«

»

Prelucrarea informatiilor geotehnice in scopul modelarii 3D a suprafetelor limitelor de stratificatie

Share

tofan iulie fig 1In prezent, internetul este cunoscut drept modul cel mai eficient prin intermediul caruia cantitati uriase de informatii circula oriunde in lume, cu viteze uluitoare. In domeniul tehnologiei informatiei s-au realizat si se dezvolta sisteme pentru gestionarea datelor cu localizarea lor spatiala. Tehnologia care achi­zitioneaza, integreaza si furnizeaza date localizate spatial se numeste „Sistem Informational Geografic“ (SIG), Este o tehnologie in continua dezvoltare, ce reprezinta un instrument computerizat pentru cartografierea si analizarea tuturor elementelor care exista pe glob, precum si a evenimentelor ce se petrec in lume. Ea integreaza operatiile obisnuite cu baze de date – cum ar fi interogarea sau analiza statistica -, cu avantajele unice oferite de harti, pentru vizualizarea si analiza geografica pe baza datelor spatiale.

 

Una dintre metodele de achizitie a datelor necesare realizarii unei aplicatii SIG (GIS in engleza) este data de planuri si harti existente, acestea continand o cantitate mare de informatii, atat calitativa, cat si cantitativa, disponibila la diferite scari. Culegerea datelor grafice de pe planuri si harti se poate realiza prin scanare, digitizare sau vecto­rizare automata, procedee prin care datele culese sunt transformate din format analogic in format digital.

Intrucat hartile sunt cele mai importante modalitati de a repre­zenta informatii grafice, un Sistem Informational Geografic combina informatiile acestora, imaginile sate­litare si ale fotogramelor aeriene, cu baze de date alfanumerice care contin informatii despre datele grafice.

Sistemele informatice geografice permit crearea de harti, integrarea de informatii, vizualizarea de scenarii, rezolvarea unor probleme cu grad de dificultate ridicat si dezvoltarea de solutii efective intr-un mod nou de abordare, usor de utilizat.

In scopul obtinerii, in timp real, a datelor referentiate spatial, este necesara realizarea unui suport informatizat integrat. Lucrarea de fata foloseste, ca modalitate de achizitie a datelor grafice digitale, planuri topografice la scara 1:1.000, rezultate in urma scanarii si digitizarii on-screen (in spatiul ecranului).

Scopul principal al acestei lucrari consta in prezentarea unei metode de integrare a datelor geotehnice intr-un Sistem Informational Geografic, pentru a evidentia variatia modelelor 3D ale suprafetelor limitelor de stra­tificatie.

Conform literaturii de specialitate, o varianta de rezolvare a acestei problematici poate fi data de meto­dele geostatistice, care pot fi folosite pentru o mai buna intelegere a variatiilor spatiale ale caracteristicilor terenului (Akbarzadeh & Taghizadeh, 2010), prin asigurarea unui instrument de analiza spatiala si estimare a valorilor necunoscute (Isaaks & Srivastava, 1989).

In general, abordarea unei astfel de probleme utilizand tehnologia Sistemelor Informationale Geogra­fice implica dificultati in determi­narea localizarii spatiale din cauza lipsei informatiilor legate de coordonata Z (Choi & Park, 2006).

 

METODE SI SURSE DE ACHIZITIE A DATELOR
Zona de studiu

Zona avuta in vedere pentru prelucrarea informatiilor geotehnice si sinteza lor pentru elaborarea stratificatiei 3D reprezinta, din arealul pe care se extinde municipiul Iasi, partea cu cel mai ridicat grad de ocupare cu constructii, aceasta constituindu-se in nucleul in jurul caruia s-a dezvoltat, in timp, orasul. Fondul construit, pe zona luata in discutie, incorporeaza atat edificii istorice, majoritatea acestora fiind declarate monumente (Palatul Culturii, Bise­rica Trei Ierarhi, Catedrala Mitropolitana, Teatrul National, Castelul Roznovanu, Filarmonica Moldova, Muzeul Unirii, Muzeul V. Alecsandri, cel de Stiinte Naturale, Bisericile Armeneasca, Barboi Banu, Lipoveneasca etc.), cat si constructii recente (blocuri de locuinte, sedii administrative, de banci, hoteluri, locuinte familiale, cladiri de servicii publice si asistenta sociala, de alimentatie publica etc.).

 

Surse de achizitie a datelor

Lucrarea foloseste, ca modalitate de achizitie a datelor grafice digitale, urmatoarele surse:

a) ortofotoplanul pentru Iasi, aerofotografiat in anul 2005;

b) planuri topografice, in format raster, la scara 1:1.000;

c) planuri cu dispunerea forajelor, conform documentatiilor geotehnice;

d) fise de stratificatie pentru foraje, conform documentatiilor geoteh­nice (fig. 2).

In cadrul acestei lucrari, cotele corespunzatoare fiecarui strat s-au extras, intr-o prima etapa, din fisele de foraj geotehnic (insuficiente), iar pentru realizarea modelului 3D al suprafetei stratului de umplutura, vin in completare datele furnizate de harti si planuri scanate, pe care se regasesc puncte din reteaua de nivelment si a caror cota este specificata pe plan (fig. 2.b).

Cu toate acestea, pentru reali­zarea modelelor 3D ale celorlalte suprafete ale limitelor de stratificatie (loess, purtator apa, impermeabil, inferior), se pune problema determinarii coordonatei Z a punctelor a caror cota este cunoscuta in stratul de umplutura, dar nu se cunoaste pentru celelalte straturi si in acest sens pot fi utilizate doar datele furnizate de fisele de foraj geotehnic.

 

REALIZAREA BAZEI DE DATE GRAFICE

Pentru realizarea unui sistem informational geografic, se parcurg o serie de etape precum: proiectarea aplicatiei, achizitia si prelucrarea datelor, testarea produsului final, analiza si interpretarea rezultatelor.

Dintre acestea, etapele de achi­zitie si prelucrare a datelor necesita un timp indelungat si costuri ridicate, motiv pentru care este important sa li se acorde o atentie deosebita.

In cadrul etapei de achizitie a datelor se identifica sursele de date, se analizeaza continutul acestora, se stabilesc procedurile de colectare si se colecteaza datele.

Prelucrarea datelor presupune aplicarea functiilor specializate ale software-ului GIS utilizat in scopul curatirii datelor, integrarii datelor in sistem, precum si pentru crearea de topologii (Bofu & Chirila, 2007).

Informatiile grafice au fost preluate utilizand planuri (trapeze) topo­gra­fice in format raster la scara 1:1.000, ortofotoplanul aerofotogra­fiat in 2005, precum si planuri cu dispunerea forajelor in conformitate cu documentatiile geotehnice (fig. 2).

 

Achizitia datelor necesare realizarii unui SIG

Hartile si planurile existente repre­zinta principala sursa de realizare a unei aplicatii SIG, iar colectarea informatiilor grafice necesare se poate realiza prin scanare, digitizare sau prin vectorizare; astfel, datele sunt transformate din format analogic in format digital.

Realizarea bazei de date grafice presupune, de fapt, obtinerea suportului digital pentru zona analizata, pentru care se parcurg mai multe etape. In acest paragraf sunt pre­zentate si alte metode de achizitie a datelor, diferite de cele utilizate in lucrare, dupa cum urmeaza:

Achizitia datelor rezultate din fotogrammetrie

Fotogrammetria este o ramura a topografiei, care se ocupa cu masu­rarea dimensiunilor si formei obiec­telor de pe teren cu ajutorul fotogramelor, in vederea intocmirii hartilor si ridicarii planurilor.

Fotogramele sunt imagini instantanee, preluate din avion sau din puncte inalte de pe teren, cu ajutorul unor programe si aparaturi specia­lizate si reprezinta o sursa importanta pentru SIG Acestea, fiind in format analogic, trebuie prelucrate prin operatii de scanare si digitizare.

Achizitia datelor rezultate din teledetectie

Datele rezultate din teledetectie sunt reprezentate de imagini satelitare, obtinute prin captarea radiatiilor electromagnetice emise de obiecte si transformarea lor in format digital. Principalele surse de date cunoscute sunt cele doua sisteme de teledetectie: Landsat din SUA si SPOT din Franta.

Achizitia datelor rezultate din masuratori directe

In acest caz, datele sunt achi­zitionate prin masuratori directe, care se pot efectua cu statii totale sau cu echipamente GPS. Masuratorile implica ridicari ale unor suprafete de teren in vederea evidentierii proprietatilor sau pentru evidentierea pe planuri la scara mare a detaliilor planimetrice si altimetrice (Bofu & Chirila, 2007).

Prelucrarea datelor in vederea obtinerii suportului grafic digital al zonei analizate

Dispunand de planurile topogra­fice la scara 1:1.000, acestea trebuie prelucrate in continuare cu un software specializat (Autodesk Map si GTX RasterCad Plus) in scopul obtinerii suportului digital pentru zona analizata. In acest sens, trebuie parcurse mai multe etape de lucru, dupa cum urmeaza:

Calculul elementelor cartografice ale trapezelor

a. Inventarierea bazei de date existente

Teritoriul cadastral al zonei anali­zate din municipiului Iasi este incadrat pe un numar de 2 trapeze la scara 1:5.000, 5 trapeze la scara 1:2.000 si 9 trapeze la scara 1:1.000.

In tabelul 1 este prezentat inventarul trapezelor de pe teritoriul administrativ al zonei studiate.

b. Alcatuirea schemei de racordare a trapezelor

Schema de racordare a trape­zelor va contine toate trapezele de la scara 1:5.000, 1:2.000 si 1:1.000 diferentiate prin culori. Ele vor fi luate din tabelul 1.

Schema de racordare a trape­zelor, precum si coordonatele geografice (j, l) sunt prezentate in figura 3.

c. Calculul coordonatelor coltu­rilor trapezelor la scara 1:1.000

Pe baza coordonatelor geogra­fice ale colturilor trapezelor, de pe elipsoidul de referinta Krasovski – 1940, este necesar ca acestea sa fie transformate in coordonate rectangulare plane stereografice-1970 va­labile pentru tara noastra. Aceasta etapa s-a putut realiza utilizand formulele cu coeficienti constanti, asa cum s-a prezentat intr-o lucrare anterioara (Tofan, 2011).

Calculul s-a efectuat pentru fie­care dintre cele 4 colturi ale trapezelor, denumite 1NV, 2NE, 3S si 4SE, iar valorile transformarilor sunt prezentate in tabelul 2.

d. Atasarea si georeferentierea imaginilor raster

Atasarea si georeferentierea ima­ginilor raster s-au realizat utilizand functiile specializate din meniul AutodeskMap. Georeferentierea tra­pezelor scanate este procesul prin intermediul caruia imaginea este adusa pe pozitia ei spatiala. Aceasta etapa are o mare importanta in ceea ce priveste acuratetea si continuitatea informatiei grafice ca suport al viitoarei aplicatii GIS.

Figura 4 evidentiaza in stanga continuitatea trapezelor topografice scanate obtinuta prin georeferen­tiere, iar in dreapta s-a detasat si digitizat zona de studiu, care repre­zinta de fapt si modelul 2D.

In afara etapelor enuntate mai sus, in lucrarea mentionata (Tofan, 2011) sunt descrise si etapele de definire a numelor layerelor (straturilor), digitizarea on-screen, defi­nirea bazelor de date pentru fiecare plan digitizat, precum si definirea sistemului de proiectie.

 

REALIZAREA BAZEI DE DATE ALFANUMERICE SI CUPLAREA ACESTEIA CU BAZA DE DATE GRAFICA

In continuare, baza de date alfanumerica si modelele 3D ale suprafetelor limitelor de stratificatie vor fi realizate utilizand aplicatia TopoLT atasata platformei Autodesk Map.

Programul specializat TopoLT ofera unelte pentru aplicatii 2D sau 3D cu ajutorul carora se pot crea planuri topografice sau cadastrale, modelul 3D al terenului si curbe de nivel, se pot calcula volume sau se pot insera imagini georeferentiate.

Functionarea acestui program este posibila pentru majoritatea platformelor CAD (Autodesk, BricsCAD, CADian, CMS IntelliCAD, ProgeCAD, ZwCAD), suportand sisteme de operare Windows 98 / Me / NT / 2000 / XP / Vista / Windows 7.

Sub platforma Autodesk, dar si a celorlalte programe sub care poate rula, TopoLT utilizeaza functiile de desenare ale acestora, la care se adauga functiile specifice programului necesare pentru realizarea planurilor topografice sau cadastrale in format digital (http://topolt.com/).

Interpolarea punctelor de cota necunoscuta, cu ajutorul punctelor de cota cunoscuta, pentru fiecare strat

In aceasta lucrare, coordonatele Z necunoscute au fost determinate cu ajutorul functiei de interpolare din meniul programului TopoLT. Astfel, dispunand de coordonatele spatiale (X, Y, Z) ale unui numar de 470 de puncte ce acopera zona de studiu si care alcatuiesc, de fapt, baza de date alfanumerica, urmatorul pas consta in conversia si atasarea acesteia la baza de date grafica.

Cotele punctelor calculate pentru fiecare strat (umplutura, loess, pur­tator apa, impermeabil) au fost determinate „on-screen” (in spatiul ecranului), fiind descarcate in fisiere de tip .rtf (.doc) accesand functia Coordonate » Creeaza tabel coordonate. Pe baza tabelelor de coordonate, in continuare s-au creat fisiere de tip .txt pentru fiecare strat in parte (fig. 5), continand DP (denumirea punctului), coordonate X, Y, Z si codul punctului.

In acest fel, baza de date poate fi oricand verificata, completata sau actualizata pe masura ce apar noi informatii legate de alte foraje executate in cadrul zonei de studiu.

Dupa verificarea, completarea sau actualizarea bazei de date alfanumerice, urmatorul pas consta in atasarea acesteia bazei de date grafice. Deschizand un nou fisier .dwg, se ataseaza baza de date alfanumerica cu ajutorul functiei Coordonate » Raporteaza Puncte din meniul TopoLT, astfel fiind aduse in spatiul ecranului toate punctele avand denumirea, coordonatele si codul in conformitate cu cele inscrise in fisierele de tip .txt.

 

Cuplarea bazei de date alfanumerice cu baza de date grafica

Pentru generarea modelelor 3D, a curbelor de nivel si pentru calculul volu­melor trebuie ca, mai intai, sa se raporteze punctele din fisierele .txt in mediul Autodesk. In acest sens, s-au realizat 5 fisiere .dwg pentru fiecare suprafata in parte si se parcurg pentru urmatoarele etape de lucru. Se utilizeaza functia Coordonate » Raporteaza Puncte din meniul TopoLT si se alege fisierul .txt corespunzator fiecarui strat. Dupa ce se fac toate setarile si se alege modalitatea de import, se apasa Ok, iar punctele vor fi raportate in spatiul model (http://topolt.com/).

Pentru a ridica si celelalte entitati din desen la cota punctelor se foloseste functia Transformari » Ridica la cota punctelor sau tastand in linia de comanda LiftUp.

In figura 5 este prezentat mo­delul 2D al zonei studiate digitizate si georeferentiate, pe care se pot identifica, pe langa punctele cotate de pe plan, si punctele corespunzatoare forajelor avand specificate numele, simbolul si cota.

 

Realizarea modelelor 3D si a curbelor de nivel

Modelele 3D se genereaza auto­mat utilizand functia Model 3D » Creeaza model 3D: se selecteaza punctele, se elimina punctele de cota 0.000, se selecteaza liniile sau poliliniile de schimbare fortata a pantei si limita modelului (care este de fapt conturul zonei de studiu). In final, apare o noua fereastra unde se pot vizualiza modelele si se pot face randari, se poate alege metoda de proiectie perspectiva sau ortogra­fica, intensitatea luminii, calitatea texturii, daca obiectele 3D sunt nete­zite sau nu, texturi (http://topolt.com/). In acest fel au rezultat modelele 3D ale suprafetelor straturilor de umplutura, loess, purtator apa, impermeabil si inferior (fig. 6).

Pentru a vizualiza toate modelele fiecarui strat, trebuie ca acestea sa se aduca intr-un singur fisier .dwg utilizand comenzile Edit » Copy, Edit » Paste to original coordinates si functia Model 3D » Vizualizeaza model.

Dupa ce a fost vizualizata supra­fata, urmatorul pas consta in dese­narea curbelor de nivel. Se acceseaza functia Model 3D » Deseneaza curbe de nivel, se selecteaza suprafata, iar curbele de nivel sunt generate in functie de echidistanta, culorile si grosimile alese la Configurare Program (http://topolt.com/).

 

CONCLUZII

Existenta unui sistem prin intermediul caruia se colecteaza, se stocheaza, se manipuleaza, se prelucreaza, se analizeaza si se vizua­lizeaza toate tipurile de date necesare la un moment dat determina, implicit, o mai buna organizare a informatiilor existente pentru o anumita zona de studiu.

Un astfel de sistem poate fi rea­lizat prin GIS si pentru ingineria geotehnica. In lucrare este prezentata o modalitate de creare a unei baze de date continand informatiile furnizate de harti si planuri scanate, precum si de fise de foraj, in scopul realizarii modelelor 3D si a curbelor de nivel corespunzatoare suprafe­telor limitelor de stratificatie. De asemenea, baza de date alfanume­rica poate fi oricand completata, actualizata sau modificata, pe masura ce apar informatii noi legate de executia unor masuratori sau foraje. In acest fel, se dispune de informatii la zi, de precizie ridicata.

Rezultatele obtinute in urma modelarii informatiilor geotehnice au aplicabilitate si in stabilirea punctajului corespunzator factorilor legati de teren (terenuri bune, medii, dificile) si apa subterana (fara epuismente, cu epuismente normale, cu epuismente exceptionale), necesar pentru incadrarea unei lucrari intr-o categorie de risc geotehnic.

 

BIBLIOGRAFIE

1. Akbarzadeh, A., & Taghiza­deh, M. R. (2010). Distributia spa­tiala a unor proprietati ale solului prin utilizarea metodelor geostatistice in regiunea Khezrabad (Yazd) din Iran. ProEnvironment 3 (2010) , 227-236;

2. Bofu, C., & Chirila, C. (2007). Sisteme Informationale Geo­grafice. Cartografierea si editarea hartilor. Iasi: Editura Tehnopress;

3. Choi, Y., & Park, H.-D. (2006). Integrating GIS and 3D geostatistical methods for geotechnical characterization of soil properties. IAEG 2006 Paper number 532 , 1-8;

4. http://topolt.com/ (n.d.);

5. Isaaks, E. H., & Srivastava, R. M. (1990). An Introduction to Applied Geostatistics. USA: Oxford University Press;

6. Tofan, A.-L. (2011). Integrarea datelor grafice pentru un areal din zona centrala a municipiului Iasi intr-un Sistem Informational Geografic in vederea evaluarii si monitorizarii riscului geotehnic. Al IV-lea Simpozion National „Creatii
universitare 2011“.

 

Autori:
drd. ing. Ana-Luciana Tofan,
prof. univ. dr. ing. Vasile MuSat – Universitatea Tehnica „Gheorghe Asachi“ din Iasi, Facultatea de Constructii si Instalatii, Departamentul de Cai de Comunicatii si Fundatii 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 105 – iulie 2014, pag. 52



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2014/07/03/prelucrarea-informatiilor-geotehnice-in-scopul-modelarii-3d-a-suprafetelor-limitelor-de-stratificatie/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.