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lunes, 26 de enero de 2015

Optimized GIS for linear projects X (Reading Landform) / SIG optimizado para obras lineales X (Lectura de elementos topográficos)

Previamente: / Previously:

Optimized GIS for linear projects IX (Types of data bases, drawing and legislation))
SIG optimizado para obras lineales IX (Tipos de bases de datos, sistemas de representación y normativa)


Índice Index

1.- Introducción
   1.1.- Situación actual
   1.2.- Problemática detectada y justificación del trabajo
   1.3.- Objetivos
   1.4.- Estructura del estudio
2.- Estado del conocimiento
   2.1.- La topografía en la obra lineal
      2.1.1.- Elementos básicos de documentación topográfica
      2.1.2.- Composición de los elementos básicos del trazado
      2.1.3.- Software habitual para definición de trazados en obras lineales
   2.2.- Formatos de dibujo
      2.2.1.- El formato dxf
      2.2.2.- El formato vml
      2.2.3.- El formato svg
      2.2.4.- El formato dwg
   2.3.- La información documentada de obra
   2.4.- Sistemas de información geográfica
      2.4.1.- Revisión de programas de gis estándar
      2.4.2.- Revisión de programas de gis que no siguen los estándares
   2.5.- Tipos de lenguajes de programación
      2.5.1.- Lenguajes de bajo nivel
      2.5.2.- Lenguajes de nivel medio
      2.5.3.- Lenguajes de alto nivel
   2.6.- Tipos de bases de datos
      2.6.1.- Sql, la comunicación entre bases de datos relacionales
   2.7.- Los sistemas de representación gráfica tradicionales
   2.8.- Normativa aplicable
3.- Solución
   3.1.- Lectura de elementos topográficos: trazado y estructuras
      3.1.1.- Elementos topográficos del trazado: eje
      3.1.2.- Elementos topográficos del trazado: terreno
      3.1.3.- Elementos topográficos del trazado: plataforma
      3.1.4.- Elementos topográficos anejos al trazado: las estructuras
   3.2.- Lectura de bases de datos
      3.2.1.- Bases de datos de ensayos e inspección
         3.2.1.1.- Bases de datos de ensayos, suelos
         3.2.1.2.- Bases de datos de ensayos, densidades
         3.2.1.3.- Bases de datos de ensayos, mezclas bituminosas
         3.2.1.4.- Bases de datos de ensayos, hormigones
         3.2.1.5.- Bases de datos de inspección, control
         3.2.1.6.- Bases de datos de inspección, diario
         3.2.2.- Bases de datos extras
         3.2.2.1.- Bases de datos extras, fotos
         3.2.2.2.- Bases de datos extras, definición de estructuras
         3.2.2.3.- Bases de datos extras, definición de la capa de firme
         3.2.2.4.- Bases de datos extras, localización extra
    3.3.- El dibujo del trazado
        3.3.1.- El dibujo en planta
        3.3.2.- El dibujo en perspectiva
            3.3.2.1.- El dibujo con superficies planas
            3.3.2.2.- El dibujo en el navegador
    3.4.- La unión del trazado con las bases de datos
        3.4.1.- La unión de las estructuras al trazado
        3.4.2.- La unión de los ensayos de suelos al trazado
        3.4.3.- La unión de los ensayos de densidades al trazado
        3.4.4.- La unión de los ensayos de hormigones al trazado
        3.4.5.- La unión de los ensayos de firmes al trazado
        3.4.6.- La unión de los inspecciones de control al trazado
        3.4.7.- La unión del diario al trazado
        3.4.8.- La unión de la documentación fotográfica al trazado
    3.5.- La unión de la documentación y otras inspecciones
        3.5.1.- La unión pasiva
        3.5.2.- La unión activa
    3.6.- Base matemática novedosa utilizada
        3.6.1.- Pseudo-bases de datos
        3.6.2.- Redes de taylor multidimensionales
        3.6.3.- Sintegrales
    3.7.- Consultas a la información a través de formularios
        3.7.1.- Formularios de ensayos de suelos
        3.7.2.- Formularios de ensayos de densidades
        3.7.3.- Formularios de ensayos de hormigones
        3.7.4.- Formularios de ensayos de firmes
        3.7.5.- Formulario de inspecciones, control
        3.7.6.- Formulario de inspecciones, diario
        3.7.7.- Formulario de inspecciones, fotos
        3.7.8.- Formulario de seguimiento en dxf y kml
    3.8.- Resultados finales
4.- Conclusiones, futuras lineas de trabajo
5.- Bibliografía


3.- SOLUCIÓN / SOLUTION


A partir de ahora se irán solucionando los problemas según vayan apareciendo según el itinerario de la información, su entrada, gestión y salida.

En la zona de entrada de información se analizará:


  • Lectura de elementos topográficos, ejes y estructuras (apartado 3.1).
  • Lectura de las bases de datos (apartado 3.2).
  • La información documentada de obra (apartado 3.2).


En la zona de tramitación de la información se repasarán:


  • El dibujo del trazado (apartado 3.3).
  • La unión del trazado con las bases de datos (apartado 3.4).
  • La unión de la documentación con el trazado (apartado 3.4).


En la zona de salida de información se verán:


  • Acceso a la información desde el trazado (apartado 3.5 y 3.6). 
  • Acceso a la información por formulario (apartado 3.7).
  • Salida de informes (apartado 3.8). 


From now on, it will solve the problems as they appear depending on the itinerary of information, its input, management and output.

In the information input area will be analyzed:


  • Reading topographical features, shafts and structures (section 3.1).
  • Reading the database (section 3.2).
  • The documented information work (section 3.2).


In the area of processing the information will be reviewed:


  • The drawing of the layout (section 3.3).
  • Binding of plotting with databases (Section 3.4).
  • The union of the documentation with the layout (section 3.4).


In the area of information output will be affected:


  • Access to information from the trace (section 3.5 and 3.6).
  • Access to information form (section 3.7).
  • Output reports (section 3.8).




********* ENTRADA DE INFORMACIÓN *********
*********    INPUT INFORMATION   *********


3.1.- LECTURA DE ELEMENTOS TOPOGRÁFICOS: TRAZADO Y ESTRUCTURAS / READING OF TOPOGRAPHIC FEATURES: LAYOUT AND STRUCTURES


Tras estudiar como funcionan los programas más habituales de asistencia al trazado (CLIP e ISTRAM) se observa la coincidencia en los archivos de partida. Siempre hay una terna de archivos por cada eje definido, a saber, eje, terreno y plataforma.

Esto permitirá dar uno de los pasos más ambiciosos frente al tedio de incorporar datos a una aplicación mediante planos, zonificaciones posteriores etc. Se encuentra la manera de conseguir lo mismo haciendo el mínimo esfuerzo (en algunos casos nulo) ya que lo que se busca es que los mismos datos de partida que se necesitan para la definición, seguimiento y mediciones valgan también para el SIG. De esta manera se evitan esfuerzos, errores, actualizaciones, al tiempo que se disminuirá el tamaño de los datos de entrada y hará más ágil el futuro programa. En resumen, para la inserción de datos del trazado se utilizan los datos que ya se tienen de éste y no se hace nada, el programa se encargará de su lectura y automáticamente los asume como propios. A continuación se explica como se hace.

After studying as the most common layout assistance programs (CLIP and ISTRAM) operate the coincidence is observed in the archives of departure. There is always a short list of files for each defined, namely axle shaft ground and platform.

This will give one of the most ambitious steps against the tedium of entering data into an application using plans, zoning post etc. Is the way to achieve the same by minimal effort (sometimes zero) and that what is sought is that the same input data needed for defining, monitoring and measurements also worth for GIS. Thus efforts, errors, updates are avoided, while the size of the input data will decrease and become more agile the future program. In summary, for inserting data plotted the data you already have this and nothing is done, the program will be responsible for reading and automatically assumed to own used. Then explains how it's done.


3.1.1.- ELEMENTOS TOPOGRÁFICOS DEL TRAZADO: EJE /  ELEMENTS OF TOPOGRAPHIC MAPPING: AXIS



La definición del eje consiste en la relación absoluta entre puntos kilométricos y coordenadas UTM. Con diferentes nombres este archivo es de texto plano y presenta la estructura que se muestra en la figura 3.1.1.


The definition of the axis is the absolute relationship between mile markers and UTM coordinates. With different names this file is plain text and has the structure shown in Figure 3.1.1.



Figura 3.1.1: Vistas del archivo .eje
Figure 3.1.1: Views of .eje file (axis)
La lectura de datos es bastante sencilla y se puede fácilmente trasladar el dato a una matriz o grupo de matrices

Reading data is quite simple and can easily move the data to a matrix or array group

coorX[EJE][pk], coorY[EJE][pk], coorYZ[EJE][pk].



3.1.2.- ELEMENTOS TOPOGRÁFICOS DEL TRAZADO: El TERRENO3.1.2 ELEMENTS OF TOPOGRAPHIC MAPPING: THE FIELD.



La definición del terreno consiste en la relación relativa de distancias y cotas en un plano vertical y ortogonal a la proyección del eje en planta en en punto kilométrico referido. Con diferentes nombres este archivo es de texto plano y presenta la estructura que se muestra en la figura 3.1.2.a.

The definition of the field is the relative ratio of distances and heights in a vertical and orthogonal to the projection axis in plant referred kilometer plane. With different names this file is plain text and has the structure shown in Figure 3.1.2.a.


Figura 3.1.2.a: Aspecto del archivo que define el terreno
Figure 3.1.2.a: Appearance of the file that defines the field
La lectura de datos es bastante sencilla, ya que en cada pk se indica cuantos puntos del terreno hay y a continuación el doblete distancia, cota, ya nos dice el resto. Se puede fácilmente trasladar el dato a una matriz. En este punto se plantean dos posibilidades. Una de ellas es guardar los datos relativos y operar sólo con los que se necesitan cada vez cuando haga falta y la otra es traducir todas las coordenadas relativas a absolutas al inicio, con la lectura de datos y no volverlas a realizar. Se opta por la segunda idea ya que al final el tiempo requerido inicial siempre es mucho menor que la suma de tiempos parciales. Este dato se comprueba al programar.

La matriz resultante en coordenadas absolutas serían:

Reading data is quite simple, since each pk few ground points indicated there and then the double distance, height, and told the rest. You can easily move the data to a matrix. At this point two possibilities arise. One is to save data and operate only those needed each time when needed and the other is to translate all coordinates relative to absolute to start with reading data and not make them again. It is ranked the second idea since the end the initial time required is always much less than the sum of split times. This data is checked in programming.

The resulting matrix in absolute coordinates are:


 coorTX[EJE][pk][n],  coorTY[EJE][pk][n],  coorTZ[EJE][pk].

La forma de obtener estos valores es muy simple. Las coordenadas del punto P (del punto kilométrico) se conocen del punto anterior (px,py,pz), a la proyección sobre el terreno del vector de dirección lo conocemos si el punto anterior es el punto Q (qx, qy, qz) → PQ (qx-px, qy-py,0). El plano vertical cumplirá la siguiente ecuación Ax+By+C=0, donde A=qx-px y B= py-qy (obsérvese el cambio de signo) y C se obtiene de hacer que el plano pase por el punto P:

The way to obtain these values is very simple. The coordinates of point P (at KP) are known from the previous point (px, py, pz), the projection of the vector field direction we know if the previous point is the point Q (qx, qy, qz) → PQ (qx-px, q-p, 0). The vertical plane fulfill the following equation Ax + By + C = 0, where A = qx-px and B = p-q (note the change of sign) and C is obtained to make the plane through the point P:

C=-(qx-px)px -(py-qy)py

Uno de los puntos del terreno T definido por (d,z), la dirección de d es precisamente la ortogonal a PQ, es decir AB/|AB|, que es el vector unitario luego T será P+d·AB/|AB|, es decir:

One of the points of the terrain T defined by (d, z) direction d is precisely orthogonal to PQ, ie AB / | AB |, which is the unit vector then T is P + d · AB / | AB |, that is:


T=(px+d·(qx-px)/√((qx-px)²+(qy-py)²), py+d·(py-qy)/√((qx-px)²+(qy-py)²), z)
Figura 3.1.2.b: Desarrollo de la perspectiva cónica de una línea de terreno
Figure 3.1.2.b: Development of conical perspective of a line of field


3.1.3.- ELEMENTOS TOPOGRÁFICOS DEL TRAZADO: LA PLATAFORMA ELEMENTS OF TOPOGRAPHIC MAPPING: THE PLATFORM



La definición de la plataforma es muy similar al terreno en cuanto a la relatividad de sus coordenadas pero diferente en cuanto a forma siguiendo la estructura que se representa en la figura 3.1.3.a.


Platform defining the field is very similar in terms of its coordinates relativity but different in shape following the structure as shown in Figure 3.1.3.a


Figura 3.1.3.a: Aspecto del archivo que define la plataforma
Figure 3.1.3.a: Appearance of the file that defines the platform
La lectura de datos es bastante sencilla, ya que cada pk estaquilla los datos concernientes a él. De igual manera tras el proceso de lectura, se recalculan éstas para pasar de relativas a absolutas y se guardan en un grupo de matrices:

Reading data is quite simple, because each pk estaquilla data concerning him. Similarly after the reading process, they are recalculated to move from relative to absolute and stored in a group of matrices:


coorEX[EJE][pk][n],  coorEY[EJE][pk][n],  coorEZ[EJE][pk].

La forma de obtener este dato, igual que el caso anterior:
The way to get this data, like the previous case:


E=(px+d·(qx-px)/√((qx-px)²+(qy-py)²), py+d·(py-qy)/√((qx-px)²+(qy-py)²), z)


donde d es ahora la distancia de la plataforma.
where d is now the distance of the platform.


Figura 3.1.3.b: Desarrollo del terreno y al plataforma en cónica
Figure 3.1.3.b: Land Development and conical platform
La figura 3.1.3.c esquematiza el proceso de renderizado
The figure 3.1.3.c outlines the rendering process


Figura 3.1.3.c: Algoritmo del proceso de renderizado
Figure 3.1.3.c: Algorithm rendering process

3.1.4.- ELEMENTOS TOPOGRÁFICOS ANEJOS AL TRAZADO: LAS ESTRUCTURAS / ATTACHED TO TRACE ELEMENTS TOPOGRAPHIC: STRUCTURES



La definición de las estructuras (y obras de drenaje) no puede realizarse tan automáticamente pero se propone una forma sencilla. Se utilizará una hoja de cálculo que nos permita reducir al máximo el trabajo y la posibilidad de errores. Para ello se define el elemento clave más versátil posible. Un elemento de seis caras que no tienen que ser paralelas (figura 3.1.4.a).

The definition of structures (and drainage) can not be done so automatically, but an easy way is proposed. A spreadsheet that allows us to minimize the work and the possibility of errors is used. For this, the most versatile possible key element is defined. A six-sided element need not be parallel (Figure 3.1.4.a).


Figura 3.1.4.a: Esquema de definición de partes de estructuras por puntos
Figure 3.1.4.a: Schema definition of parts of structures for points

La base de datos queda estructurada tal y como se muestra en la figura 3.1.4.b.
The database is structured as shown in Figure 3.1.4.b.


Figura 3.1.4.b: Base de datos definitoria de los elementos geométricos de las estructuras
Figure 3.1.4: Database data defining geometric elements of structures
La tabla ha sido cortada en dos para ser visualizada por el ancho. Los textos en negrita contienen fórmulas ya que muchas figuras con paralelepípedos y muchos puntos se pueden deducir debido a propiedades de proporción y paralelismo, por ello aunque parezca una multitud de puntos muchos se reducen con sencillas operaciones. Es por esto, por la facilidad de incorporar funciones y operandos por lo que la hoja de cálculo se vuelve de nuevo a consolidar como una buena herramienta equivalente como base de datos.

También se contempla la simplificación para conos truncados como caso general de cilindros y cilindros inclinados y muros.

The table has been cut in two for display width. The text in bold contain formulas as many figures parallelepipeds and many points can be deducted due to properties of proportion and parallelism, so it may seem a multitude of many points are reduced with simple operations. That is why, for the ease of incorporating functions and operands so the spreadsheet returns to consolidate as a good equivalent tool as a database.

Frustums simplification for general case of inclined cylinders and cylinder walls is also contemplated.

3.2.- LECTURA DE BASES DE DATOSREADING OF DATABASES


Tras estudiar todos los tipos de bases de datos, se empezaron a crear las distintas bases de datos. Las primeras pruebas fueron en dBase y Access. El procedimiento más sencillo era ir añadiendo datos a una hoja de cálculo y luego exportarlos. También se puede utilizar la hoja de cálculo como base de datos directamente. Este segundo sistema tiene la ventaja de evitar un esfuerzo y una contrapartida, la lectura y/o gestión de datos es más lenta (unos pocos segundos frente a milisegundos). Pero que en la creación de informes no tiene mayor relevancia.

En el siguiente análisis, y posteriores, no se volverá hacer mención del tipo de base de datos ya que es equivalente de cualquiera de ellas dado que las sentencias SQL son independientes de la naturaleza de éstas.

After studying all types of databases, they began to create the different databases. The first tests were in dBase and Access. The simplest procedure was gradually add data to a spreadsheet and then export. You can also use the spreadsheet as a database directly. This second approach has the advantage of avoiding a stress and a counterpart, reading and / or data management is slower (a few seconds versus milliseconds). But that report creation has no more relevance.

In the following analysis, and later, will not mention the type of database because it is equivalent to any of them because the SQL statements are independent of the nature of these.


3.2.1.- BASES DE DATOS DE ENSAYOS E INSPECCIÓN DATABASE TESTING AND INSPECTION


Se crearán las siguientes bases de datos según conceptos:


  • Ensayos: Suelos
  • Ensayos: Densidades
  • Ensayos: Hormigones
  • Ensayos: Aglomerado
  • Inspección: Control.
  • Inspección: Diario



The following databases are created as concepts:


  • Testing: Soil
  • Essays: Densities
  • Essays: Concrete
  • Essays: Chipboard
  • Inspection: Control.
  • Inspection: Daily



Continuará ...
To be continued ...

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