1.2. Системный подход к проектированию дорожных объектов
1.2.1. Иерархичность структуры объекта и его декомпозиция
Дорога, как комплекс инженерных сооружений, достаточно сложна по структуре, и описывается большим количеством разнообразных параметров. Известно, что человек не может одновременно оперировать с большим количеством объектов. В связи с этим, для эффективного описания дороги и её сооружений используют системный подход, разделяя объект проектирования на отдельные подсистемы и устанавливая связи между ними. Это позволяет белее эффективно получать оптимальные проектные решения.
Введем некоторые понятия и определения.
Система – (от греческого systema – целое, составленное из частей) – это множество связанных между собой элементов, образующих определенную целостность, единство.
Структура - (от греческого structura – строение, расположение, порядок) – совокупность устойчивых связей, обеспечивающих целостность системы и способность сохранять основные свойства при различных внешних и внутренних изменениях.
Иерархия – (от греческого hieros) расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему.
Иерархический подход используется для эффективного, структурированного и детального описания сложных объектов.
Автомобильные дороги и их проекты – довольно сложные системы, состоящие из многих элементов. Они характеризуются иерархической структурой и разнообразием внутренних связей.
В соответствии с системным подходом дорожную сеть можно представить в виде иерархической системы, имеющей определенную структуру. Пример структурирования автомобильной дороги, как сложной системы приведен на схеме 1.
Высшим (первым) иерархическим уровнем является дорожная сеть - система, состоящая из элементов – отдельных дорог.
В свою очередь, каждая отдельная дорога (второй иерархический уровень) тоже является системой, состоящей из элементов, в состав которых входят земляное плотно, дорожная одежда, искусственные сооружений, пересечения и примыкания, инженерно-транспортное обустройство дороги, здания и сооружения дорожной и автотранспортной службы, объекты сервиса (третий иерархический уровень).
Аналогично, земляное плотно (как отдельный элемент в системе третьего уровня) можно считать системой, состоящей из дорожного полотна, тела земляного полотна и его основания (четвертый иерархический уровень).
Элементы тела земляного полотна составляют пятый иерархический уровень. К ним относятся: рабочий слой, яруса откосов насыпей и выемок, укрепления откосов, бермы, кавальеры, банкеты, канавы, подпорные стенки и т.д.
Их далее нет смысла делить на еще более мелкие элементы и поэтому их называют базовыми элементами.
Схема структурирования дорожных объектов
Обычно на каждом иерархическом уровне элементы системы, тесно связанные физическими или информационными процессами, объединяют в блоки. Разбиение объекта на каждом иерархическом уровне на такие блоки называют декомпозиция. Декомпозиция сложного объекта используется для последующего раздельного (поблочного) проектирования. Например, такие элементы третьего иерархического уровня, как земляное полотно и дорожная одежда должны быть объединены при проектировании в единый блок, поскольку земляное полотно и дорожную одежду проектируют совместно. Принципы иерархичности и декомпозиции обеспечивают системную, совместную и эффективную работу над одним проектируемым объектом специалистов разного профиля: геодезистов, геологов, дорожников, мостовиков, инженеров по организации дорожного движения.
В комплекс средств автоматизации проектирования входит техническое, математическое, программное, методическое, информационное, лингвистическое и организационное обеспечение.
Техническое обеспечение - вычислительная техника и периферийные устройства, оргтехника, средства сбора данных и передачи информации и т.д. Они обеспечивают функционирование САПР.
В техническом обеспечении САПР-АД особую роль играют автоматизированные приборы для сбора и обработки топографо-геодезической, геологической, гидрологической и специальной информации (электронные теодолиты, цифровые нивелиры, системы спутникового позиционирования GPS, георадары, ходовые диагностические лаборатории, измеряющие показатели технического и эксплуатационного уровня проезжей части, земляного полотна)
Математическое обеспечение в САПР объединяет математические модели, описывающие проектируемый объект, методы и алгоритмы выполнения проектных процедур. С появлением вычислительной техники широкое распространение получили методы математического моделирования. Идея метода состоит в использовании уравнений, описывающих объект для исследования его поведения при помощи решения этого уравнения. Математическое моделирование широко используется в САПР-АД. Специфика автомобильных дорог, как протяженных линейных объектов проявляется в том, что при автоматизированном проектировании создаются и используются цифровые модели местности (ЦММ) и цифровые модели дорожных объектов (ЦМД). ЦММ или ЦМР - это сеть, состоящая из треугольников или других фигур, вершинами которых являются съемочные точки с координатами и высотными отметками. Это позволяет строить разрезы поверхности земли по заданной линии, отображать рельеф при помощи горизонталей. ЦММ и ЦМР создаются средствами математического и программного обеспечения САПР-АД.
Программное обеспечение включает в себя программы на машинных носителях информации (дисках, дискетах) и программную документацию. Программное обеспечение подразделяется на общесистемное (операционные системы, драйверы, трансляторы, программы-антивирусы и т.д.) и прикладное (программы для получения проектных решений). С помощью прикладного программного обеспечения реализуется алгоритмическое описание математических моделей для выполнения проектных процедур при создании модели дороги и её сооружений.
Методическое обеспечение – документы, в которых изложены теория и методы проектирования, алгоритмы решения конкретных задач. Оно определяет правила проектирования в САПР, описанные в технической документации к программным продуктам, методических указаниях, пособиях, учебниках, монографиях, статьях. В состав методического обеспечения САПР-АД входит нормативная и методическая документация (ГОСТы, СНиПы, СН, ВСН, ТКП и т.д.).
Информационное обеспечение – всевозможные данные, необходимые для выполнения автоматизированного проектирования. Они могут быть представлены в виде документов на различных носителях информации и содержат справочные данные, типовые проектные решения, типовые элементы. При автоматизированном проектировании эта информация хранится в цифровом или символьном виде в памяти машины (базы и банки данных), к ней всегда обеспечен оперативный доступ в процессе проектирования. Информационная база и другие обеспечения САПР-АД постоянно обновляются и расширяются.
В системе автоматизированного проектирования CREDO широко используются встроенные библиотеки стандартных базовых элементов, типовых проектов и удачных фрагментов часто используемых проектных решений. Эти библиотеки легко дополняются и редактируются программными средствами. Фрагмент библиотеки конструкторских решений приведен на рис. 2.
Рис. 2. Библиотека конструкторских решений в системе CREDO
Лингвистическое обеспечение САПР – совокупность языков, применяемых для описания процедур автоматизированного проектирования, проектных решений и общения пользователя с системой автоматизированного проектирования.
Организационное обеспечение - совокупность документов, устанавливающих состав подразделений проектной организации, связи между ними, их функции и форму представления результатов проектирования, порядок рассмотрения проектных документов. Оно включает положения, инструкции, приказы, квалификационные требования, штатное расписание и другие документы, определяющие организационную структуру проектной организации и взаимодействие её подразделений с комплексом средств САПР.
К организационному обеспечению относятся также различные курсы изучения непрерывно и интенсивно развивающихся программных продуктов, которые проводят разработчики программного обеспечения. Обучение проектированию в CREDO проводится в региональных методических центрах обучения НПО КРЕДО-ДИАЛОГ, на курсах повышения квалификации в вузах и в проектных учреждениях. Организовано обучение пользователей разных категорий – от начинающих до опытных проектировщиков, их постоянные консультации по вопросам решения проектно-изыскательских задач в САПР, научно-практические конференции по актуальным вопросам использования автоматизированных технологий.