Методология в аспекте современной парадигмы информационно-геодезического обеспечения процесса оптимизации пространственных параметров линейных сооружений

УДК 528.48: 65.011 В.Ф. Ловягин СТГ А, Новосибирск

МЕТОДОЛОГИЯ В АСПЕКТЕ СОВРЕМЕННОЙ ПАРАДИГМЫ ИНФОРМАЦИОННОГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССА ОПТИМИЗАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ

V.F. Lovyagin SSGA, Novosibirsk

METHODOLOGY OF THE MODERN PARADIGM ASPECT CONCERNING GEODETIC DATAWARE SUPPORT OF THE OPTIMIZATION PROCESS OF LINEAR STRUCTURES SPATIAL PARAMETERS

The paper deals with the investigation as regards dataware support of computer-aided designing of linear engineering structures on the basis of innovation methods for system-structural and object-oriented approaches to the processes of collection, processing and interpretation of the data on the terrain. The methods are to minimize capital costs of the new projects due to optimization of the linear structure spatial position.

Развитие и совершенствование экономических отношений в современном мире неразрывно связанны с решением актуальной проблемой обеспечения устойчивого развития территорий с минимизацией затрат различных (особенно не возобновляемых) ресурсов. В частности, эффективность решения проблемы ресурсосбережения при проектировании и строительстве авто- и железных дорог, линий электропередачи и связи, нефтепроводов и газопроводов и т.д. во многом зависит от пространственного положения указанных линейных инженерных сооружений (ЛИС).

Решение проблемы ресурсосбережения в строительстве связано с переходом на новую технологию многовариантного автоматизированного процесса проектирования ЛИС, что создает условия оптимизации капитальных вложений в новое строительство. Очевидно, что процесс многовариантного проектирования должен строится на основе оценки состояния прикладных свойств объектов территории, на которой намечено строительство, Для оценки состояния территории используются данные материалов изучения заданной территории целым рядом наук о Земле (геодезия, картография, геология, гидрология и т.д.), Совмещение в единый информационный пакет разнородных данных выливается в сложную методологическую, техническую и экономическую проблемы.

В решении проблемы информационного обеспечения процесса многовариантного проектирования важная роль принадлежит геодезии, так как методами геодезии ведется определение пространственного состояния, как объектов проектирования, так и природных и искусственных объектов местности (ПИОМ). Геодезисты, привлекая данные других наук о Земле, интерпретируют результаты наблюдений в единую систему, данные которой

используются для обоснования конструктивно-строительных параметров будущего сооружения.

Исходя из современных требований внедрения в производство ресурсосберегающих технологий, возникает научная необходимость активного формирования и развития новой парадигмы геодезического обеспечения автоматизированного проектирования ЛИС. Решение возникающих при этом проблем концептуально должно быть направлено на создание информационных систем (ИС). Задачи исследования и проектирования сложных технических систем (инженерных сооружений) взаимосвязаны, Поэтому решение тех и других задач должны иметь общую методологическую основу исследования сложных систем, включающую системно-структурный, объектноориентированный подходы и геоинформационные технологий получения и использования в прикладных целях пространственно-временной информации о территориях, на которых намечено строительство [1,2].

Таким образом, задачей процесса ИИЗ для строительства, заключается в информационном обеспечении процесса многовариантного компьютерного проектирования и оптимизации решений в интерактивном режиме пространственных параметров ЛИС. Все это вызывает существенное расширение и изменение содержания геодезического обеспечения проектирования и строительства ЛИС в части значительного увеличения объема и изменения качества интерпретации собираемой информации.

Новые требования к интерпретации пространственной информации для целей проектирования ЛИС делают актуальным процесс разработки новых методов и технологий решения геодезических задач на инновационной методологической основе.

Поэтому современное геодезическое обеспечение должно удовлетворять главному условию - быть основой для взаимной увязки и совместного использования собранной разнородной информации о свойствах ПИОМ в виде информационных моделей (ИММ). ИММ, отражающие состояние территории, используются для обеспечения процесса генерации вариантов пространственного положения проектируемого данного класса сооружений и оценку полученных вариантов по критерию величины капитальных затрат на сооружение ЛИС.

Таким образом, в процессе формирования указанного направления возникла научная проблема приведения процесса геодезического обоснования для проектирования и строительства ЛИС к современным требованиям разработки на новой методологической основе системно-структурного подхода с использованием геоинформационных технологий, обеспечивающих оптимизацию пространственных параметров проектируемых сооружений.

Предложенный автором статьи вариант направления развития целой отрасли производства. именуемый инженерно-строительными изысканиями, вызван устаревшей парадигмой традиционного технологического процесса, неудовлетворительно использующего современные методы и средства сбора и интерпретации собираемоц информации о местности.

На практике производство ИИЗ трасс ЛИС осуществляется в соответствии со следующей технологической формулой < сбор, обработка информации о местности - камеральная разработка вариантов проекта трассы - сравнение вариантов по ряду косвенных показателей, где наиболее важным является показатель длины трассы - вынос рекомендованного к проектированию варианта трассы в натуру>.

Согласно приведенной технологической формуле, которая является типичной для ИИЗ, вынос трасс ЛИС в натуру осуществляется до разработки проекта сооружения, в частности, до процесса определения мест установки промежуточных опор линий электропередачи (ВЛ) или площадок нефтеперекачивающих станций на нефтепроводах. Такая технология не позволяет рассматривать всё многообразие возможных проектных вариантов размещения на местности инженерного сооружения, что приводит к неоптимальным решениям и, в конечном счете, ведет к неоправданному расходу различных ресурсов при строительстве. Цена такого функционального разделения между процессами ИИЗ трасс и процессом конструктивностроительных разработок в едином процессе создания проекта ЛИС в электросетевом строительстве неоправданно повышает сумму капитальных вложений примерно на 15 % .

К факторам, негативно влияющим на технологичность традиционного процесса ИИЗ трасс, относятся:

а) Морально устаревшая парадигма процесса ИИЗ трасс;

б) Недостаточность различных ресурсов, в том числе и методических;

в) Практическое отсутствие оперативного учета обратных связей процесса трассирования с процессом собственно проектирования инженерного сооружения;

г) Отсутствие методики разработки и оценки альтернативных вариантов трассы по критерию капитальных затрат на строительство.

Принятие оптимальных решений при проектировании инженерного сооружения связано с учетом влияния разнообразных свойств ПИОМ на положение трассы в пространстве. Множество сочетаний ПИОМ и их свойств определяет множество вариантов компоновки инженерного сооружения на заданной территории. При этом расчетная площадь изучаемой территории может достигать нескольких тысяч квадратных километров [3].

Исследования больших площадей земной поверхности в широком понимании (как контакт различных сфер Земли: литосферы, атмосферы, гидросферы техносферы и др. сфер) при инженерных изысканиях трасс ЛИС тесно связано с эффективностью используемого метода познания закономерностей влияния свойств ПИОМ на экономическую составляющую нового строительства на основе системного единства с проектируемым объектом.

Сложность процедуры оценки вариантов трассы в процессе ИИЗ объясняется тем, что экономический параметр недоступен для непосредственного измерения. Поэтому оптимизация пространственных параметров проектируемого линейного сооружения на многовариантной основе

обусловливает необходимость проведения инженерно-изыскательских работ по каждому из вариантов, что невыполнимо по причине большого объема затрат различных ресурсов.

Повышение эффективности процесса ИИЗ связано с необходимостью решения двух противоречивых задач. Задачи информационно-геодезического обеспечения процесса многовариантного компьютерного проектирования ЛИС в среде САПР конкретного класса ЛИС и задачи минимизации затрат различных ресурсов для цели создания оптимальной «информационной среды», объем и качество которой отвечала бы поставленной цели.

На современном этапе решение проблем сбора и интерпретации данных о земной поверхности становится возможным благодаря внедрению в производство ИИЗ высокопроизводительных технологий, таких как глобальные спутниковые систем GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия); лазерные технологии сбора информации, автоматизации угловых и линейных измерений и их математическая обработка, что позволяют оперативно получать в необходимом объеме и с необходимой точностью значения, как пространственных параметров проектируемого инженерного сооружения, так и параметров учитываемых свойств местности, в том числе данных, характеризующих геодинамические процессы.

Но разработка эффективных решений по определению оптимального пространственного положения ЛИС может состояться, если удастся установить в количественном виде характер связей различных свойств ПИОМ с параметрами проектируемого объекта, т.е. разработать структуру информационного процесса или системы и методики моделирования состояния заданной территории по геодезическим и геолого - геофизическим измерениям параметров свойств ПИОМ с процедурами управления процессом оптимизации принимаемых решений. [3].

Эти особенности процесса ИИЗ трасс ЛИС обусловливают большую сложность процесса разработки информационных систем с природными компонентами с распределенными параметрами X{(x.y.z),t)}. Дискретность значений параметров свойств ПИОМ определяет ИС как дискретную пространственно - временную подсистему в структуре САПР ЛИС. При этом базой ИС является пространственно - временная физическая среда.

Решение указанных выше проблем представлены в работах p1,2,3] с реализацией разработки структуры трехуровневой иерархической информационной системы оптимизации пространственных параметров проектируемых ЛИС.

Такой подход позволил решить сложную задачу совмещения в иерархически организованных информационных моделях местности (ИММ) больших объемов разнородной информации и организовать на трех иерархических уровнях ИС многовариантный процесс последовательной оптимизации пространственного положения проектируемого ЛИС по критерию минимизации капитальных затрат в строительство [4].

Разработанная методология информационно-геодезического обеспечения отличается от традиционной технологии инженерных изысканий трасс

автоматизацией процесса разработки альтернативных вариантов пространственных параметров проектируемого линейного сооружения с прямой их оценкой по экономическому параметру с использованием прикладных ИММ. Формирование трехмерной ЦММ в пределах расчетной оптимальной трассировочной полосы (ТП) (третий иерархический уровень) создает «информационную среду» для функционирования в интерактивном режиме в среде САПР процесса проектирования и оптимизации на многовариантной основе пространственного положения ВЛ, что является процедурой не доступной для традиционного процесса ИИЗ.

Формула информационной технологии включает следующие основные операции: <сбор и анализ фондовой, справочной и другой информации о разнообразных условиях местности на заданную территорию ОП -формирование прикладной ИММ в границах ОП - многовариантный поиск «перспективной зоны» (ПЗ) с оптимальными пространственными параметрами по критерию минимизации капитальных вложений в строительство -детализация в пределах оптимальной ПЗ условий местности путем натурного обследования, данных согласований с заинтересованными организациями и т. д. - корректировка пространственного положения ПЗ - формирование ИММ в пределах ПЗ - поиск «трассировочной полосы» (ТП) с оптимальными по линейному параметру пространственного положения трассы - создание в пределах ТП ЦММ по данным наземной съемки, данным фотограмметрической обработки маршрутной аэрофотосъемки или данных с использованием картографического материала соответствующего масштаба>.

Таким образом, современная парадигма направлена на решение проблемы поиска оптимальной трассировочной полосы в заданном пространстве земной поверхности, в то время как целью традиционного технологического процесса является трасса, которая определяет пространственное положение проектируемого ЛИС.

Результаты выполненных экспериментов с использованием специально созданного программного комплекса показали технологичность информационного обеспечения многовариантного проектирования ЛИС.

Эффективность применения новой методологии информационногеодезического обеспечения проектирования трасс ВЛ выражается в снижении капитальных вложений в строительство этих сооружений в пределах до 10 %. При этом затраты на сбор и обработку комплексной геодезической и геологогеофизической информации о свойствах ПИОМ увеличиваются примерно на 1 % капитальных вложений по сравнению с традиционной технологией ИИЗ трасс ЛИС [4].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ловягин В.Ф. Концептуальные положения моделирования ГИС-технологии процесса оптимизации трасс инженерных сооружений по данным геодезических и геологогеофизических наблюдений // Изв. вузов Геодезия и аэрофотосъемка.. -2005. -№ 2. -С. 2741.

2. Ловягин В.Ф. Новый методологический подход к развитию инженерно-

строительных изысканий трасс по геодезическим и геолого-геофизическим данным // Изв. вузов Горный журнал.- 2007- № 8.- С.27-32.

3. Ловягин В.Ф. Системный анализ инженерно-строительных изысканий в аспекте

решения проблем ресурсосбережения в строительстве линейных сооружений // Изв. вузов.

Строительство.-2006.-№ 8.- С. 108-112.

4. Ловягин В.Ф. Альтернатива развития инженерных изысканий - структурная

оптимизации технологического процесса // Геодезия и Картография.- 2006. - №7. - С. 30 - 35.

© В.Ф. Ловягин, 2009