simplitatea acestui program face ca

el s depeasc n productivitate pachete software foarte costisitoare n cazul lucrrilor mici sau

cu complexitate redus, un exemplu fiind chiar cel prezentat n acest studiu de caz unde timpul

de lucru a fost de aproximativ 25 min.

Pe de alt parte aceasta rapiditate nu nseamn o calitate sczut, rezultatele fiind

concrete i precise. Desigur c mai pot fi aduse nenumrate mbuntiri, dar momentan acest

software ofer nite capabiliti ce depesc cu mult condiia sa de software gratuit iar

productorul continu mbuntirea funciilor existente precum i adugarea unora noi.


51/54

- 51 -

Capitolul 5. Concluzii asupra folosirii MDT

Utilitatea folosirii MDT este de necontestat, aa c nu pot aduce n discuie dect unele

concluzii la adresa contextului n care se afl n prezent acest concept i la direcia pe care acestao va urma.

Introducerea programelor ce folosesc MDT poate aduce mbuntiri dramatice, un

exemplu fiind dat de o firma de proiectare de drumuri ce a implementat un asemenea software.

Dac n perioada iniial, n care se folosea doar un program CAD pentru desen, o echip

format dintr-un inginer proiectant i un tehnician desenator putea proiecta i prelucra 5 Km de

drum ntr-o lun la nivel de detalii de execuie, dup introducerea n uz a unui program de

proiectare specializat ce folosete MDT, durata de lucru a sczut dramatic pana la 3-5 zile, ncondiiile aceleiai echipe. Beneficiile snt majore iar n condiiile de piaa din zilele noastre

reducerile de cost ale produciei, att prin intermediul reducerii de resurse materiale ct i prin

reducerea timpului alocat, stau la baza supravieuirii unei companii. i tocmai aceste lucruri le

ofer MDT; ofer rapiditate i productivitate ridicat att prin intermediul modului n care se

colecteaz datele ( tehnologii precum scanerele de teren i stereofotogrammetria) precum i prin

soluiile software existente ce ncearc s urmeze ct mai mult conceptul deBuilding Information

Modeling (BIM) un concept modern de structurare a software-urilor de proiectare ce

nglobeazi interconecteaz toate proprietile obiectivului proiectat.

Faptul ca MDT reprezint Pmntul face. ca pe zi ce trece, folosirea MDT s se

regseasc n din ce n ce mai multe ramuri ale tiinei, limita fiind stabilit de nivelul tehnologic

actual, att din punct de vedere al echipamentelor de colectare i prelucrare a datelor precum i

prin crearea unor noi metode i software-uri specializate pentru fiecare caz.

Pe viitor, evoluia tehnologic va influena major evoluia MDT ducnd la apariia unor

echipamente mult mai performante, capabile s preia datele din teren ntr-o manier mai rapidi

mai detaliat cu costuri ct mai sczute. Pe de alt parte creterea puterii microprocesoarelor va

face posibil eliminarea neajunsurilor tipurilor actuale de MDT, fcnd posibil prelucrarea i

analizarea datelor prin metode i algoritmi ce la nivelul tehnologic de azi nu snt posibile sau

fezabile. Un exemplu clar ar fi trecerea de la reprezentrile de tip TIN i GRID la suprafee curbe

cu densitate mare a punctelor reale; suprafee mai precise dar ce necesit putere mare de

procesare numai pentru reprezentare, aplicarea unor algoritmi de calcul similari reprezentrilor

actuale, pe suprafee ntinse, fiind mult prea solicitant pentru computerele actuale pentru a fi

fezabil. Un alt exemplu ar fi preluarea i stocarea n interiorul modelului digital a ctor mai


52/54

- 52 -

multe caracteristici din teren fcnd astfel reprezentarea digitala ct mai apropiat de situaia din

teren.

Ca orice soluie de automatizare, scopul folosirii MDT este acela de a uura munca

omului, n special n cazul activitilor repetitive i de lunga durat (de ex. crearea profilelor

transversale i calculul cantitilor) i a celor ce implic seturi de analize complexe pe suprafee

mari (de ex. modelarea hidrologic). Totui, dei pe viitor metodele de prelucrare i analiz a

datelor din teren vor fi cu siguran din ce n ce mai complexe i mai eficiente, factorul uman nu

va disprea din procesul de lucru, deoarece este singurul care poate stabili noi criterii att n cazul

proceselor existente ct i n cazul unor situaii noi i/sau neprevzute.


53/54

- 53 -

Capitolul 6. Bibliografie

http://www.terrainmodels.com/; De Zhilin Li,Qing Zhu,Chris Gold: Digital terrain modeling: principles and methodology ,

CRC Press 2005;

http://www.isprs.org/ - The International Society for Photogrammetry and Remote Sensing; Ayman F. Habib: Suport de curs - Digital Terrain Modelling, The University of Calgary,

Canada;

Robert Burtch: Suport de curs - HISTORY OF PHOTOGRAMMETRY , Ferris StateUniversity , Michigan SUA;

C. Bauerhansl, F. Rottensteiner, C. Briese: "Determination of Terrain Models by DigitalImage-Matching Methods", Lectura: International Society for Photogrammetry and Remote

Sensing XXth Congress, Istanbul;

L. Hinsken, S. Miller, U. Tempelmann, R. Uebbing, S. Walker: TRIANGULATION OF LHSYSTEMS ADS40 IMAGERY USING ORIMA GPS/IMU ;

Karen Schuckman: Suport de curs - Remote Sensing for the Geospatial IntelligenceProfessional, The Pennsylvania State University, Pennsylvania SUA;

LEICA ALS40 Brochure - Leica Geosystems, Elvetia; Harvard GSD GIS Manual - Harvard University, Massachusetts SUA; Friedrich Ackermann, Karl Kraus: Looking back and ahead: Grid based digital terrain

models, GEOInformatics, nr.6/2004;

Jeff Thurston: "Looking back and ahead: The triangulated irregular network (TIN)",GEOInformatics, nr.7/2003;

Thomas K. Peucker,Robert J. Fowler,James J. Little, David M. Mark: "The TriangulatedIrregular Network - Auto-Carto IV, Volume 2 - Proceedings of the InternationalSymposium on Cartography and Computing: Applications in Health and Environment,

November 4 - 8, 1979 Reston, Virginia;

David E. Weisberg: The Engineering Design Revolution:The People, Companies andComputer Systems That Changed Forever the Practice of Engineering -

http://www.cadhistory.net/

Fahmi Amhar, Josef Jansa, Christine Ries: THE GENERATION OF TRUEORTHOPHOTOS USING A 3D BUILDING MODEL IN CONJUCTION WITH A

CONVENTIONAL MDT IAPRS, Vol.32 Part 4, Stuttgart, Germania, 1998


54/54

Revista romn a inovarii, nr. 4/2009; Lars Karlsson: Manual CadTools - http://glamsen.se/CadTools.htm http://en.wikipedia.org/

Alte precizari:

LH Systems DMC , ADS40, ScanStation 2 High Definition Scanner, ALS40, Erdas ORIMAsnt mrci nregistrate ale Leica Geosystems AG;

CADTOOLSeste marc nregistrat a lui Lars Karlsson; WINTOPO este marc nregistrat a SoftSoft Ltd; MOSS este marc nregistrat a Bentley Systems, Incorporated; TESSERA este marc nregistrat a ANADELTA Software; ADVANCED ROAD DESIGN este marc nregistrat a CivilSurveySolutions; AUTOCAD, AUTOCAD CIVIL 3D snt mrci nregistrate ale Autodesk, Inc.; ARCINFO, ARCINFO snt mrci nregistrate ale ESRI; WINDSIM este marc nregistrat a WindSim AS

modele digitale de teren

Documents