Proiectarea Asistata de Calculator

4. MATERIALUL SI METODA DE CERCETARE UTILIZATE

MATERIAL AND RESEARCH METHOD USED

4.1 Introducere și generalități

Proiectarea asistată de calculator (în limba engleză, “Computer Aided Design” – CAD), poate fi definită ca o activitate de utilizare a unui sistem de calcul în proiectarea, modificarea, analiza și optimizarea lucrărilor de construcții, sistemelor mecanice sau diferitelor tipuri de echipamente. Proiectarea se realizează cu ajutorul sistemelor informatice. Acestea sunt compuse din echipamente de calcul și aplicații software care asigură toate funcțiile necesare pe durata acestor procese. Echipamentele de calcul destinate activităților CAD (Computer Aided Design) se bazează pe o unitate de procesare centrala, unul sau mai multe terminale grafice, tastatură și alte periferice, precum și dispozitive de ieșire (imprimante, plottere, inscriptoare de CD-uri sau DVD-uri etc. Componenta software CAD (Computer Aided Design) o reprezintă software-ul de bază și aplicațiile software specializate pentru acest scop, care facilitează implementarea graficii în cadrul unui sistem de calcul, care conține și rutine și module dedicate funcțiilor inginerești.

In principiu, orice proces de proiectare asistată de calculator sau de modelare se compune din trei etape:

Etapa de colectare și introducere a datelor de intrare

Etapa de procesare a datelor

Etapa de distribuire, stocare și valorificare a datelor rezultate în urma prelucrării

Figura 4.1 – Structura unui sistem informațional specializat în domeniul

proiectării asistate de calculator

Figure 4.1 – The structure of an IT system, specialized for Computer Aided Design

Această etapizare este valabilă și pentru orice proiect de infrastructură sau de îmbunătățiri funciare, inclusiv pentru proiectele de combatere a excesului de umiditate din sol, atâta timp cât proiectul respectiv are la bază un model matematic.

Date de intrare

In cazul proiectelor de îmbunătățiri funciare, datele de intrare se împart în două mari categorii:

1A. Date specifice proiectului, care de obicei sunt colectate special pentru proiectul respectiv, conțin elemente specifice și sunt livrate intr-o mare varietate de forme (pe suport magnetic, referate, hărți, planuri).

1B. Date cu caracter general care descriu zona în care se desfășoară proiectul și care, de obicei, sunt disponibile sub forma de colecții stocate pe suport magnetic sau pe internet (“in the cloud”). Tot mai multe țări își dezvoltă astfel de sisteme de baze de date cu informații cu caracter general și de multe ori aceste date sunt disponibile gratuit sau la prețuri modice.

Date de ieșire

3A. Rezultate grafice tipărite (hărți, planuri de situație, profile longitudinale și transversale, detalii de execuție etc.)

3B. Materiale scrise (memorii, studii etc.)

3C. Materiale în format electronic (DVD/CD, stick USB, Hard Disk extern, etc.)

3D. Materiale și documente stocate pe Internet (“în the cloud”) pe servere și portaluri specializate pentru aceste activități (data management).

Figura 4.2 – Componentele care intervin în cadrul etapei de procesare a informațiilor

în cadrul proiectelor de desecare – drenaj

Figure 4.2 – Components involved in data-processing stage of drainage projects

In imaginea de mai sus se pot observa componentele care conlucrează pe durata procesării datelor, de la faza de date primare până la faza de proiect final. Dimensiunea fiecărei componente reprezentate în grafic este direct proporțională cu importanta ei în cadrul acestui proces.

Sistemul de calcul și echipamentele anexe reprezintă partea fizică în cadrul procesului de prelucrare a datelor. Acestea sunt obiecte inerte care nu contribuie singure la acest proces ci doar cu ajutorul aplicațiilor software și al personalului care le utilizează (personal specializat).

Aplicațiile software au nevoie de o platformă hardware pe care să ruleze, dar importanța lor este mult mai mare. De fapt, pe baza aplicațiilor software care se au în vedere a se utiliza în cadrul diferitelor proiecte, se alege și sistemul de calcul pentru a se asigura resursele hardware minime necesare.

Aplicațiile de calcul se împart în două mari categorii: aplicații software specifice și aplicații cu caracter general (cum ar fi sistemul de operare, programele utilitare, pachetul Office care permite redactarea materialelor etc.). Aplicațiile specifice sunt acelea cu ajutorul cărora se realizează procesul de proiectare asistată de calculator.

Împreună, sistemul de calcul și aplicațiile software formează sistemul informatic. Este bine de reținut că acesta diferă de sistemul informațional.

Personalul de specialitate, reprezentat atât de experți în domeniul IT cât și de experți cu dublă calificare (IT și specializare în domeniul care se modelează sau proiectează) asigură funcționarea întregului proces. Fără această categorie de resurse, practic, nici un proces de prelucrare a datelor de la faza de date primare la faza de proiect finalizat nu poate să aibă loc. Această categorie de resurse este esențială și determină structura și organizarea celorlalte resurse (sisteme de calcul și aplicații software).

. Echipamente (sisteme de calcul – cerințe hardware)

Având în vedre că aplicația software principală folosită pe durata elaborării acestei lucrări a fost AutoCAD Civil 3D 2011, versiunea pe 64 biți, a fost necesar ca echipamentul să fie ales pe baza cerințelor specifice ale acestei aplicații, specializate în domeniul proiectării asistate de calculator.

Această aplicație a fost aleasă deoarece ea reprezintă soluția perfecta oferită de firma Autodesk Inc., pentru o gamă largă de activități precum: prelucrarea și controlul datelor topografice, modelarea suprafețelor, calcule volumetrice și proiectarea interactivă a sistemelor de îmbunătățiri funciare și de infrastructură, cu generarea rapidă a profilelor longitudinale și transversale, precum și posibilitatea de a efectua cu ușurința calcule hidrologice și hidraulice avansate.

Cerințele hardware minime pentru utilizarea aplicației software AutoCAD Civil 3D 2012, versiunea pe 64 biți, sunt:

Procesor AMD Athlon 64, AMD Opteron, Intel® Xeon cu suport Intel® EM64T, Intel Pentium® 4 cu suport Intel EM64T, sau procesoare superioare acestora;

Memorie 4 GB RAM minim (8 GB RAM recomandat).

Placa video cu o memorie minima 128 MB, sau placa video de clasa workstation cu Direct3D cu rezoluția recomandata de minimum 1,600 x 1,200 pixeli.

Pentru instalare, este necesar ca sistemul de calcul să fie prevăzut cu unitate DVD.

In sistemul de calcul trebuie să existe și o unitate de stocare corespunzătoare scopului urmărit și a nivelului de performanta pe care dorim să-l atingem. Deoarece aceasta componenta este cea mai slaba din întregul sistem de calcul este foarte indicat să fie aleasa cu atenție, în urma unei analize tehnico-economice detaliate.

Procesor (CPU – Central Processing Unit)

Un mare inconvenient al aplicațiilor software bazate pe platforma AutoCAD o constituie faptul că această platformă a fost proiectata să utilizeze un nucleu din cadrul procesorului. Acest tip de aplicații software nu pot beneficia la maximum de puterea procesoarelor moderne, cu mai multe nuclee. Având în vedere acest aspect, este contraindicata achiziționarea de procesoare cu multe nuclee, cum sunt cele care înglobează în structura funcția hyperthreading (ex: seria i7 de la Intel). Funcția hyperthreading dublează numărul de nuclee pe care o aplicație software le are la dispoziție, prin utilizarea unui număr de nuclee virtuale, egal cu numărul de nuclee reale existente în procesor. Achiziționarea unor astfel de procesoare, cu un număr mare de nuclee obținute prin virtualizare, este contraindicata deoarece creșterea prețului de achiziție a sistemului de calcul nu este compensata de sporul de putere care poate fi utilizata de aplicațiile bazate pe platforma AutoCAD.

Achiziționarea de procesoare cu 2-4 nuclee se justifica doar prin sporul de performanta pe care sistemul de calcul îl pune la dispoziție pentru multitasking (utilizarea simultana a mai multor aplicații) și constituie un avantaj indirect pentru aplicațiile software bazate pe platforma AutoCAD.

Mult mai avantajos este să ne orientam spre achiziționarea de procesoare moderne, care beneficiază de funcția Turbo-bust, care permite procesorului să își ajusteze frecventa în funcție de gradul de solicitare.

Pe durata testelor realizate în cadrul acestei lucrări, un procesor Intel i5-760, proiectat să ruleze nativ la 2,8 GHz a fost capabil să ruleze cu ușurința la frecventa de 3,5 GHz, fora nici o intervenție din partea utilizatorului (proiectantului). Aceasta reprezintă un spor de putere de calcul de 25% în momentele în care procesorul este solicitat la maximum, pe durata proceselor de modelare complexe. Este de remarcat că se poate obține o creștere bruta de putere de calcul, fără nici un fel de cheltuieli suplimentare, doar prin alegerea judicioasa a tipului de procesor.

Figura 4.3 – Creșterea cu peste 25% a performantei sistemului de calcul prin utilizarea funcției Turbo-bust

Figure 4.3 – Increase by over 25% of yhe computing system using performance by usingTurbo –bust function

Memorie de lucru RAM – Random Access Memory

Având în vedere că în mod curent viteza de lucru a sistemului de calcul este limitată și de viteza de interacțiune cu operatorul, frecventa memoriei RAM instalate pe sistem nu este foarte importanta. Mai importanta este cantitatea de memorie RAM, care este bine să depășească 4 GB. In acest fel, memoria RAM poate să suplinească și o parte din limitările cauzate de sistemul de stocare, care este cea mai lenta componenta în cadrul unui sistem de calcul modern.

In cazul utilizării de sisteme de calcul care dispun de o cantitate limitata de memorie RAM, aplicația software AutoCAD Civil 3D, are înglobate facilitați care ajuta la economisirea acesteia. Cea mai eficienta metoda de economisire a memoriei RAM utilizate este bazata pe exportul unor obiecte de tip “Civil” și aducerea acestora în fișierul de lucru prin intermediul unei legături externe de tip shortcut sau xRef. Cel mai frecvent se folosește aceasta abordare pentru suprafețe, aliniamente și rețele de conducte, deoarece aceste obiecte consuma multa memorie de lucru (RAM).

Sistem grafic (Placa video)

Deși în cerințele hardware minime pentru folosirea aplicației software AutoCAD Civil 3D se specifica utilizarea unor placi video cu o memorie de minimum 128 MB, este indicat să se folosească placi cu o performanta mai ridicata pentru a se putea beneficia de toate facilitățile oferite de aceasta aplicație software moderna. Mai mult, în cazul în care se dorește realizarea de prezentări complexe 3D este necesar să se folosească plăci video performante (cu o memorie de minim 512 MB) pentru a se reduce durata procesului de randare și a se obține imagini de calitate. In cazul în care se dorește realizarea de prezentări 3D este indicat ca placa video să beneficieze și de funcția Pixel Shader, versiunea minima 3.0.

Este de reținut că aplicația AutoCAD Civil 3D permite utilizarea mai multor monitoare, pentru a asigura un spațiu de lucru extins. Posibilitatea utilizării acestei funcții depinde și de calitatea și performanta plăcii video care este instalata pe sistemul de calcul.

Pentru dotarea sistemului de calcul s-a ales o placă video model Giga Bzte Radeon HD 577 echipată cu 1GB de memorie GDDR5. In acest fel s-a asigurat performanța necesară pentru generarea suprafețelor 3D din cadrul lucrării și pentru randarea hărților tematice realizate pe baza funcțiilor GIS din cadrul aplicației AutoCAD Map 3D.

Dispozitive de stocare (HDD, SCSI sau SSD)

HDD (Hard Disk Drive)

HDD-urile sunt unități magnetice folosite pentru stocarea datelor pe suport magnetic în sistemele de calcul. In funcție de interfața, exista doua modele: pe interfața SATA (Serial Advanced Technology Attachment) mai moderne și mai rapide sau pe interfața IDE (Integrated Drive Electronics) mai vechi și mai lente. Cele mai indicate sunt cele cu interfața SATA și cu stocare verticala (ex: seria Caviar Black de la Western Digital)

Viteză de acces este de 22ms, foarte mare în comparație cu SSD-urilor (0,1 ms).

Pentru a se asigura un spațiu de stocare corespunzător proiectului, a fost ales un Hard Disk Western Digital model WDC WD5001AALS cu o capacitate de 500GB.

SSD (Unități de stocare tip Solid State Drive)

SSD-urile sunt unități de stocare mai mici ca dimensiune și memorie de stocare decât hard disk-urile, dar mult mai rapide. Vitezele de citire, de scriere și de transfer sunt foarte mari ajungând până la 300MB/s pe SATA (Serial Advanced Technology Attachment). Viteză de acces este de 0,1ms. Aplicațiile software și sistemul de operare se încarcă mai rapid daca sunt instalate pe acest tip de unități de stocare.

Avantaje:

– viteza de lucru foarte mare;

– tehnologie foarte moderna și sigură (rezistentă ridicată la șocuri, ușurință în recuperarea datelor, în cazul deteriorării unității);

– foarte silențioase (se pretează la utilizarea în medii speciale).

Dezavantaje:

– preț prohibitiv și spațiu de stocare limitat la ora actuală;

– este necesară activarea funcției TRIM (disponibilă în mod nativ numai în Windows 7);

– este indicat să se schimbe o serie de setări speciale pentru a putea folosi acest tip de dispozitiv de stocare cu eficientă maximă (dezactivarea memoriei virtuale, a funcției de hibernare și defragmentare, a funcției superfetch și prefetch, precum și funcția de indexare din Windows).
Având în vedere că unitățile de stocare de tip SSD (Solid State Drive) asigură un spațiu de stocare limitat, la un preț foarte ridicat, este indicat ca numai sistemul de operare să fie instalat pe astfel de unități, restul programelor și datele să fie instalate pe un hard-disk performant. Pe măsură ce prețul acestui tip de unități de stocare va deveni accesibil, ele ar putea deveni o alternativă viabilă pentru sistemele de stocare clasice, în cadrul sistemelor de calcul performante, destinate activităților de proiectare, cercetare sau modelare în domeniul îmbunătățirilor funciare (inclusiv desecare – drenaje și irigații).

Figura 4.4 – Sistemul de calcul utilizat la realizarea lucrării de doctorat

Figure 4.4 – Computer system used to accomplish the PhD reseach and paper

Sistemul de calcul prezentat în partea dreapta a imaginii de mai sus (Figura 4.4) a fost realizat de către autorul lucrării special pentru modelarea și realizarea proiectelor prezentate și are aceeași putere de procesare ca suma puterilor de procesare ale calculatoarelor existente în sala de seminar, pregătită special pentru susținerea seminariilor de proiectare asistată de calculator. Principalul avantaj al sistemului de calcul realizat de către autorul lucrării constă în faptul că întreaga putere de procesare este înglobată într-o sigură unitate, ceea ce permite realizarea de modelări și analize complexe, imposibil de elaborat în alte condiții.

Caracteristicile acestui sistem de calcul sunt impresionante (I5-260, 12 GB RAM, 64 biti) asigurând posibilitatea de a prelucra rapid un volum mare de date pentru extragerea informațiilor satelitare și prelucrarea lor pentru țara noastră.

Dispozitive mobile de calcul

Suplimentar, pentru testarea aplicațiilor destinate dispozitivelor mobile (iPhone, iPad, smartphone sau tablete) au fost utilizate doua unități mobile: o unitate Samsung Galaxy i9000, folosind ca sistem de operare Android și un iPhone v4, cu sistem de operare iOS de la Apple. Ambele dispun de procesoare cu frecventa de 1 Ghz și de 512 MB de memorie de lucru (RAM), fiind cele mai performante dispozitive de acest fel existente pe piața din Romania la data realizării testelor.

4.3 Aplicații software utilizate în cadrul lucrării

4.3.1 Sistem de operare

In condițiile dezvoltării explozive a tehnologiei informatice din ultimii ani (atât din punct de vedere hardware cât și software) alegerea sistemului de operare constituie o etapa fundamentala în pregătirea unei stații de lucru destinate modelarii și proiectării asistate de calculator.

Având în vedere analiza prezentata în subcapitolul precedent, se poate observa că aplicațiile software moderne au tendința de a utiliza tot mai multa memorie RAM (Random Access Memory). Pentru realizarea de proiecte reale, nu educaționale, se considera că în momentul actual este necesar un minimum de 4 GB de memorie RAM. Pentru proiecte cu un grad de complexitate ridicat, aplicațiile software moderne solicita și mai multa memorie RAM (Random Access Memory) pentru realizarea unui model matematic al unei lucrări de desecare – drenaj care acoperă câteva sute de hectare. De asemenea, la fel de multa memorie este necesara în cazul realizării unui model matematic pentru un sistem de alimentare cu apă sau de canalizare pentru un oraș de mărime medie.

Luând în considerare cerințele sistemelor de proiectare asistată de calculator moderne, precum și tendințele de dezvoltare ale acestora, este necesar să se treacă de la sistemele de operare pe 32 de biți la sisteme de operare pe 64 de biți, care pot să pună la dispoziția aplicațiilor specializate în domeniul proiectării asistate de calculator, o cantitate mai mare de memorie RAM.

Este necesar să se înteleagă că un sistem de operare pe 32 biti permite accesul la o cantitate de 232 biti = 4.294.967.296 biti = 4 GB de memorie RAM, in timp ce un sistem de operare pe 64 biti permite din punct de vedere teoretic accesul la o cantitate de 264 biti = 18.446.744.073.709.551.616 biti = 17.592.186.044.416 GB. Practic, plăcile de baza existente pe piata IT din tara noastra la ora actuala permit utilizarea a maxim 24 MB de memorie RAM (6 sloturi a cate o placuta de 4 MB RAM), dar aceasta limitare va fi în curând depășită. Dotarea sistemului de calcul cu o cantitate de memorie RAM de peste 3 GB este esențială pentru prelucrarea unor planșe de complexitate ridicată. De asemenea, o cantitate de memorie RAM ridicată influențează în mod pozitiv performanța sistemului de calcul (viteza de lucru și cantitatea de date prelucrate).

Pe baza acestei analize, pentru realizarea de proiecte de îmbunătățiri funciare indicăm achiziționarea și utilizarea de sisteme de operare, în următoarea ordine a performanțelor, în funcție de eficiența de care sunt capabile din punct de vedere al gestionării memoriei RAM.

Windows XP a fost un sistem de operare foarte bun, dar la momentul de față este depășit, fiind bazat pe o structura a fișierelor prea veche și neperformanta. Pe de altă parte, sistemul de operare Windows XP are un management deficitar al memoriei RAM (Random Access Memory) nefiind capabil să pună la dispoziția aplicațiilor blocuri mari de memorie RAM continua.

Windows Vista este un sistem de operare mai nou, cu o structură a fișierelor mai modernă, care are un management al memoriei RAM mult îmbunătățite.

Din păcate, acest sistem de operare consuma foarte multe resurse (putere de calcul a procesorului și memorie RAM). De asemenea, în acest sistem de operare au fost descoperite de-a lungul timpului multe bugg-uri (erori de proiectare sau de programare) precum și breșe de securitate. La ora actuală, Windows 7, versiunea pe 64 biți, este cel mai nou sistem de operare, care îmbina suplețea sistemului de operare Windows XP cu managementul eficient al memoriei și structura moderna a fișierelor, preluate de la Windows Vista.

Având în vedere aceste avantaje, Windows 7, versiunea pe 64 biți, este sistemul de operare pe care îl recomandăm specialiștilor care se ocupă cu modelarea și proiectarea lucrărilor de infrastructură (alimentări cu apă, canalizări, drumuri) sau de îmbunătățiri funciare (irigații și desecare – drenaj).

4.3.2 Mediul virtual folosit pentru testarea aplicațiilor software utilizate în

cadrul proiectelor de eliminare a excesului de umiditate

Pentru realizarea acestei lucrări au fost testate un mare număr de aplicații software specializate în proiectarea și managementul lucrărilor de combatere a excesului de umiditate, proiectare asistata de calculator (CAD – Computer Aided Design) și de management a informațiilor geospațiale (GIS – Geographic Information System).

Având în vedere structura complexă a acestor aplicații precum și imposibilitatea tehnică de a le șterge complet de pe sistemul de calcul după utilizare, a fost necesar să folosim pe durata procesului de testare o metodă des folosită de specialiștii în domeniul dezvoltării și testării aplicațiilor software: lucrul intr-un mediu virtualizat. In acest fel, sistemul de calcul gazda (principal) rămânea nemodificat pe toata durata procesului, fără să fie afectat de potențialele probleme existente în aplicațiile software testate în vederea realizării acestei lucrări.

Figura 4.5 – Aplicația WaSim rulând în cadrul mediului virtual bazat

pe Virtual PC în Windows XP Mode, în timp ce procesul de proiectare asistată de calculator

se desfășoară pe sistemul de operare „gazdă” în AutoCAD Civil 3D

Figure 4.5 – WaSim software application running in virtual environment based on Virtual PC in Windows XP Mode, while CAD proceess is running in host OS, in AutoCAD Civil 3D

Pentru testarea aplicațiilor software prezentate în cadrul acestei lucrări a fost folosită aplicația Virtual PC. Deoarece pe sistemul de calcul gazdă a fost instalat sistemul de operare Windows 7 Ultimate, am putut beneficia și de modulul Windows XP Mode.

In imaginea de mai sus (Figura 4.5) se poate observa aplicația software AutoCAD Civil 3D rulând în fereastra principala de pe sistemul de calcul gazda, în timp ce aplicația specializata în modelarea hidraulica a lucrărilor de desecare-drenaj ruleze în modulul Windows XP Mode instalat pe aplicația Virtual PC. In acest fel, cele doua aplicații nu interacționează în nici un fel, putându-se instala succesiv mai multe aplicații specializate în domeniul lucrărilor de desecare – drenaj (versiuni demonstrative, de testare – trial sau module dezvoltate în cadrul facultății) în cadrul modului Windows XP Mode, fără a afecta stabilitatea sistemului de calcul principal pe care se realizează modelarea și proiectarea propriu-zisa.

Specialiștilor interesați în utilizarea unui sistem de virtualizare performant pe sisteme de operare din generația Windows XP sau Windows Vista le recomandăm aplicația software VMware Player, o aplicație de virtualizare care se bazează pe o experiența de peste zece ani pe piața de specialitate.

Avantajele utilizării unui sistem de virtualizare în cadrul procesului de testare a aplicațiilor software sunt multiple. Dintre acestea enumerăm câteva:

Este posibilă testarea de aplicații software care rulează pe diferite sisteme de operare fără a fi necesar să achiziționam mai multe sisteme de calcul pentru acest proces.

Este posibil să se ruleze simultan aceeași aplicație pe diferite sisteme de operare pentru a realiza analize comparative legate de stabilitatea și performanta aplicațiilor.

Pot fi rulate aplicații software în diferite faze de dezvoltare (nefinalizate) fără a afecta stabilitatea sistemului de calcul principal (gazdă).

Pot fi rulate aplicații software realizate de amatori sau de instituții de învățământ fără a periclita stabilitatea și performanta sistemului de calcul principal (gazdă).

4.3.3. Platforma de proiectare AutoCAD (Autodesk Inc.)

Firma Autodesk Inc. este unul dintre cei mai puternici dezvoltatori și integratori de aplicații software specializate în proiectarea asistata de calculator din întreaga lume. Având în vedere că aceasta firmă deține supremația în domeniul proiectării asistate de calculator și în Romania, am ales produsele dezvoltate de ea în vederea utilizării lor în cadrul lucrării de doctorat.

Figura 4.6 – Structura de baza a aplicațiilor utilizate în cadrul lucrării,

având la baza familia de aplicații derivata din AutoCAD

Figure 4.6 – Structure of the applications used in the paper, based on

the family of applications derived from AutoCAD

4.3.3.1. Aplicația software AutoCAD (versiunea 2012)

Aplicația software AutoCAD sta la baza uneia din cele mai puternice platforme de proiectare asistata de calculator existenta pe piața de specialitate din Romania. Pe baza ei rulează o gama larga de alte aplicații software specializate în proiectarea asistată de calculator (CAD – Computer Aided Design), cum ar fi CARLSON Hydrology, ARD (Advanced Road Design), Canalis, Hydra sau LanDTM. Deși este o aplicație software specializată în lucrul cu entități vectoriale, prin îmbunătățirile care i-au fost aduse de-a lungul timpului, a devenit tot mai performantă și în momentul de față poate să utilizeze și alte tipuri de date, cu ajutorul unor aplicații software adiționale, numite plug-in sau add-on.

Avantaje

Abilitățile speciale pe care le are aplicația software AutoCAD se bazează în primul rând pe structura specială a fișierelor utilizate. Acest tip de fișiere, dezvoltate în exclusivitate în cadrul firmei Autodesk Inc., mai sunt cunoscute și sub denumirea de fișiere dwg și sunt folosite și recunoscute de aproape toate aplicațiile software specializate în domeniul ingineriei. Datorită acestei structuri, aplicațiile dezvolate de firma Autodesk Inc., permit stocarea unei game largi de informații și elemente grafice într-un singur fișier. De asemenea, gradul de precizie al obiectelor desenate în AutoCAD este foarte ridicat, aplicația permițând lucrul cu pana la 16 zecimale.

Spre deosebire de fișierele care se folosesc în activitatea de proiectare asistata de calculator (CAD – Computer Aided Design), tipurile de fișiere folosite în domeniul GIS (Geographic Information System) au o structura diferita, care le face inadecvate pentru activitatea de proiectare care necesita realizarea cu ușurința a unor desene cu un grad ridicat de precizie și care pot afișa reprezentările la orice scara pentru vizualizare sau listare pe imprimanta sau plotter.

Prin comparație, fișierele care au fost dezvoltate de firma ESRI (Environmental Software Research Institute) și care constituie standardul de baza în domeniul activității GIS (Geographic Information System) au următoarele dezavantaje din punct de vedere al structurii lor, pentru proiectarea asistata de calculator:

– este necesar câte un tip de fișier pentru stocarea fiecărui tip de entitate vectoriala din cadrul unui desen (punct, respectiv linie, respectiv suprafața);

– pentru fiecare tip de entitate sunt necesare cel puțin trei fișiere: fișier shp (shape) pentru forma geometrica, fișier dbf (fișier format baza de date pentru caracteristicile entității) și un fișier idx (index) pentru a realiza legătura dintre celelalte doua fișiere.

Daca dorim să adăugam și informații legate de culoare, numărul de fișiere necesare pentru același set de entități vectoriale va fi și mai mare. Având în vedere acest aspect, se poate remarca imediat că este imposibil din punct de vedere tehnic să sincronizam modificările pe care le face specialistul în domeniul proiectării intr-un număr așa de mare de fișiere, simultan.

Având în vedere acest avantaj oferit de structura speciala a fișierelor, aplicațiile software dezvoltate de firma Autodesk Inc., au cucerit piața activităților legate de proiectarea asistata de calculator din întreaga lume.

Singura firma concurenta care a reușit să dezvolte o structura de fișier asemănătoare a fost Bentley International. Din păcate, produsele acestei firme nu au reușit să pătrundă și pe piața de specialitate din Romania.

Dezavantaje

Având în vedere că aplicația software AutoCAD folosește entități vectoriale, acestea necesita un sistem de coordonate fata de care să se facă reprezentarea lor. In cadrul aplicației software AutoCAD, acesta este un sistem cartezian care are centrul axelor de coordonate în interiorul fișierului în care este realizat desenul. Utilizarea unui sistem de coordonate local constituie un dezavantaj pentru aceasta aplicație și pentru specialiștii care doresc să o folosească în domenii legate de utilizarea suprafețelor mari de teren. Realizarea legăturii dintre sistemul de coordonate local și un sistem de coordonate geografice real (cum ar fi UTM – Universal Transverse Mercator sau Stereo 70) este dificil și necesita o abordare speciala.

Soluții moderne la aceste probleme

Pentru a rezolva aceasta problema și a oferi specialiștilor o gamă mai larga de funcții utile în cadrul activităților de proiectare, firma Autodesk Inc., a dezvoltat alte doua aplicații software din aceeași familie: AutoCAD Map 3D și AutoCAD Civil 3D, precum și o aplicație software complementara: Autodesk Raster Design. Deoarece activitățile de îmbunătățiri funciare au înglobat în domeniul specific realizarea de lucrări pe suprafețe întinse de teren, recomandăm utilizarea aplicației software AutoCAD Civil 3D (care are înglobate și funcțiile din AutoCAD Map 3D), împreună cu aplicația software complementară Autodesk Raster Design. Aceasta din urmă permite utilizarea în cadrul proiectelor realizate în AutoCAD Civil 3D a unei largi game de fișiere de tip raster (imagini satelitare, schițe și planuri scanate).

AutoCAD WS

AutoCAD WS este versiunea pentru dispozitive mobile a aplicației software AutoCAD. Ea rulează atât pe dispozitivele mobile produse de firma Apple (iPhone și iPod), cât și pe versiunile de smartphone sau tablete grafice care folosesc sistemul de operare Android.

Deșii deține o gamă mai restrânsă de funcții, AutoCAD WS permite vizualizarea, tipărirea, modificarea sau marcarea pentru modificare a planșelor realizate în AutoCAD, chiar dacă utilizatorul se afla pe teren sau intr-un loc unde nu are acces la un computer sau stație de lucru.

Pentru moment, AutoCAD WS vine că o completare a aplicației software AutoCAD și nu o poate înlocui pe aceasta.

Aplicația software AutoCAD Map 3D (versiunea 2012)

AutoCAD Map 3D este o versiune extinsă a aplicației software AutoCAD și include module specializate în domeniul proiectelor de tip GIS (Geographic Information System). In acest fel, aplicația software AutoCAD Map 3D permite realizarea cu ușurință a unei largi game de hărți și planșe în format digital. [10,11] Astfel de hărți și planșe sunt indispensabile oricărui proiect modern de îmbunătățiri funciare, fie că este vorba de lucrări de irigații sau de desecare – drenaj. In imaginea de mai jos apare un exemplu de hartă în care este reprezentat perimetrul analizat, realizat prin georeferențierea și îmbinarea trapezelor L-35-77-A-c, L-35-77-A-d și L-35-77-C-a care fac parte din setul de hărți topografice elaborate de Direcția Topografica Militara în anul 1982, la scara 1:25.000. Setul de hărți are ca Sistem de referință Marea Baltică și a fost realizat pe baza proiecției cilindrice transversale Gauss – Kruger. Pentru fi compatibilă cu restul hărților și planurilor și a putea fi utilizată în cadrul proiectului, harta a fost adusă în sistemul de coordonate Stereo 70 cu ajutorul aplicației software AutoCAD Map 3D.

Figura 4.7 – Harta topografica a zonei Țufalău – Brateș – Covasna

realizata în AutoCAD Map 3D

Figure 4.7 – Survey map of Țufalău – Brateș – Covasna area,
made in AutoCAD Map 3D

AutoCAD Map 3D include funcții avansate de analiză geospațială și de prelucrare a informațiilor cartografice în format digital, necesare proceselor de modelare din domeniul îmbunătățirilor funciare. [11] Cu acestea este posibilă analiza relațiilor spațiale dintre obiectele desenului și se pot extrage sau genera noi informații prin suprapunerea a două sau mai multe topologii. In acest fel, se pot genera hărți sau planuri detaliate plecând de la informațiile geospațiale disponibile. Astfel, se poate alege mai bine locația proiectului încă din faza de studiu de fezabilitate și se pot oferi mai multe soluții de rezolvare, printr-o înțelegere mai bună a constrângerilor tehnice sau financiare.

Instrumentele destinate fazei de concepție preliminară dau posibilitatea proiectantului de a lucra cu date inteligente, ce permit efectuarea unor studii în variante, eliminând activitatea de până acum de corelare a informațiilor din hărțile tipărite, fapt ce face posibilă scurtarea timpului de lucru, de la zile la ore. Prin analiza 3D este posibilă o înțelegere deplină a caracteristicilor unui teren, în vederea realizării unui proiect care să permită luarea de masuri optime în vederea amenajării lui. Proiectantul poate face comparații între amploarea preconizată a dezvoltării și constrângerile impuse de situația locală, cum sunt cele ce privesc gestiunea apelor pluviale, valorificarea la maxim a terenului disponibil și costul de execuție.

Totodată realizarea unor planșe de prezentare care conțin astfel de date se dovedește utilă în faza de precontractare, în scopul adoptării unei strategii mai bune de management al apelor sau al asigurării compatibilității cu condițiile de proiectare durabilă.

Autodesk Infrastructure Map Server

Începând cu versiunea din anul 2012, aplicațiile software Autodesk Map Guide Enterprise și Autodesk Topobase for Web au fost combinate intr-un singur produs AIMS (Autodesk Infrastructure Map Server).

Prin lansarea acestui nou produs, firma Autodesk Inc. oferă un pachet mai bogat de funcții specialiștilor care doresc să-și publice proiectele pe Internet sau care doresc să colaboreze on-line. Astfel, specialiști din mai multe domenii (CAD, GIS, infrastructura, îmbunătățiri funciare) pot să lucreze împreuna pe același model, modul de lucru în echipa on-line fiind mult simplificat. De asemenea, rezultatele proiectului pot fi publicate/afișate on-line, permițând accesul la ele unui număr mare de persoane cu domenii de interes diferite (investitori, beneficiari, proiectanți, executanți etc.)

Pentru a publica pe Internet proiectele realizate, Autodesk Infrastructure Map Server poate folosi atât serverul web dezvoltat de Microsoft (Internet Infrastucture Server – II S), cât și serverul open-source (gratuit) Apache.

Extensia pentru dispozitive mobile

Pentru a facilita accesul deținătorilor de dispozitive mobile (iPhone, iPod sau diferite tipuri de smartphone care rulează pe baza sistemului de operare Android) la proiectele publicate pe Internet, în cadrul aplicației software a fost inclus și un modul care permite publicarea rezultatelor pe site-uri web destinate acestor dispozitive. Aceasta extensie/modul, împreuna cu aplicația software AutoCAD WS da posibilitatea celor ce dețin tipurile de dispozitive mobile menționate, să se implice în procesul de proiectare direct, din locația în care se afla (pe teren, în mijloace de transport, de acasă).

In imaginea de mai jos se poate observa o planșa din cadrul proiectului de drenaj din perimetrul Brateș-Ghelința, afișata pe un dispozitiv Samsung Galaxy i9000, care rulează pe baza sistemului de operare Android.

Figura 4.8 – Harta topografica a zonei Tufalău – Brateș – Covasna, afișată în AutoCAD WS pe Samsung Galaxy i9000

Figure 4.8 – Survey map of Tufalău – Brateș – Covasna area, displayed in AutoCAD WAS Samsung i9000 Galaxy

Aplicația software AutoCAD Civil 3D (versiunea 2012) [6]

Aplicația software AutoCAD Civil 3D reprezintă o soluție modernă și eficienta pentru specialiștii dintr-o gama largăa de domenii (îmbunătățiri funciare, infrastructura, amenajarea teritoriului și protecția mediului) care doresc să treacă la realizarea de proiecte unitare, în format digital, care să poată fi acceptate și utilizate în cadrul activităților realizate în colaborare cu firme din alte tari ale Uniunii Europene. Aceasta aplicație software de ultima generație permite integrarea în proiect a datelor topografice ridicate din teren, realizarea de modele complexe, analiza soluțiilor și întocmirea documentațiilor de proiectare intr-un timp foarte scurt și cu cheltuieli mult reduse fata de metodele manuale care se mai folosesc încă, în unele instituții și firme din tara noastră. Prin actualizarea automată a documentației finale în funcție de modificările aduse lucrărilor pe durata realizării procesului de proiectare, AutoCAD Civil 3D crește productivitatea și permite realizarea unor materiale finale (planșe, prezentări, înregistrări video, modele digitale) de calitate superioară, intr-o maniera mult mai rapida.

Aplicația AutoCAD Civil 3D oferă inginerilor proiectanți, topografilor și desenatorilor un pachet complet bazat pe AutoCAD destinat implementării, desenării și managementului proiectelor de îmbunătățiri funciare și de infrastructură. Utilizând un model 3D dinamic, AutoCAD Civil 3D realizează o legătura între proiect și desenele de producție, reducând durata necesară realizării de modificări în cadrul proiectului și evaluării unor scenarii diferite. Orice modificare asupra unui element se propagă automat în cadrul întregului proiect, asigurând finalizarea rapidă și cu precizie a proiectelor. Întreaga echipa de proiectare are acces la modelul digital al proiectului în toate fazele acestuia, acest lucru asigurând o perfectă sincronizare între toate specialitățile implicate.

Indiferent de modificările care se aduc unui proiect de îmbunătățiri funciare sau de infrastructură, prin utilizarea modelului digital, care conferă o comportare dinamica proiectelor realizate în AutoCAD Civil 3D, toate entitățile sunt interconectate astfel încât toate orice modificare adusa unui element se transmit automat către toate celelalte elemente cu care este în legătura. In acest fel, se asigura actualizarea imediată a tuturor planurilor din cadrul unui proiect, salvându-se foarte mult timp prin evitarea desenării versiunilor modificate în mod repetat, pe cale manuala. În plus, se reduce la minimum numărul erorilor care pot să apară pe durata realizării proiectului, prin transmiterea în lanț a greșelilor de desenare/reprezentare/proiectare.

Pe de alta parte, utilizarea unui model dinamic în cadrul aplicației software AutoCAD Civil 3D reduce cu mult durata necesară realizării modificărilor și evaluării unor variante multiple în cadrul proiectelor de îmbunătățiri funciare și de infrastructura. Astfel, este posibil să se distribuie tuturor specialiștilor implicați într-un proiect diverse versiuni ale proiectului realizate într-un timp scurt, pentru analiza sau implementare. In acest fel se îmbunătățește mult valoarea serviciilor de proiectare oferite și se evita distribuirea de versiuni eronate sau învechite.

AutoCAD Civil 3D oferă funcționalități de implementare a proiectului, realizând în mod automat planurile de trasare direct din modelul digital creat și eliminând etapele de editare manuală, care consumă timp și resurse umane. Prin utilizarea unui sistem inteligent de stiluri de vizualizare, afișarea detaliilor precum și definirea și respectarea acurateței standardelor de proiectare devin activități facile oricărui utilizator.

Modelul digital generat de aplicația software AutoCAD Civil 3D poate fi utilizat de proiectanții din domeniul îmbunătățirilor funciare în vederea eficientizării tuturor proceselor de proiectare legate de drenaje, desecări, irigații și amenajarea terenului în vederea executării acestor lucrări. În faza de studii și de elaborare a soluțiilor conceptuale, instrumentele de analiză își aduc contribuția la identificarea mai rapidă a problemelor și la evaluarea lor în diferite scenarii, precum și a efectelor probabile ale acestora.

În faza de proiectare propriu-zisa, datele de proiect, incluzând caracteristicile geometrice orizontale și verticale ale terenului, detaliile elementelor constructive destinate drenării apelor pluviale, rețelele de utilități și zonele de siguranță sunt toate intercorelate pe toata durata proiectului, ceea ce aduce un spor considerabil de performanta. Astfel, modificările proiectului sunt sincronizate rapid cu planurile, programul având un caracter dinamic. Vizualizările și simulările prefigurează forma și performantele unui sistem de drenaj sau de desecare cu mult timp înainte ca acesta să fie construit.

Modelul digital final poate fi folosit direct în faza de execuție, prin transferul lui în format electronic executanților, pentru a fi încărcat pe calculatoarele care au scopul ghidării unei game largi de utilaje terasiere automatizate.

Cu aplicația software AutoCAD Civil 3D, atât echipele de proiectare din birouri cât și specialiștii care lucrează la implementarea proiectului în teren au acces la ultima versiunea a proiectului, evitându-se astfel apariția de erori datorate neconcordantei versiunilor de proiect după care se lucrează.

In acest fel se asigură un mai bun management al proiectului, inclusiv din punct de vedere al trasabilității planurilor realizate (conform ISO 9000) ușurându-se astfel respectarea termenelor limită și încadrarea în bugetele alocate.

Având în vedere cerințele specifice fiecărei țări în ceea ce privește standardele și prescripțiile tehnice și flexibilitatea aplicației, Autodesk Inc. a elaborat câte un pachet de stiluri, standarde și informații specifice pentru fiecare tara. Pachetul de stiluri, standarde și informații specifice elaborat pentru Romania și o serie de propuneri privind îmbunătățirea, personalizarea și completarea acestui pachet este prezentat în subcapitolul 4.3.3.5. al prezentei lucrări.

Cu toate că aplicația software AutoCAD Civil 3D este una dintre cele mai puternice platforme de proiectare asistată de calculator disponibile la ora actuală, care înglobează o gamă largă de funcții avansate, atât CAD cât și GIS, ea integrează un număr limitat de funcții care să permită modelarea fenomenelor hidrografice, hidrologice și hidraulice.

Având în vedere aceasta limitare, firma Autodesk Inc., a achiziționat în ultimii ani doua produse renumite în aceste domenii, pe care le-a înglobat în AutoCAD Civil 3D.

Aplicația software Autodesk Raster Design (versiunea 2012)

Având în vedere că aplicația software AutoCAD Civil 3D este specializata în folosirea de entități vectoriale, iar în cadrul majorității proiectelor de infrastructura și de îmbunătățiri funciare realizate este necesar să se adauge și informații de tip raster (imagini scanate, imagini satelitare etc.), este foarte util să se instaleze și aplicația Autodesk Raster Design, care este un add-on dezvoltat de Autodesk Inc și permite lucrul cu entități de acest tip (raster). [12]

Pentru a putea instala add-on-ul Autodesk Raster Design este necesar că în prealabil să fie instalata pe sistemul de calcul o aplicație din gama produselor AutoCAD (AutoCAD, AutoCAD Map sau AutoCAD Civil 3D).

De asemenea, este indicat să se instaleze și add-on-ul “AutoCAD Raster Design 2011 Object Enabler” care permite ca obiectele incluse în desen cu aceasta aplicație să poată fi vizualizate în orice aplicație de proiectare asistata de calculator care folosește fișiere de tip dwg.

Particularizarea aplicației software AutoCAD Civil 3D pentru utilizarea

în cadrul proiectelor de combatere a excesului de umiditate din Romania

Pentru a veni în sprijinul specialiștilor din domeniile: topografie, lucrări de îmbunătățiri funciare, lucrări de alimentare cu apă și canalizare și cele de proiectare de drumuri, firma Autodesk Inc. a inclus în pachetul de instalare cu care este livrată aplicația, o multitudine de funcții și fișiere predefinite (templates).

Având în vedere numărul foarte mare de standarde, norme și cerințe tehnice existente pe plan mondial (specific fiecărei tari sau grup de tari), precum și gama larga de specialități în care poate fi utilizata aplicația software AutoCAD Civil 3D, a fost imposibilă includerea de funcții și modele predefinite care să acopere toate aceste cerințe.

Din fericire, aceasta aplicație software are o structură deschisă și flexibilă, permițând specialiștilor din orice domeniu să facă particularizările necesare activității lor specifice.

La nivelul fiecărei țări a fost realizat un pachet de funcții și modele predefinite (templates) de către un grup de experți în domeniul proiectării asistate de calculator. Aceste pachete permit adaptarea aplicației la cerințele cu caracter general din tara respectiva. Totuși, nici utilizarea unui asemenea pachet, numit „country pack”, nu asigură implementarea tuturor particularizărilor necesare pentru domeniile de activitate în care se poate utiliza aplicația software AutoCAD Civil 3D.

Realizarea acestor particularizări, precum și includerea lor în aplicație, revine experților din fiecare domeniu, care coordonează acest gen de activități și care au pregătirea necesara în domeniul proiectării asistate de calculator.

Figura 4.9 – Schema logica a implementării în AutoCAD Civil 3D

a particularizărilor necesare pentru utilizarea în Romania

Figure 4.9 – Flowchart of the implementation in AutoCAD Civil 3D
of the customizations necessary for use in Romania

Pentru a veni în ajutorul celor însărcinați cu aceasta activitate, am prezentat în diagrama de mai jos pașii care trebuiesc parcurși, sub forma unei scheme logice (Figura 4.9).

In continuare, vor fi prezentate cele mai importante modificări care trebuiesc implementate în vederea adaptării aplicației la utilizarea ei în domeniul lucrărilor de îmbunătățiri funciare în tara noastră, în special pentru proiectarea lucrărilor de combatere a excesului de umiditate în mediul rural.

Utilizarea de stiluri și standarde de proiectare specifice

Aplicația software AutoCAD Civil 3D pune la dispoziție standarde de reprezentare CAD care se pot defini și utiliza la nivel de instituție, la nivel de domeniu de activitate sau chiar la nivel național în scopul gestionării majorității aspectelor legate de forma și conținutul grafic ale desenului. Culorile, tipurile de linii, reprezentarea curbelor de nivel, etichetarea și multe alte informații afișate sunt complet controlate de aceste stiluri. Notațiile sunt generate pe baza informațiilor legate de obiectele incluse în proiect sau pe baza conținutului desenelor referință externă. Toate notațiile se actualizează automat în momentul realizării de modificări în desenul sursa, reducând foarte mult timpul de realizare a proiectului sau pregătirea acestuia pentru tipărire.

Configurarea și particularizarea setărilor aplicației software AutoCAD Civil 3D pentru mediul de lucru din Romania

Pachetul de stiluri, standarde și informații specifice pentru fiecare țară, care permit adaptarea aplicației software la necesitățile dintr-o anumita țară, se livrează suplimentar sau poate fi descărcat gratuit din secțiunea “Support” a site-ului web www.autodesk.com și se numește country pack, iar adăugarea lui la produsul de baza este esențiala pentru desfășurarea unui proces de proiectare eficient.

Instalarea și activarea pachetului de setări și informații specifice pentru Romania (Country Pack)

Instalarea de pe DVD

In eventualitatea în care instalarea aplicației software AutoCAD Civil 3D se realizează de pe DVD-urile originale, este necesara selectarea country pack-ului pentru Romania și instalarea lui încă de la început, pentru a putea avea acces la datele specifice tarii noastre.

Figura 4.10 – Captura ecran din timpul instalării AutoCAD Civil 3D – selectarea

sistemului de măsura metric și a country pack Romania

Figure 4.10 – Capture screen during the installation of AutoCAD Civil 3D –

the metric system and the Romanian country pack selection

Modul în care este activată acesta opțiune este prezentata în imaginea de mai jos (Figura 1-fereastra 2). Pentru a avea acces la aceste setări este necesara activarea tipului de instalare personalizata (Custom). De asemenea este necesar să ne asiguram că este activata instalarea caracteristicilor aplicației software AutoCAD Civil 3D pentru sistemul de măsura internațional (Metric) ca în Figura 4.10 – fereastra 1.

De asemenea este necesar să se activeze instalarea modulului de calcule hidrologice și hidraulice Hydraflow Express (care este prezentat pe larg în subcapitolul 4.3.4), deoarece este esențial în cadrul activităților de proiectare și modelare legate de îmbunătățiri funciare (combaterea excesului de umiditate, irigații și managementul apei în sol). Acest modul oferă o întreaga colecție de extensii care permit realizarea cu ușurința a calculelor necesare pentru modelarea și dimensionarea canalelor deschise, conductelor pentru subtraversarea lucrărilor de drumuri, deversoarelor și altor componente hidrotehnice ale lucrărilor de îmbunătățiri funciare.

Modulul de calcule hidrologice și hidraulice Hydraflow Express a fost integrat în aplicația software AutoCAD Civil 3D la începutul anului 2008, de aceea este necesar să activam instalarea lui sub forma unui modul suplimentar.

Activarea instalării acestui modul se face tot în cadrul personalizării instalării aplicației software AutoCAD Civil 3D, ca în figura de mai jos (Figura 4.11):

Figura 4.11 – Activarea instalării modulului Hydraflow

specializat pentru calcule hidrologice și hidraulice

Figure 4.11 – Enable the installation of Hydraflow Extension for
hydrological and hydraulic specialized calculations

Instalarea de pe Internet

In cazul în care aplicația software este descărcata de pe Internet, este obligatorie descărcarea și instalarea country-pack-ului pentru Romania, imediat după instalarea produsului.

Din păcate, în timpul realizării acestui pachet de informații specifice pentru Romania s-au strecurat și câteva erori, iar unele date utile au fost omise.

Pentru a putea folosi cu eficienta aplicația software AutoCAD Civil 3D, versiunea 2011, este necesara corectarea acestor erori și adăugarea informațiilor necesare, încă înainte de a începe utilizarea ei. Modul în care se pot realiza aceste corecții este prezentat în continuare.

Dezvoltarea pachetului suplimentar cu informații specifice pentru Romania pentru lucrările de infrastructura și de îmbunătățiri funciare

Modificarea erorilor din template-ul implicit din cadrul country pack Romania

Încă de la lansarea aplicației software AutoCAD Civil 3D, versiunea 2011, se poate observa că template-ul de baza conține un număr de 38 de Layout-uri (notate drept Planșe secțiuni(1)), în loc de doua Layout-uri cum este normal (2) pentru orice fișier format dwg nou (Figura 4.12).

Figura 4.12 – Înlăturarea erorilor din template-ul _AutoCAD Civil 3D 2011 ro.dwt

Figure 4.12 – Removing errors from template _AutoCAD ro.dwt Civil 3D 2011

In cazul nostru acest template se numește _AutoCAD Civil 3D 2011 ro.dwt și se găsește în subdirectorul C:\Users\ admin\ enu\template\ pentru Windows 7. Este necesar să accesam acest fișier pentru a face modificările necesare. Pentru alte versiuni de AutoCAD Civil 3D se înlocuiește “2011” cu denumirea versiunii respective pentru a stabilii locația template-ului.

In acest template se șterg cele 38 de Layout-uri adăugate accidental lăsând numai cele doua Layout-uri tipice pentru un fișier în format dwg nou normal.

Corectarea setărilor asociate cu importul datelor și imaginilor din Google Earth

O alta problema de care ne-am lovit pe durata derulării proiectului a fost imposibilitatea de a importa în AutoCAD Civil 3D date și / sau imagini din Google Earth, deșii exista comenzi speciale pentru aceasta. Google Earth este o aplicație software gratuita care permite vizualizarea tridimensionala a suprafeței întregului glob terestru, precum și importul de date și / sau imagini cu diferite nivele de precizie, în funcție de zona în care se găsește aria de studiu.

Cu toate că aceasta funcție poate fi utila intr-o gama larga de domenii de activitate (protecția mediului, realizarea de studii de fezabilitate pentru proiecte de infrastructura, îmbunătățiri funciare (inclusiv desecări – drenaje), transporturi și construcții etc.), firma Google Inc. a redus numărul de puncte care se pot importa intr-o sesiune de la 10.000 la 5.000 odată cu lansarea versiunii 4.3 a aplicației Google Earth. Aceasta schimbare făcuta în cadrul aplicației Google Earth duce la blocarea procesului de import a datelor în AutoCAD Civil 3D la jumătate. Cu toate că au trecut câțiva ani de la aceasta schimbare, care a fost semnalata în repetate rânduri firmei Autodesk Inc., aceasta nu a modificat în nici un fel funcțiile corespunzătoare din cadrul propriei aplicații (AutoCAD Civil 3D), pentru a asigura compatibilitatea cu versiunile mai recente de Google Earth.

In aceasta situație, este necesar să facem câteva modificări în setările aplicației AutoCAD Civil 3D pentru a putea să importam în continuare date din Google Earth. Pentru a modifica aceste setări trebuie să accesam comenzile ImportGEData și ImportGESurface și să reducem numărul de coloane și rânduri de pixeli care vor fi importați de la 100 x100 = 10.000 la 70 x 70 = 4.900. Comenzile ImportGEData și ImportGESurface se găsesc în meniu, urmând calea Toolspace >> Settings >> Surface >> Commands.

Figura 4.13 – Modificarea setărilor din AutoCAD Civil 3D în vederea importului

de date și imagini din Google Earth

Figure 4.13 – Changing AutoCAD Civil 3D settings to import
data and images from Google Earth

După ce se fac aceste modificări aplicația software AutoCAD Civil 3D va putea să importe date și / sau imagini din Google Earth, fără să se mai blocheze.

Limitări

Din păcate, datele pentru Europa de Sud Est, zona în care este situata și tara noastră, au un nivel scăzut de precizie. Având în vedere acest aspect, datele obținute din aceasta sursa nu pot fi folosite în cadrul unor proiecte de detaliu, dar sunt foarte potrivite pentru realizarea unor evaluări rapide sau în scop educațional.

Stabilirea sistemului de coordonate Stereo 70, drept sistem de coordonate implicit în cadrul aplicației software AutoCAD Civil 3D

Sistemul de coordonate care se folosește oficial în Romania este cel denumit Stereo70, are centrul la Dealul Piscului și este bazat pe unitățile de măsura internaționale. Deoarece în proiectele de infrastructura sau de îmbunătățiri funciare se folosesc des hărți georeferențiate și elemente de GIS (Geographic Information System) am considerat necesar să introducem și aceasta valoare în template-ul specific acestor activități.

Pașii necesari pentru realizarea acestor setări se pot vedea în imaginea de mai jos (Figura 4.14).

Figura 4.14 – Setarea sistemului de coordonate Stereo ‘70 în AutoCAD Civil 3D

Figure 4.14 – Setting Stereo 70 coordinate system in AutoCAD Civil 3D

Adăugarea de tipuri speciale de linii pentru proiectele de combatere a umidității solului

Ca o noutate în aplicația software AutoCAD Civil 3D, versiunea 2011, oferă posibilitatea de a genera cu mare usurință tipuri personalizate de linii pentru diferite tipuri de lucrări. Cu ajutorul acestei funcții a fost generat un set de linii specifice pentru activitățile de desecare – drenaj din tara noastră, pentru următoare tipuri de sisteme de conducte și canale:

– drenuri absorbante;

– drenuri colectoare;

– canale secundare;

– canale principale.

In imaginea de mai jos (Figura 4.15) se poate observa structura fișierul astfel obținut.

Figura 4.15 – Codul celor patru tipuri de linii specifice activității de

desecare – drenaj din Romania

Figure 4.15 – Code of the four specific line types for drainage design in Romania

Pentru a putea fi accesate cu ușurință fișierul care conțin tipuri specifice de linii: „drenaje.lin”, este necesar ca acesta să fie copiat în subdirectorul:

C:\Program Files\Autodesk\AutoCAD Civil 3D 2011\ pentru Windows 7.

Pentru o mai ușoară accesare a meniurilor în AutoCAD Civil 3D, respectiv pentru a se asigura un acces mai facil la setul complet de comenzi pe care îl oferă aplicația software, este folositor să schimbam și următorii parametrii:

menubar = 1(Acest parametru permite afișarea meniului clasic, de tip bara, la partea superioara a ecranului. Este foarte util să activăm acest meniu pentru cei care au lucrat cu versiuni anterioare ale aplicației);

mapwspace = 1(Acest parametru permite afișarea panoului de comenzi specifice lucrului cu fișiere atașate de diferite formate, cum ar fi hărți scanate sau imagini satelitare);

toolspace = 1(Acest parametru permite afișarea uneltelor auxiliare și este foarte util în proiectarea obiectelor complexe, cu funcții dinamice, gen coridor).

Comenzile de mai sus vor activa panouri suplimentare ale interfeței care ușurează lucrul cu funcții avansate în cadrul unor proiecte complexe, cum sunt cele de infrastructura și îmbunătățiri funciare. Schimbarea parametrilor se poate face cu ușurința din linia de comanda.

Construirea unui model predefinit (template) care permite vizualizarea modelului digital al terenului cu exagerarea dimensiunilor pe verticala

Prin specificul lor, lucrările de combatere a excesului de umiditate din sol se executa deseori în zone care cu relief plan. Pentru a putea reprezenta modelul digital al terenului din aceste zone în mod adecvat, în cadrul proiectelor realizate cu ajutorul aplicației software AutoCAD Civil 3D, a fost necesara realizarea unui model predefinit (template) special.

Având în vedere că aceasta abordare este mai rar utilizata în practica de proiectare din Romania, o vom prezenta pe scurt în continuare.

In cazul de fata am folosit ca baza pentru realizarea acestui template, modelul predefinit Curbe de nivel Teren, inclus în pachetul (country pack) cu particularizări specifice pentru Romania. Cea mai importanta modificare realizata în cadrul modulului a fost activarea reprezentării pe verticala a modelului digital al terenului din cadrul opțiunii Surface stil >> Curbe de nivel Teren >> Triangles și stabilirea unui factor de exagerare de 5 unități, după cum se poate observa și în captura de ecran de mai jos (Figura 4.16).

Figura 4.16 – Stabilirea unui factor de exagerare egal cu 5 unități pentru reprezentarea modelului digital al terenului în cadrul modelului predefinit (template) specific suprafețelor plate

Figure 4.16 – Establishing an exaggeration factor equal to 5 units for representing digital terrain model in the default model (template), specific for flat surfaces

Personalizarea modului de plotare (tipărire) a planșelor în conformitate cu standardele și normele din Romania

Aplicația software AutoCAD Civil 3D include un sistem rapid și eficient de pregătire a desenelor pentru plotare (tipărire). Acest sistem permite tipărirea atât a planurilor de situație, cât și a profilelor longitudinale sau transversale.

Pentru a putea beneficia de funcțiile de plotare (tipărire) automata incluse în aplicația software AutoCAD Civil 3D este necesar ca pe lângă desenele realizate de utilizator să mai fie pregătite un set de planșe predefinite (template) care stabilesc modul în care desenele vor fi reprezentate și aranjate în cadrul planșei finale. Acest tip de planșe predefinite (template) sunt specifice pentru fiecare tara și pentru fiecare domeniu de activitate și trebuiesc pregătite înainte de începerea procesului de plotare (tipărire).

In acest capitol va fi prezentat pe scurt modul în care au fost realizate planșele predefinite (template) care au fost utilizate în cadrul acestui proiect. Fișierele care rezulta în urma creării unui set de planșe predefinite pentru plotare (tipărire) sunt stocate implicit în subdirectorul:

C:\Documesnts and Settings\<username>\Local Settings\Application Data\ Autodesk\C3D 2011\enu\Template\Plan Production\

în cazul utilizării sistemului de operare Windows XP, și în subdirectorul:

C:\Users\<username>\appdata\local\autodesk\c3d 2011\enu\template\plan production\

în cazul utilizării sistemului de operare Windows 7.

Pentru a localiza cu ușurință subdirectorul în care sunt stocate planșele predefinite (template) necesare în cadrul procesului de plotare (tipărire) pe calculatorul de lucru, putem accesa tabul Files din panoul Properties, iar la poziția Templates Settings va fi afișata calea completa spre aceste fișiere, ca în imaginea de mai jos (Figura 4.17).

Figura 4.17 – Localizarea subdirectorului în care sunt salvate modelele planșelor predefinite

pentru plotare (templates)

Figure 4.17 – Subdirectory location where drawing models (templates) are saved for plotting

Aplicația software AutoCAD Civil 3D este livrata de dezvoltator cu doua seturi de fișiere cu modele predefinite pentru plotare (templates): unul pentru sistemul de măsură anglo-saxon (Imperial) și altul pentru sistemul internațional (metric) de unități de măsura.

Fiecare set de planșe predefinite (template) conține trei formate de planșe: pentru vederi în plan, pentru profile longitudinale și pentru o combinarea a acestora în vederea plotarii (tipăriri).

Pentru pregătirea setului de planșe predefinite (template), în concordanta cu standardele și normele din Romania se poate modifica setul livrat de firma Autodesk Inc., odată cu aplicația software AutoCAD Civil 3D sau se poate construi un set nou pornind de la un fișier template gol.

Structura fișierului este simplă, el trebuind să conțină un bloc care să includă conturul planșei și cartușul planșei, și una sau două vederi (viewport) care să fie folosite pentru plotarea (tipărirea) unei vederi în plan, a unui profil longitudinal sau pentru tipărirea amândorora în cadrul acelei planșe. In cazul planșelor predefinite (template) destinate plotarii (tipăririi) profilelor transversal, aceste fișiere includ o singura vedere (viewport).

Figura 4.18 – Set de planșe predefinite (template) realizate în vederea utilizării

în cadrul acestui proiect

Figure 4.18 – A set of predefined drawings (templates) made ​​for use
in this project

Este important ca tipul de vedere (viewport) să fie ales în așa fel încât să corespunda cu tipul desenului care urmează să fie plotat (tipărit): vedere în plan, profil longitudinal sau profil transversal.

Figura 4.19 – Selectarea tipului de vedere (viewport) în cadrul unei planșe predefinite (template)

Figure 4.19 – Viewport selection in a predefined drawing (template)

Crearea unui template _Stereo70.dwt pentru activitățile curente în AutoCAD Civil 3D și setarea lui ca template implicit

După crearea fișierului care conține toate modificările menționate pana acum, acesta se poate salva sub numele de _Stereo70.dwt, iar ulterior se poate stabili ca template implicit, conform instrucțiunilor din imaginea de mai jos (Figura 4.20).

Figura 4.20 – Stabilirea fișierului _Stereo70.dwt ca template implicit în AutoCAD Civil 3D

Figure 4.20 – Setting the file _Stereo70.dwt as AutoCAD Civil 3D default template

Concluzii și avantaje

adăugarea acestor modificări și instruirea utilizatorilor în folosirea lor este unicul mod de a obține proiecte cu o structura și un aspect unitar în cazul lucrului în echipa;

se mărește productivitatea prin eliminarea pașilor repetitivi în cadrul proiectelor complexe;

introducerea acestor date de la începutul proiectului permite utilizarea cu ușurință a informațiilor GIS (Geographic Information System), precum și schimbul de informații cu astfel de sisteme.

Având în vedere importanta modificărilor implementate în structura aplicației, cât și faptul că orice eroare făcuta în aceasta faza s-ar putea propaga în cadrul unui proiect întreg ( sau pachete de proiecte), la final s-a acordat o importanta deosebita proceselor de verificare și testare.

Service pack pentru AutoCAD Civil 3D 2011/2012

După realizarea acestor modificări este indicat să se instaleze și service pack-ul cu ultimele actualizări ale acestei aplicații software, care poate fi descărcat de pe site-ul firmei Autodesk Inc., din secțiunea Updates & Service Packs.

4.3.4. Modulele Hydraflow din cadrul aplicației software AutoCAD Civil 3D 2012

In vederea îmbunătățirii funcțiilor disponibile în cadrul aplicației software AutoCAD Civil 3D în domeniul proiectării lucrărilor de îmbunătățiri funciare și infrastructură (alimentari cu apă și canalizare), firma Autodesk Inc. a introdus module specializate de analiză hidraulică și hidrologică. Ca urmare, Autodesk Inc a achiziționat firma Intelisolve în anul 2007, iar aplicațiile dezvoltate de aceasta au fost incluse în AutoCAD Civil 3D sub denumirea de Hydraflow Extensions. Cele trei aplicații, cu funcții avansate de hidraulica și hidrologie, sunt:

Hydraflow Express

Hydraflow Hydrographs

Hydraflow Storm Sewer

Noțiuni de hidrologie ale modulelor

Pentru a explica metodologia de calcul utilizata de modulele Hydraflow, vom face câteva precizări legate de metodele și modelele de calcul și modelare hidraulica a curgerii la suprafața terenului utilizate în cele 3 module. [5, 6]

Metoda rațională

Pentru bazine de recepție mici (sub 10 km2 în Romania [139], sub 80 ha în alte zone din lume), cea mai folosita metoda de estimare a debitelor de scurgere la suprafața terenului datorată precipitațiilor este metoda rațională. Potrivit acestei metode, intensitatea medie a ploii se considera constanta în timp, iar debitul maxim apare după o perioada de timp egala cu timpul de concentrare Tc. [27,139]

Ipoteza care sta la baza ecuației debitului în metoda rațională este aceea că nu exista nici o stocare temporară a apei la suprafața terenului, debitul care se scurge fiind direct proporțional cu intensitatea ploii. Asta înseamnă că daca intensitatea ploii este constanta, întregul bazin de recepție contribuie la formarea debitului maxim de scurgere, după o perioada de timp egala cu timpul de concentrare. Formula de calcul a debitului este: [6,75, 114]

Qp = kCiA (4.1)

unde : Qp = debitul de scurgere (m3/s)

K = 0.00278, factor de conversie

C = coeficient de scurgere (adimensional) care depinde de tipul de sol și de panta terenului

A = suprafața bazinului de recepție (hectare)

i = intensitatea ploii (mm/hr)

Durata de atingere a vârfului și de regresie sunt întotdeauna egale cu timpul de concentrare Tc. Se poate observa că acest tip de hidrograf are forma unui triunghi isoscel cu baza egala cu 2x Tc.

Metoda rațională modificată

Aceasta metoda pornește de la metoda rațională, dar ia în considerație acumularea apei de ploaie. Potrivit metodei raționale, debitul maxim de scurgere apare după o durata a ploii egala cu timpul de concentrare. Atunci când durata ploii este mai mare decât timpul de concentrare, debitul se reduce, dar volumul total al scurgerii la suprafața terenului creste.

Metoda rațională modificata urmărește să stabilească durata totala a unui eveniment de precipitații critic care să conducă la o capacitate de stocare optima a unui bazin de retenție.

La utilizarea metodei modificate, timpul este multiplicat cu un factor de durata a ploii, iar intensitatea precipitațiilor, care se utilizează în ecuația debitului, depinde de produsul dintre timpul de concentrare și factorul de durata a ploii.

Metoda SCS (Serviciul de Conservare a Solului)

Serviciul de Conservare a Solului (Soil Conservation Service – SCS) din SUA a propus un model empiric pentru determinarea volumului de precipitații care sunt reținute de sol, model care se bazează pe potențialul solului de a absorbi o anumita cantitate de umiditate. [113] Pe baza observativilor din teren, aceasta capacitate de înmagazinare S (în milimetri) a fost corelata cu un “număr de curba” CN. Numărul curbei CN este un coeficient adimensional exprimat ca o caracteristica a tipului de sol, a modului de utilizare a terenului și a gradului inițial de saturare cunoscut ca și „condiție de umiditate antecedenta” și reflecta potențialul de scurgere a apei pe diferite terenuri. [76] Valoarea lui S este definite de expresia empirica :

S = – 254 (mm) (4.2)

Clasificarea solurilor a urmărit punerea în evidenta a potențialului de scurgere al acestora. Funcție de textura (proporția de argila, praf și nisip), solurile au fost clasificate în 4 grupe hidrologice: A, B, C, D. Grupa A cuprinde soluri cu textura grosiera, care au cel mai mic potențial de scurgere, în timp ce solurile din clasa D au o textura fina (argiloasa), având potențial de scurgere maxim, respectiv infiltrație minima.

Sistemul romanesc de clasificare a texturii este o adaptare a clasificării solurilor din SUA

la condițiile din Romania (Chendes, 2007), utilizând clasele de textura practicate de ICPA. In Tabelul 4.1 sunt prezentate cele 4 grupe hidrologice de soluri și texturile corespunzătoare. [138]

Grupele hidrologice de soluri și texturile corespunzătoare

Soil hydrologic groups and their corresponding textures

Tabelul 4.1/Table 4.1

Valorile pentru coeficientul CN (Curve Number), concept introdus de SCS (Soil Conservation Service din SUA) pot lua valori cuprinse intre 0 și 100. Valoarea coeficientului CN depinde atât tipul de acoperire a terenului cât și de grupa hidrologica a solului și reflecta potențialul de scurgere a apei pe diferite tipuri de terenuri. Valorile CN variază direct proporțional cu potențialul de scurgere și invers proporțional cu coeficientul de infiltrație, având valori maxime pentru clasa de soluri D sau pentru spatiile urbane, impermeabilizate.

Clasificarea și atribuirea de valori coeficientului CN a fost adaptata și realizata (Chendes, 2007) atât pe baza manualelor USDA, cât și a altor clasificări existente în literatura internațională (Hong, Adler, 2007; Hong et al, 2007). [58] Pentru stabilirea valorilor specifice României s-a utilizat stratul tematic „Corine Land Cover 2000”, realizat de către INCD „Delta Dunării” Tulcea. Valorile coeficientului CN în Romania sunt prezentate în Tabelul 4.2. [80]

Tabelul a fost preluat din “Metodologia de determinare a bazinelor hidrografice torențiale în care se afla așezări umane expuse pericolului viiturilor rapide” – Anexa 1, elaborata de Universitatea Tehnica de Construcții București (autori: Prof. univ. dr. ing. Radu DROBOT și Prof. univ. dr. ing. Dan STEMATIU), aprobata de Ministerul Mediului și Dezvoltării Durabile în 2008 și publicata în Monitorul Oficial 647 din 11 septembrie 2008. [138]

Valorile coeficientului CN în Romania

CN Coefficient values in Romania

Tabelul 4.2/Table 4.2

Scurgerea la suprafața terenului se calculează cu ecuația: [113]

Q(t) = , (4.3)

unde:

Q(t) = înălțimea stratului de apă acumulat din ploi efective care se scurg la timpul t

P(t) = înălțimea stratului de apă acumulat al ploii la timpul t

Ia = capacitatea de reținere inițiala exprimata prin grosimea stratului de apă reținut inițial în sol

S = capacitate de înmagazinare a solului

Stratul de apă datorat scurgerii din precipitații va fi zero pana când înălțimea acumulata a stratului de apă de ploaie P(t) depășește capacitatea de reținere inițiala Ia.[56]

Pentru a depăși limitările în utilizarea acestui set de date, impuse de INCD „Delta Dunării” Tulcea, am extras datele aferente tarii noastre direct din versiunea actualizata a stratului „Corine Land Cover 2006”, versiunea 13 din 2010. Setul de date original Corine Land Cover 2006 a fost descărcat în mod gratuit de pe site-ul web al Agenției Europene pentru Protecția Mediului (EEA – European Environmental Agency). [134]

Pentru a putea utiliza aceste date a fost necesara o prelucrare preliminara a lor, dar setul de date astfel obținut este mai nou (la nivelul anului 2006), este în format vectorial și poate fi utilizat gratuit și fără restricții.

4.3.4.1. Modulul Hydraflow Express

Hydraflow Express Extension este o aplicație care rezolva probleme hidraulice și hidrologice legate de proiectarea canalelor deschise, podețelor tubulare, gurilor de scurgere pentru ape pluviale, deversoarelor și altor tipuri de structuri hidrotehnice. [26]

Canale deschise și conducte cu nivel liber

Canalele deschise sunt prin definiție conductele care au suprafața libera în contact cu atmosfera. In acest tip de conducte sunt incluse: canalele, cursurile de apă naturale sau artificiale, rigolele și conductele circulare la curgerea cu nivel liber. Când apă curge uniform intr-un canal, ea atinge o viteză și o adâncime constantă, adâncime denumita adâncime normala. Gradientul de energie este paralel cu suprafața apei (gradientul hidraulic), deoarece pierderea de presiune este compensata de gravitație. [64]

Exista mai multe formule empirice pentru calculul înălțimii apei în secțiunea de curgere, denumita și adâncime normala de curgere, printre care și formula lui Manning, formula utilizata de modulul Hydraflow Express. [8]

Figura 4.21 – Calculul canalelor deschise cu Hydraflow Express

Figure 4.21 – Open channels/ditches calculations with Hydraflow Express

Modulul realizează calculele în ipoteza canalelor cu secțiune uniforma, cu forma, panta și debit constant și efectuează următoarele operații:

– calculează curbele de variație a adâncimilor normale ale apei în canale în funcție de debite, pentru canale de forma dreptunghiulara, trapezoidala, triunghiulara, rigole de forma compusa, circulara și forma definita de utilizator;

– descrie modul de variație a secțiunii canalului folosind pana la 50 de puncte de cota definite de utilizator;

– determina valoarea coeficientului compus de rugozitate n al lui Manning cu ecuația:

(4.4)

unde:

nc = valoarea compusa a coeficientului de rugozitate al lui Manning

P = perimetrul udat al întregului canal

Pi = perimetrul udat al subdiviziunii i

ni = valoarea coeficientului n al lui Manning pentru subdiviziunea i

Coeficientul Manning poate varia de-a lungul canalului, atunci când avem canale de pământ, canale care se bifurca etc.; modulul utilizează coeficientul compus al lui Manning definit în aplicația software HEC-RAS (Hydrologic Engineering Centers – River Analysis System), care realizează modelări hidraulice de curgere în râuri și în alte tipuri de canale deschise naturale sau artificiale.

– calculează următorii parametrii: debitul Q, adâncimea apei în canal, variația debitului de scurgere cu adâncimea, utilizând pași de creștere (ai adâncimii apei în canal) definiți de utilizator, valoarea adâncimii normala pentru un debit specificat.

In toate cazurile, aplicația afișează secțiunile transversale prin canal, cheia limnimetrica, tabele numerice cu datele de intrare și rezultatele obținute.

Calculul adâncimii critice

Yc sau adâncimea critica (adâncimea la care energia specifica a apei este minima pentru un debit dat) se calculează utilizând următoarea ecuație și metoda de calcul iterativa (Hidraulica canalelor deschise – Open Channel Hydraulics, Richard H. French): [49]

(4.5)

unde:

Q = debitul în m3/s

G = accelerația gravitaționala în m/s2

A = secțiunea transversala a canalului în m2

T = lățimea canalului la partea superioara în m

Indiferent de canalul, conducta sau structura care se modelează cu ajutorul modulului Hydraflow Express, este nevoie să se cunoască debitul care trece prin elementul respectiv.

Extensia Hydraflow Express rezolva următoarele probleme [8,26]:

realizeaza hidrografele de scurgere la suprafața terenului, utilizând metoda rațională, metoda rațională modificata și metoda SCS

utilizează ploaia de calcul SCS de 24 și de 6 ore și crează hidrograful sintetic dinamic bazat pe curbele IDF (intensitate-durată-frecvență) ale precipitațiilor;

calculează coeficienții de scurgere compuși și numărul curbelor;

calculează timpul de concentrare cu diferite metode;

calculează capacitatea de stocare necesara utilizând debitul dat de utilizator;

calculează dimensiunea conductei de evacuare în funcție de capacitatea bazinului de retenție, atunci când în sistem se folosesc bazine de retenție;

calculează timpul necesar scăderii nivelului apei.

In cadrul aplicației, se selectează una din cele 3 metode de determinare a hidrografului de scurgere: metoda rațională, metoda rațională modificata sau metoda SCS, se precizează suprafața de drenaj și coeficientul de scurgere sau numărul curbei.

Sunt mai multe posibilități/metode de stabilire a timpului de concentrare Tc, și anume:

timp de concentrare definit de utilizator – metoda implicita care presupune inserarea valorii în minute, de către utilizator;

metoda FAA dezvoltata de U.S. Federal Aviation Agency (Agenția de Aviație Federala Americana) pe baza metodei raționale [135]; In 1965, Agenția Federala de Aviație a SUA – FAA, a realizat o estimare simpla a timpului de concentrare Tc care să fie folosita cu metoda rațională. Metoda FAA, așa cum se face în mod obișnuit referire la ea, calculează timpul de concentrare pentru o suprafața cu o panta mica și uniforma (asemănătoare cu un câmp aviatic) cu formula:

(4.6)

unde,

C = factorul de acoperire

L = lungimea hidraulica [ft]

S = panta în %

metoda de întârziere, metoda implicita a normei tehnice americane TR 20. [110] Norma tehnica TR 20 a fost dezvoltata de Serviciul de Conservare a Resurselor Naturale și utilizează metoda SCS și calculează scurgerea directa și realizeaza hidrografele rezultante din orice fenomen de precipitații natural sau sintetice modelul fiind dezvoltat pentru un singur eveniment de scurgere și traseu pentru bazinul de recepție;

metoda normei tehnice TR 55 – Urban Hydrology for Small Watersheds (Hidrologie Urbana pentru bazine de recepție mici) elaborata de Serviciul de Conservare a Resurselor Naturale din cadrul Departamentului de Agricultura al SUA [111]; metoda prezintă o procedura simplificata de calcul al volumului scurgerilor rezultate din precipitații, debitului maxim de evacuare, volumele de retenție și hidrografele scurgerilor;

metoda Kirpich utilizata pentru bazine naturale cu trasee de scurgere la suprafața terenului bine definite, de-a lungul terenului gol sau canalelor de pe marginea drumului. Este similara cu metoda de întârziere, dar de obicei conduce la timpi de concentrare mai reduși [122,135].

Pentru precipitații se utilizează doar hidrografele SCS, cu durata de 24 de ore, 6 ore sau hidrograful sintetic definit de utilizator.

Extensia Hydraflow Express conține și o foaie de calcul a timpului de concentrare, foaie de calcul preluata din norma americana TR -55 ( Figura 4.22).

Figura 4.22 – Foaia de calcul a timpului de concentrare cu metoda Tr-55,

din Hydraflow Express

Figure 4.22 – The spreadsheet for the time of concentration using TR-55 method,
of Hydraflow Express

Metoda de calcul a timpului de concentrare Tc consta din adăugarea timpilor de deplasare a curgerii pe suprafețe plane, curgerii de mica adâncime și curgerii în canale deschise, permițând să se introducă pana la 3 componente A, B și C pentru fiecare tip de curgere.

Rezultatele obținute în partea de hidrologie a modului Hydraflow Express sunt:

reprezentarea grafica a hidrografului scurgerii pentru diferite ploi de calcul;

volumul de apă care trebuie evacuat

Pregătirea datelor hidrologice

Pentru generarea hidrografelor, modulul Hydraflow Express solicită introducerea datelor referitoare la precipitații (cantitatea de precipitații pentru fiecare perioada de revenire), respectiv de încărcarea hietografului ploii de calcul [26]

Se pot introduce fișiere cu date de precipitații și curbe IDF (intensitate-durată-frecvență) pentru diferite locații, aplicația încărcând aceste fișiere și calculând intensitatea ploii. Modul de personalizare și particularizare a aplicației pentru date hidrologice din Romania este prezentat în subcapitolul 4.3.4.4. al lucrării. [8,129]

Podețe tubulare

Secțiunea “Culverts” – podețe tubulare /aducțiuni tratează modelarea și dimensionarea podețelor tubulare de diferite forme, lungimi, dimensiuni, material și pante având diferite configurații de intrare, pe baza principiilor care guvernează curgerea în acest tip de structuri. Scopul modulului este de a calcula capacitatea, profilul hidraulic și debitele de scurgere pentru astfel de podețe, în diferite regimuri de curgere. [115]

Pentru proiectarea podețelor tubulare, Hydraflow Express utilizează metoda energetica de calcul a gradientului hidraulic HGL (hydraulic grade line). Calculul se poate face în doua variante și anume: cu control la intrarea în structura podețului sau cu control la ieșirea din structura, pentru diferite regimuri de curgere (curgere cu nivel liber, curgere la secțiune plina, curgere cu depășirea structurii și curgere supercritica cu salt hidraulic). Regimurile de curgere sunt descrise pe larg în norma americana HDS-5 (Hydraulic Design of Highway Culverts) – Proiectarea din punct de vedere hidraulic a podețelor tubulare Departamentul Federal al Autostrăzilor –seria de proiectare nr. 5 (revizuita în mai 2005). [115]

Modulul Hydraflow Express realizeaza:

– modelarea și proiectarea podețelor tubular cu secțiune circulara, elipsoidala sau ovoidala;

– proiectarea automata a dimensiunilor și pantelor conductelor podețelor;

– calculul automat al gradientului hidraulic pentru orice regim de curgere;

– face calculul pentru un singur debit de curgere sau o gama de debite definite de utilizator și afișează cheia limnimetrica a curgerii prin structura.

Modelarea și dimensionarea diferitelor tipuri de deversoare

Modulul Hydraflow Express are în meniul sau și deversoarele pentru care realizeaza efectuează următoarele calcule:

– determina caracteristicile hidraulice pentru deversoare rectangulare, trapezoidale, circulare, compuse, proporționale și în forma de V;

– determina automat coeficienții deversoarelor pe baza nivelului de depășire indicat de utilizator;

– determina debitul și adâncimea și trasează grafic curba debit funcție de adâncime.

4.3.4.2. Modulul Hydraflow Hydrographs

Extensia de hidrografe Hydraflow pentru AutoCAD Civil 3D este o aplicație ușor de utilizat pentru ingineria hidrosistemelor. A fost inițial proiectata pentru analizele hidrologice atât ale bazinelor de drenaj simple cât și a celor complexe. Poate fi utilizata ca instrument de baza pentru determinarea scurgerilor provenite din ploi istorice și sintetice variate și pentru planificarea sau modelarea masurilor de control a inundațiilor. [9,138]

Modulul permite rezolvarea unor cerințe simple cum ar fi realizarea unui hidrograf de scurgere singular, combinarea mai multor hidrografe, pe care le conduce prin canale și bifurcarea hidrografelor singulare. Când se dorește construirea unui hidrograf sau trasarea/dirijarea lui se selectează simplu funcția corespunzătoare din meniul principal. Extensia de hidrografe Hydraflow crează imediat hidrograful și îl plasează pe diagrama de traseu de pe ecran dând acces la el pe tot parcursul aplicației. Extensia de hidrografe Hydraflow are opțiuni în meniu care permit editarea, ștergerea, inserarea, tăierea, copierea, plotarea, tipărirea și importul/exportul oricărui hidrograf generat.

Odată generat un hidrograf de scurgere, el poate fi adăugat oricărui hidrograf generat anterior sau condus printr-un canal. Întrucât se lucrează mergând către aval, Extensia de hidrografe Hydraflow afișează automat modelul. Oricând pe parcursul sesiunii, se pot tipări rapoarte despre oricare sau despre toate hidrografele. Fișierele proiectului sunt deschise și salvate că orice procesor Word tipic.

Extensia de hidrografe Hydraflow poate genera un maxim de 99 hidrografe deodată. In plus, fiecare hidrograf conține pana la 8 perioade de revenire definite de utilizator conducând la un total de 792. Fiecare hidrograf este identificat printr-un număr cuprins intre 1 și 99. Majoritatea funcțiilor de modelare a bazinului de recepție sunt selectate din bara de instrumente laterala în timp ce fișierul, tipărirea și funcțiile format sunt localizate pe bara de sus. In plus, sunt 3 tab-uri unice de unde poate fi afișat proiectul.

Figura 4.23 – Fereastra principala a modulului Hydraflow Hydrographs

Figure 4.23 – Hydraflow Hydrographs Extension main window

Procesarea automata a datelor

Așa cum s-a menționat anterior, fiecărui hidrograf creat i se pot da pana la 8 perioade de revenire. Cu alte cuvinte, nu este necesara crearea de hidrografe suplimentare pentru frecvente de 2, 10 sau 100 ani. Acest lucru se face automat de fiecare data când se crează un hidrograf nou. Se pot activa sau dezactiva fecvențele dorite din Managerul de evenimente al Extensiei de hidrografe Hydraflow.

Modelarea bazinului de recepție

Simularea bazinului de recepție se realizeaza prin selectarea funcțiilor corespunzătoare din meniul principal pentru conectivitatea sub-bazinelor. Se începe de la bazinul amplasat cel mai în amonte și se lucrează către aval. Pentru exemplificare s-a construit un bazin de recepție pentru perimetrul analizat, care consta din 4 zone de colectare a scurgerilor la suprafața terenului și dintr-o porțiune intermediara. Obiectivul modelarii este generarea unui model de hidrograf pentru porțiunea din aval care se descarcă în albia cea mai de jos a râului Negru gura 4.24).

Figura 4.24 – Realizarea unui model simplificat de calcul pentru un bazin de recepție tipic inspirat de situația existenta pe teren,

în zona de deversare a canalului colector principal în Raul Negru

Figure 4.24 – Simplified calculation model for a typical watershed inspired by the situation on site, in the discharge area of the main collector channel in Raul Negru

Pentru a simula scurgerile rezultate din precipitații în bazinul de recepție prezentat în figura 4.24, se prezintă modul de realizare a hidrografelor de scurgere pentru sub-zonele A și B – hidrografele 1 și 2. Următorul pas este combinarea hidrografelor 1 și 2 pentru formarea hidrografului 3 întrucât ele converg în același punct. Apoi, se conduce hidrograful 3 prin porțiunea intermediara pentru crearea hidrografului 4. Apoi, se crează hidrografele de scurgere pentru sub-ariile C și D – hidrografele 5 și 6. In cele din urma, se aduna hidrografele 4,5 și 6 pentru crearea hidrografului 7. [114]

Următoarea etapa este o procedura pas-cu-pas de realizare a modelului bazinului de recepție.

Se neglijează particularitățile datelor de intrare cum ar fi suprafețe de drenaj, numărul curbelor CN și altele.

Cel mai adesea, se întâlnesc situațiile în care se utilizează extensia de hidrografe Hydraflow pentru crearea și modelarea bazinelor de recepție pe care urmează să se realizeze lucrări de eliminare a excesului de apă. Sunt 4 pași de baza, și anume: [114, 122]

crearea hidrografului în faza dinaintea lucrărilor de drenaj;

crearea hidrografului după realizarea lucrărilor de drenaj;

stabilirea dimensiunilor bazinului de retenție, daca este cazul;

conducerea hidrografului postdezvoltare prin bazin pentru crearea hidrografului de scurgere/descărcare.

Obiectivul este acela de a limita vârful de scurgere, Qp la valoarea celui din hidrograful creat în pasul 1.

Modulul a fost dezvoltat pentru a fi utilizat intr-o serie întreagă de aplicații/proiecte, care au în vedere și realizarea de construcții sau zone urbane și rurale pe suprafețe întinse de teren, motiv pentru care sunt analizate hidrografele atât în varianta de dinainte și după dezvoltare, ca și realizarea de bazine de retenție (dezvoltări urbane și rurale). Pentru utilizarea modulului în proiecte de eliminare a excesului de umiditate / desecare drenaj, sunt necesari primi doi pași menționați anterior, și anume construirea hidrografelor înainte și după realizarea lucrărilor de drenaj.

Figura 4.25 – Generarea modelului hidrografului unitar pentru faza premergătoare realizării proiectului

Figure 4.25 – Unit hydrograph model generation for the preliminary stage of the project

Funcțiile modulului Hydraflow Hydrographs [9]

Pe parcursul calculelor, aplicația calculează automat intensitatea ploii cu ajutorul curbelor IDF proprii. Odată introduse datele referitoare la precipitații, aplicația stochează curbele IDF intr-un fișier denumit și definit de utilizator. Acest fișier este încărcat de fiecare data când este pornita aplicația. Pe parcursul calculelor, aplicația folosește fișierul împreuna cu timpul de concentrare Tc calculat pentru a determina intensitatea precipitațiilor.

Aplicația poate stoca un număr nelimitat de fișiere de precipitații pentru diferite lucrări și locații. Aceste curbe IDF pot fi încărcate spre utilizare, oricând.

Se pot crea și propriile curbe IDF, din meniul Ploaie de calcul, în mod similar cu Modulul Hydraflow Express. Aceste tipuri de ploi se pot salva și în fișiere separate cu extensie ”.cds”. Fișierele „.cds” sunt fișiere ASCII și pot fi create în majoritatea procesoarelor Word sau spreadsheet iar aplicația le deschide daca au extensia menționata. Procedura de creare a curbelor IDF este prezentata în subcapitolul 4.3.4.4.

Curbele IDF existente în aplicația software sunt preluate din Hydro-35 NWS (Office of Hydrology – National Weather Services) pentru partea de est a SUA, Atlasul NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) pentru partea de vest a SUA sau cel mai nou Atlasul 14 al NOAA.

Figura 4.26 – Importarea unei ploi de calcul definite de utilizator,

pentru zona perimetrului Brateș-Ghelința

Figure 4.26 – Importing a user-defined design storm for Ghelința – Brateș area

Aplicația procesează automat datele pentru mai multe perioade de revenire a precipitațiilor. Fiecare hidrograf creat va fi calculat pentru fiecare frecvența data utilizând valorile precipitațiilor corespunzătoare introduse.

Odată stabilite curbele IDF și fișierele de evenimente, se poate începe crearea hidrografelor. Se lucrează din amonte în aval, în bazinul de recepție. Hidrografele de scurgere și zonele de influenta, bazinele de dirijare, ramificațiile/derivațiile etc., sunt realizate prin selectarea funcțiilor adecvate din meniul principal. Întrucât se lucrează din amonte în aval, aplicația calculează automat perioadele de revenire și afișează modelul de hidrograf creat.

Distribuția precipitațiilor

Următoarele distribuții de precipitații (utilizate în SUA) sunt înglobate în aplicație și pot fi selectate:

Tipuri de modele de distribuții de precipitații înglobate în Modulul Hydraflow Express

Types of rainfall distribution contained in Hydraflow Express Module

Tabelul 4.3/Table 4.3

* Distribuții de precipitații Huff (Huff a propus o familie de modele de distributie a ploii de calcul. Evenimentele de precipitații au fost împărțite în 4 grupe funcție de apariția intensității maximă – în primul sfert al duratei ploii -tip I, în al 2-lea – tip II, în al 3-lea – tip III sau în al 4-lea sfert al duratei ploii – tip IV).

Hidrografele de scurgere

Serviciul de Conservare a Solurilor (Soil Conservation Service – SCS) sau NRCS (National Resources Conservation Service) – Serviciul National de Conservare a Resurselor, cum este cunoscut acum, a dezvoltat metode hidrologice care se utilizează pe scara larga pentru analiza bazinelor de recepție mici și mari. In SUA, multe state solicita utilizarea acestor metode pentru proiecte care necesita autorizație de stat. In plus, metodele SCS au devenit foarte populare și pe plan internațional, și asta pentru că modul lor de abordare este ușor de aplicat. Metoda hidrografului unitar cuplata cu orice ploaie de calcul cunoscuta, permite generarea unui hidrograf, fără nici o problema. [114,122]

Modulul Hydraflow Hydrographs construiește următoarele tipuri de hidrografe:[9, 114,122]

Hidrografe SCS

Hidrografele după Metoda rațională

Hidrografele după Metoda rațională modificata

Hidrografele după Metoda DEKALB rațională

Hidrografele SBUH (Santa Barbara Unit Hydrograph)

Modulul Hydraflow Hydrographs calculează hidrografele de curgere cu metoda SCS prin convoluția unei hietograme de precipitații cu un hidrograf unitar. Aceasta metoda este folosita și de norma tehnica SCS TR-20. Convoluția este o suprapunere liniara și consta în multiplicarea fiecărei ordonate a hietogramei de precipitații cu fiecare ordonata a hidrografului unitar, creându-se astfel o serie de hidrografe mai mici. Aceste hidrografe sunt apoi însumate pentru a forma hidrograful de curgere final.

Figura 4.27 – Ecranul cu date de intrare pentru hidrograful tip SCS

Figure 4.27 – Input data screen for SCS unit hydrograph

Aplicația poate utiliza pana la 2880 puncte pentru fiecare hidrograf, permițând astfel modelarea bazinelor de recepție foarte mici, (cu valoarea minima a timpului de concentrare Tc de 2 minute) în timp ce se utilizează ploaia de 24 ore și se obține o precizie care nu se poate obține utilizând metodele simplificate (rațională și rațională modificata).

Modulul utilizează 4 metode de calcul al timpului de concentrare Tc, și anume:.

Metoda de întârziere. Este metoda implicita utilizata de norma TR-20. [110]

Metoda Kirpich. Aceasta metoda se utilizează în mod normal pentru bazine naturale cu trasee bine definite pentru curgerea la suprafața terenului (canale, șanțuri), de-a lungul canalelor laterale drumurilor de pământ gol sau de iarba cosita. Este asemănătoare cu metoda de întârziere dar conduce la valori mai mici ale timpului de concentrare.[64, 135]

Metoda timpului definit de utilizator. Consta în a introduce manual valoarea timpului de concentrare Tc.

Metoda TR-55. Aceasta opțiune permite calcularea timpului de concentrare Tc utilizând 3 componente ale timpului de concentrare Tc, prin adăugarea timpilor de parcurs ai curgerii laminare, curgerii superficiale concentrate și curgerii în canale deschise pentru fiecare dintre componentele A, B și C, așa cum este descris în prescripția tehnica TR-55, Hidrologie urbana pentru bazine de recepție mici. Aplicația are incorporata o foaie de calcul pentru timpul de concentrare Tc, foaie preluata din TR-55. [109,111]

Figura 4.28 – Ecranul pentru calculul timpului de concentrare Tc conform TR-55

Figure 4.28 – Screen for calculating time of concentration Tc complying TR-55

Curgerea laminara este curgerea pe o suprafața plana aflata de regula în sectorul mai înalt al zonei de drenaj. Aceasta metoda pentru calculul curgerii laminare este limitata la o lungime a curgerii nu mai mare de 100 m (300 picioare). La lungimi mai mari de 100 m, curgerea se schimba în curgere superficiala concentrata.

Curgerea superficiala concentrata este cel mai bine descrisa că zona de tranziție intre curgerea laminara și curgerea în canal deschis. Aplicația calculează automat viteza medie pe baza pantei cursului de apă și a tipului de suprafața (rugozitate).

Curgerea în canal deschis este tratata în ipoteza că secțiunea canalului este plina. Aplicația calculează viteza medie.

Aplicația permite să se specifice pana la 3 componente pentru fiecare tip de curgere, pe suprafețele A, B și C.

Hidrografele derivate

Aplicația permite împărțirea/derivația oricărui hidrograf în 2 hidrografe separate. Aceasta situație poate să apară când canalele se ramifica sau când structurile de evacuare ale bazinului sunt proiectate să direcționeze debitul de evacuat în 2 direcții diferite. De exemplu, s-ar putea dori că debitul de evacuare dintr-un baraj deversor de apărare (urgenta) să fie separat intr-un hidrograf și debitul rămas în al doilea. Se poate dori separarea componentei de exfiltratie ca un hidrograf.

Aplicația oferă 4 criterii de împărțire. La împărțire, aplicația crează 2 hidrografe și le etichetează “Diversion/componenta 1” și “”Diversion/componenta 2”.

Spre deosebire de celelalte funcții de hidrografe unde întâi se selecta un hidrograf neutilizat, aici, întâi se alege hidrograful care se dorește a fi împărțit.

Aplicația permite exportarea oricărui hidrograf ca imagine „.bmp”. De asemenea, se poate exporta și versiunea numerica a oricărui hidrograf. Acest lucru se poate face din meniul principal. Se salvează cu un nume ca fișier tip „.csv”, tabelul Qs funcție de timp. Fișierul exportat poate fi apoi importat în orice foaie de calcul sau procesor Word.

In timpul creării hidrografelor, aplicația construiește automat modelul și îl afișează. Aceasta caracteristica se folosește pentru a obține similitudinea dintre model și conectivitatea la un moment dat dintre subzonele bazinului de recepție.

4.3.4.3. Modulul Hydraflow Storm-Sewer

Extensia Hydraflow Storm-Sewer este un modul destinat analizei hidrologice și hidraulice și proiectării sistemelor de canalizare pluviale simple și complexe. [7] Procesul general de modelare a unui sistem de canalizare pluviala cuprinde:

– setarea sau verificarea normelor de proiectare;

– trasarea / desenarea sistemului de canalizare în plan și crearea profilelor longitudinale și transversale;

– calculul sistemului de canalizare pluviala, crearea și imprimarea rapoartelor.

Extensia utilizează metoda de analiza iterativa, bazata pe ecuația conservării energiei a lui Bernoulli pentru calculul profilului hidraulic și ecuația lui Manning pentru calculul pierderilor de presiune datorate frecării.

Debitele maxime sunt calculate folosind metoda raționala, intensitatea ploii fiind stabilita pe baza curbelor IDF (intensitate-durată- frecvență).

Modulul are mai multe opțiuni de proiectare care se refera la:

– dimensionarea conductelor;

– stabilirea cotelor de radier ale elementelor sistemului;

– proiectarea simultana a sistemului cu stabilirea cotelor.

Aplicația permite determinarea cantităților de lucrări și calculul costurilor totale ale sistemului de canalizare pe baza codurilor de cost introduse de utilizator.

Figura 4.29 – Fereastra de calcul a drenurilor colectoare cu Hydraflow Storm-Sewer

Figure 4.29 – Window for the collector drains computation using Hydraflow Storm-Sewer

Extension

4.3.4.4. Introducerea datelor hidrologice specifice României în formatul utilizat în cadrul modulului Hydraflow Express din AutoCAD Civil 3D [33]

Analiza hidraulică în cadrul proiectelor elaborate în AutoCAD Civil 3D necesita realizarea unei analize hidrologice, pentru determinarea debitelor de scurgere la suprafața terenului. Așa cum a fost prezentat în prima parte a subcapitolului 4.3.4, cele trei metode utilizate în cadrul aplicației sunt:

Metoda raționala;

Metoda raționala modificata;

Metoda Serviciului American de Conservare a Solurilor (metoda SCS).

Primele doua metode de analiza hidrologica utilizează curbele IDF (Intensitate – Durată-a Frecvență) pentru determinarea ploii de calcul.

Curbele IDF sunt exprimate de ecuația:

(4.7)

unde:

B = parametru care depinde de zona și de probabilitatea de depășire;

D = parametru care face intensitatea ploii asimptotica cu cât durata să “t” devine foarte mica

t = durata ploii;

E = parametru

De regula, cei trei parametrii B, D și E care permit determinarea intensității ploii, nu sunt puși la dispoziție de agențiile meteorologice naționale și locale, motiv pentru care prezentam în continuare o metoda de calcul a acestor parametrii, cu ajutorul cărora modulul de analiza hidraulica și hidrologica al aplicației software AutoCAD Civil 3D determina intensitatea ploii pentru diferite interval de timp și frecvente de revenire.

Exemplificarea este realizata pentru zona Țufalău – Brateș – Ghelința, care face parte din proiectul analizat.

Conform standardului romanesc SR 1846-2/2006, Canalizări exterioare. Prescripții de proiectare. Determinarea debitelor de ape meteorice, “In bazinele mai mici de 10 km2, intensitatea medie a ploii de calcul I se poate determina pentru o durata egala cu timpul de concentrare, presupunându-se că tot bazinul participa la formarea debitului de calcul pentru secțiunea analizata.” [139] Conceptul are la baza utilizarea curbelor IDF, curbe care se preiau din STAS 9470-78 – Ploi maxime. Intensitate, durate, frecvente, standard care împarte teritoriul României în 19 zone, în funcție de stațiile meteorologice la care s-au făcut înregistrările și prelucrările statistice ale datelor privind precipitațiile. [42,140]

Figura 4.30 – Harta cu zonarea precipitațiilor maxime în Romania, extrasa din STAS 9470-78

Figure 4.30 – Zoning map with maximum rainfalls in Romania, extracted from STAS 9470-78

Perimetrul analizat, Brateș-Ghelința din județul Covasna, face parte din zona 18. Intensitățile ploii de calcul pentru zona 18 și diferite frecvente de revenire au fost extrase din STAS 9470, singurul standard romanesc care pune la dispoziția proiectanților curbe IDF – în principal pentru proiectarea canalizărilor pluviale și care nu a mai fost actualizat din 1978.

Figura 4.31 – Ploi maxime. Curbe IDF pentru zona 18 – STAS 9470-78 [140]

Figure 4.31 – Maximum rainfall quantities. IDF curves for the 18th area – STAS 9470-78 [140]

Datele extrase din STAS 9470-78 sunt prezentate în tabelul 4.4.

Ploi maxime – intensități, durate, frecvente pentru zona Brateș Ghelința – zona 18,

conform STAS 9470 / 78

Maximum rainfall – intensity, duration, frequency Ghelința Brateș area – zone 18
STAS 9470/78

Tabelul 4.4/Table 4.4

Metodologia de determinare a celor trei parametri este ilustrata pentru ploaia cu frecventa 1/5, din zona analizata, intensitățile fiind exprimate în mm/ora și consta în:

realizarea în Microsoft Excel 2007 a tabelului cu datele de intrare;

datele din tabel (cu valori cuprinse intre 5 minute și 1440 minute, adică 24 ore) se inserează în grafice de coordonate XY (X=durata, Y=intensitatea ploii), unde durata este t, și durate la care se adaugă valori constante de timp, respectiv t+5, t+7, t+10 și t+12 minute;

pentru fiecare grafic se trasează curba de regresie, prin metoda celor mai mici pătrate. Ecuația curbei și valorile R2 se afișează automat de către program, pentru fiecare dintre acestea;

curba de regresie cea mai apropiata de curba reala, este cea la care R2 are valoarea cea mai apropiata de 1;

în urma prelucrărilor datelor s-au obținut 5 grafice și curbele de regresie aferente, pentru duratele t, t+5, t+7, t+10 și t+12 minute; în Figura 4.32 sunt prezentate 4 dintre grafice în care se pot vedea curbele intensitate –durata (frecventa 1/5), curbele de regresie aferente și valorile R2. Se poate observa că R2 are valori de 0,9841 la timpul t, 0,9945 la t+5, 0,9953 la t+7, după care scade la 0,9952 pentru t+10. Al 5-lea grafic nu l-am mai prezentat în figura 4.32, întrucât R2 scade la 0,9945 la t+12 minute;

rezulta că valoarea R2 cea mai apropiata de 1 este 0,9953, pentru t+ 7 minute, deci coeficienții ecuației (4.7) sunt;

B = 68.638

D = 7

E = 0.79

Figura 4.32 – Construirea curbelor intensitate – durata (frecventa 1/5) în

Microsoft Excel 2007, pentru zona 18 (STAS 9470) aferenta perimetrului Brateș-Ghelința

Figure 4.32 – Construction of intensity – duration curves (frequency 1 / 5) in
Microsoft Excel 2007 for Brateș-Ghelința – area 18th (STAS 9470)

pentru confirmarea constantelor rezultate din ecuație se face verificarea cu valorile reale ale intensității ploii; verificarea rezultatelor și comparația cu valorile din STAS sunt prezentate în tabelul 4.5 și Figura 4.33.

Din analiza comparativa a reprezentărilor grafice pentru cele doua seturi de valori (cele extrase din STAS-ul 9470 – 78 și cele calculate cu metoda prezentata în lucrarea de fata) reiese că procedura prezentata modelează distribuita ploii pentru aceasta regiune cu un grad ridicat de acuratețe.

Comparația intensităților ploii de calcul determinate prin metoda regresiei

cu datele din stas 9470 – 78

Comparison of design storm intensities calculated with regression
method, using STAS 9470-78 data

Tabelul 4.5/Table 5.5

S-au efectuat calcule similare, în Microsoft Excel 2007, și pentru frecventele de precipitații de : 1/1; 1/2; 1/10 și 1/20 și coeficienții obținuți sunt prezentați în tabelul 4.6.

Valorile coeficienților curbelor IDF din zona 18

Tabelul 4.6

Figura 4.33 – Compararea curbelor intensitate – durata reala și cea calculata în

Microsoft Excel 2007

Figure 4.33 – Comparison of intensity curves, actual duration and the calculated one in
Microsoft Excel 2007

Pentru a realiza analiza hidraulica și hidrologica trebuie lansat modulul Hydraflow Express al aplicației software AutoCAD Civil 3D. Comanda de lansare a modulului Hydraflow Express se găsește în tab-ul “Analyze” după cum se poate vedea și în figura 4.34.

Figura 4.34 – Lansarea modulului Hydraflow Express din AutoCAD Civil 3D

Figure 4.34 – Hydraflow Express Extension launching in AutoCAD Civil 3D

După lansarea modulului se activează opțiunea “Hydrology”, iar în cadrul acesteia se selectează sistemul International de unități de măsura (SI) și se deschide modulul de management al curbelor “IDF” (Intensitate-Durată-Frecvență) pentru introducerea datelor privind precipitațiile pentru zona analizata.

Figura 4.35 – Curbele IDF pentru zona 18 – Brateș-Ghelința afișate în Hydraflow Express din AutoCAD Civil 3D

Figure 4.35 – IDF curves for Brateș-Ghelința, the 18th area, displayed in Hydraflow Express of AutoCAD Civil 3D

Pe baza coeficienților introduși de noi, pentru frecvente de 1/1, 1/2, 1/5, 1/10 și 1/25 ani, modulul de analiza hidrologica a calculat valorile intensității precipitațiile (în cm/ora) pentru intervalul 5 – 60 minute, așa cum se poate vedea în fereastra din stânga din Figura 4.35. In fereastra din partea dreapta sunt trasate curbele IDF, pentru frecventele de revenire a precipitațiilor menționate mai sus.

Pentru a putea fi accesate cu ușurința fișiere care conțin informații referitoare la date hidrologice specifice României, este necesar să fie copiate în subdirectorul:

C:\Documents and Settings\All Users\Application Data\Autodesk\C3D2011\enu\HHApps\IDF, pentru Microsoft Windows XP

C:\ProgramData\Autodesk\C3D2011\enu\HHApps\IDF, pentru Microsoft Windows Vista și Windows 7

Conform SR 1846-2, analiza spațio – temporală a ploilor maxime anuale cu durata de 24 h, ploile maxime zilnice se adoptă conform cu “Figura 1- Zonarea precipitațiilor maxime” din standard.

Aria de studiu se afla în zona 4, iar înălțimea ploii în mm cu durată de 24 h este:

Tabelul 4.7*/Table 4.7

* date extrase din tabelul 2, pagina 6 din SR 1846-2/2006 [139]

Pentru a obține ploaia curentă pentru alte durate (cuprinse între 5 min și 72 h) se utilizează relația:

, (4.8)

unde valoarea parametrului k se determină din tabelul 3 din SR 1846-2, pagina 7 pe baza zonării din Figura 2 a standardului.

Aria de studiu se afla în zona D, pentru care valorile parametrului k sunt

Tabelul 4.8*/Table 4.8

* date extrase din tabelul 3, pagina 7 SR 1846-2/2006 [139]

Datele referitoare la precipitații care trebuie introduse în modulul Hydraflow Express, pentru calculul prin metoda SCS, sunt ploaia de 24 de ore, respectiv ploaia de 6 ore pentru diferite frecvente de revenire. [76] In tabelul 4 sunt date valorile pentru ploaia de 24 de ore cu frecventele 1/2, 1/3, 1/5 și 1/10. In tabelul 4.9 sunt calculate valorile în mm pentru ploaia de 6 ore.

Înălțimea stratului de precipitații [mm] pentru diferite frecvente de ploaie din zona D unde se afla perimetrul de studiu Brateș-Ghelința

Rainfall depth [mm] for different frequencies of rain in the area D,

where is Brateș-Ghelința

Tabelul 4.9/Table 4.9

Valorile obținute s-au introdus în modulul Hydraflow Express, în meniul precipitații, metoda SCS și sunt ilustrate în Figura 4.36.

Figura 4.36 – Datele de precipitații pentru zona Brateș-Ghelința introduse în modulul

Hydraflow Express din AutoCAD Civil 3D

Figure 4.36 – Rainfall data for Brateș-Ghelința, inserted in
Hydraflow Express Extension of AutoCAD Civil 3D

In mod asemănător se procedează și pentru adăugarea datelor climatice specifice Zonei 18 din Romania în celelalte doua module: Hydraflow Hydrographs și Hydraflow Storm Sewer. In urma personalizării lor pentru condițiile climatice din zona de studiu, modulele din seria Hydraflow Extensions vor putea fi folosite în cadrul proceselor de modelare și dimensionare ale lucrărilor de desecare – drenaj din cadrul perimetrului Brateș – Ghelința.

Cu toate că la noi în tara se folosește frecvent STAS 9470-73 “Ploi maxime. Intensități, durate, frecvențe” pentru determinarea ploii de calcul, modulul Hydraflow Extensions permite completarea acestor informații și cu ajutorul datelor obținute de la cele mai apropiate stații meteorologice. In acest mod se poate asigura un grad mai ridicat de precizie pentru modelele matematice realizate cu ajutorul acestei aplicații și este posibila dezvoltarea unei biblioteci proprii de date meteorologice. Pentru zonele în care lipsesc informațiile provenite de la stații meteorologice apropiate se pot utiliza datele rezultate din prelucrarea informațiilor provenite de la radare și sateliți meteorologici.

Aceste date se pot descărca în mod gratuit pe site-ul web al Organizației Mondiale a Meteorologilor (WMO – World Meteorological Organizations).

Vizitând acest site web se poate găsi un link către o baza de date conținând date climatice de pe întreg globul. Aici se pot găsi și date climatice înregistrate de stații meteorologice automate existente și pe teritoriul tarii noastre.

O alta sursa de date climatice este site-ul web Weather Underground, care furnizează date înregistrate automat în câteva locații importante din tara noasta. Interpolând rezultatele furnizate de aceste stații automate se pot obține valori pentru întreaga suprafața a tarii.

Concluzii

– după modelul prezentat se pot genera fișiere cu datele hidrologice și pentru celelalte 18 zone din Romania;

– prin introducerea acestor date pentru întreg teritoriul României și distribuirea lor celor interesați se poate realiza un grad ridicat de automatizare a calculelor legate de precipitații, utilizând modulul Hydraflow Express din cadrul aplicației software AutoCAD Civil 3D.

4.3.5. Aplicații software pentru prelucrarea datelor în format GIS (Geographic Information System)

4.3.5.1 Aplicația software Global Mapper (shareware – cu caracter comercial) [44]

Generarea unui model digital al terenului DTM pentru județul Covasna în vederea extragerii datelor altimetrice pentru zona Tufalău – Brateș – Ghelința

Pentru a realiza un proiect de infrastructura sau de îmbunătățiri funciare (inclusiv desecare-drenaj) în format digital este necesar să pornim de la un set de date de intrare în format digital, pentru a putea genera un model digital al terenului pentru zona analizata. Pentru a genera un DTM (Model Digital al Terenului) și a crea o reprezentare tridimensionala a suprafeței zonei în care este amplasat perimetrul studiat, am analizat mai multe variante. In continuare vom prezenta câteva posibilitatea de modelare, care se pot aplica în funcție de mărimea suprafeței terenului și de gradul de precizie necesar.

In cadrul acestui studiu au fost luate în considerare în mod prioritar variantele care implica un minim de efort financiar și se bazează în mare măsura pe informații disponibile gratuit pe Internet. S-a demonstrat că de cele mai multe ori sursele de date disponibile în mod gratuit pe Internet oferă o precizie suficienta pentru realizarea de modele în cadrul proiectelor cu caracter educațional sau pentru realizarea de studii de fezabilitate.

Utilizarea datelor colectate în cadrul proiectului SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)

Pentru generarea unui DTM (Model Digital al Terenului) în vederea analizei topologice și a scurgerii apelor provenite din precipitații în cadrul unor suprafețe extinse (bazin hidrografic sau suprafața unui întreg județ), cel mai cunoscut model este cel oferit de NASA prin proiectul SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission).

Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) este ultimul proiect de realizare a unui model numeric altimetric global, utilizând datele colectate în Februarie 2000 de un senzor radar montat la bordul navetei spațiale Endeavor. Proiectul, coordonat de NASA (National Aeronautics and Space Administration) și NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) a urmărit cartografierea întregii suprafețe terestre prin colectarea de imagini satelitare 3D. Pe baza acestor imagini s-a realizat distribuția datelor la rezoluții de 9 secunde de arc (SRTM90) și 3 secunde de arc (SRTM 30). [85]

Datele oficiale, actualizate și procesate până la data pregătirii acestui material, pot fi descărcate gratuit de pe site-ul NASA: http://www2.jpl.nasa.gov/srtm prin intermediul interfeței USGS Seamless Data Distribution System. La acest moment, NASA oferă două versiuni ale datelor SRTM90: v1 și v2 (versiunea finala). Diferența dintre cele două versiuni constă în reprocesarea datelor pentru eliminarea golurilor cauzate de corpurile de apă, folosind o masca de apă globală foarte detaliată.

Seturi de date derivate din SRTM se găsesc în diferite alte locații, cele mai importante fiind cele găzduite de:

Universitate din Maryland, prin intermediul GLCF (Global Land Cover Facility): http://glcf.umiacs.umd.edu/data/srtm/index.shtml. Aici datele sunt accesibile atât prin intermediul unei atractive interfețe grafice cât și direct prin FTP. Mai mult, datele pot fi descărcate în tile-uri ce respectă modul de împărțire clasic (1ºx1º) sau cel al scenelor LANDSAT.

Consorțiul CGIAR-CSI: http://srtm.csi.cgiar.org. Datele SRTM procesate în vederea eliminării golurilor sunt distribuite de prin intermediul unui geoportal. O interfață grafică prietenoasă permite identificarea și descărcarea datelor sub formă de tile-uri 5ºx5º (format ESRI ASCII sau GeoTiff). In momentul de fata seturile de date rezultate din prelucrarea SRTM sunt disponibile în versiunea 4.1. [38]

Pentru aplicația din cadrul proiectului analizat au fost folosite datele de pe site-ul web al CGIAR-CSI (Consultative Group on International Agricultural Research – Consortium for Spatial Information), deoarece pe acest site-web exista o interfața ușor de folosit care permite cercetătorilor să selecteze și să descarce datele de pe zone limitate ale globului terestru. In acest fel și fișierele descărcate vor fi limitate ca mărime. [38]

Este de reținut că acest set de date este disponibil sub o licența care interzice folosirea lor sau a produselor derivate în scopuri comerciale.

Acest set de date este disponibil la o rezoluție de 250 m pentru întreaga suprafața a globului terestru și au o calitate superioara seturilor de date din versiunile anterioare. Acest nivel calitativ a fost atins printr-un algoritm de interpolare performat și prin adăugarea de date provenite din aste surse. La momentul realizării prezentei lucrări, acest set de date SRTM este cel care oferă cea mai buna calitate.

Selectarea și descărcarea datelor se poate face foarte ușor, prin accesarea secțiunii „SRTM Data Search and Download” care conduce la o interfața intuitiva și ușor de folosit (Figura 4.37).

Figura 4.37 – Selectarea setului de date SRTM pentru Romania pe site-ul web CGIAR-CSI

Figure 4.37 – Selecting the SRTM data set for Romania, from CGIAR-CSI website

Detaliu/Detail

Pentru a putea selecta cu ușurința zona de interes este necesar să activam opțiunea „Multiple Selection” (Selecție multipla) sau „Enable Mouse Drag” (activează selectarea cu Mouse-ul). Ca format de fișier am selectat fișierele de tipul GeoTiff care este un format acceptat de o gama larga de aplicații grafice.

Ulterior se selectează interactiv, de pe harta pusa la dispoziție, zona aferenta tarii noastre (Figura 4.37 – detaliu), trecând la pagina care ne permite descărcarea efectiva a setului de date. Suprafața României este acoperita de trapezele cu codificările 41-03, 41-04, 42-03 și 42-04. După cum se poate observa în detaliul din imagine, zona în care este amplasata lucrarea pe care o studiem se găsește în trapezul 42-03.

Imediat se deschide o alta fereastra (Figura 4.38), în care sunt afișate pozițiile (imaginea din stânga în fiecare rând) și imaginea zonei disponibile pentru descărcare (imaginea din dreapta în fiecare rând). In imagine se observa că este marcata cu un chenar roșu zona 42-03 pe care urmează să o descărcam în vederea înglobării ei în modelul pe care dorim să-l cream.

Figura 4.38 – Selectarea și descărcarea pătratului SRTM 42-03 în care se găsește perimetrul analizat (Tufalău – Brateș – Ghelința)

Figure 4.38 – Selecting and downloading

SRTM 42-03 square area, where is

Tufalău-Brateș-Ghelința

Având în vedere că modelul descărcat acoperă circa un sfert din suprafața tarii noastre, este necesara extragerea zonei de interes, pentru o manipulare și o integrare mai ușoara în modelul digital al proiectului. Aceasta operațiune este ușor de realizat cu ajutorul unor tehnici GIS specifice. In imaginea de mai jos (Figura 4.39), se observa combinarea informațiilor provenite din modelul DTM descărcat de la http://srtm.csi.cgiar.org/* și fișierul ESRI shape care conține limitele județelor României și care a provenit dintr-o sursa diferita (http://earth.unibuc.ro/). [52] De asemenea, sistemele de referința ale datelor de intrare au fost diferite (WGS84 pentru trapezul 42-03 și Stereo 70 pentru fișierul care conține limitele județelor). Cu toate acestea, conversia este realizata automat de aplicația software folosita, cu o precizie de 1 – 2 m, ceea ce este remarcabil pentru un proiect care acoperă un sfert din suprafața tarii.

Având în vedere precizia cu care se îmbina cele doua modele GIS, provenite din surse diferite, putem să înțelegem mai ușor importanta utilizării tehnologiei GIS și să subliniem avantajele pe care ea le aduce în cadrul proiectelor care acoperă suprafețe întinse de teren, cum sunt proiectele de infrastructura și cele de îmbunătățiri funciare, inclusiv cele de drenaje și desecări.

Figura 4.39 – Trapezul cu codul 42-03 georeferențiat în vederea extragerii informaților

altimetrice pentru județul Covasna.

Figure 4.39 – trapeze code 42-03 georeferenced in order to extract elevation data of Covasna

In continuare, datele se încarcă în aplicația software Global Mapper și se decupează suprafața de care avem nevoie (întreaga suprafața a tarii sau doar suprafața județului Covasna). Pentru decupare se folosește o masca vectoriala care conține limita județelor, în format ESRI SHP.

La finalul operației de extragere a informațiilor necesare construirii DTM (Modelului Digital al Terenului) am obținut un fișier care conține modelul tridimensional al suprafeței județului Covasna. Acesta va fi utilizat ulterior, în cadrul lucrării de doctorat, ca baza pentru diversele analize, modelari și prelucrări.

NOTA:

Pentru specialiștii care doresc să ofere informațiile din cadrul proiectelor pe care le dezvolta într-un format ușor accesibil, de pe un site web, cu posibilitatea de a fi vizualizate tridimensional în aplicația software Google Earth, Dr. Mark Mulligan de la „King’s College” din Londra a dezvoltat o tehnologie care permite descărcarea setului de date SRTM direct din Google Earth. [53]

Modalitatea de lucru este simpla și intuitiva și se bazează pe un fișier în format KMZ. Fișierul, precum și instrucțiunile pentru folosirea acestuia pot fi descărcate gratuit de la adresa http://www.ambiotek.com/topoview . Pentru cei care nu au instalat pe calculatorul lor aplicația software gratuita Google Earth, aceasta poate fi descărcata de la adresa http://www.google.com/earth/index.html . Este de menționat că exista și o versiune a aplicației tradusa în limba romana. In acest fel este asigurat accesul la aceste resurse și pentru specialiști din Romania, cu un minim efort din partea lor.

Utilizarea datelor colectate în cadrul proiectului ASTER (Advance Space-borne Thermal Emission and Reflection Radiometer)

Ministerul Economiei, Comerțului și Industriei (METI) din Japonia și Administrația Aeronautica și Spațiala Naționala din Statele Unite (NASA) au colaborat la proiectul de dezvoltare a Modelului Digital Global al terenului – ASTER Global Digital Elevation Model (ASTER GDEM), model care a fost obținut pe baza datelor colectate de un senzor – radiometru de reflexie și emisie termica ASTER (Advance Space-borne Thermal Emission and Reflection Radiometer)- montat pe satelit. [81] Scopul dezvoltării platformei ASTER GDEM este acela de veni în întâmpinarea instituțiilor specializate în monitorizarea dezastrelor, hidrologie, energie și monitorizarea mediului și a le facilita realizarea de analize și cercetări avansate.

In cadrul proiectului prezentat s-a utilizat baza de date ASTER GDEM Worldwide Elevation Data, deoarece acesta oferă o rezoluție de 1,5 secunda de arc. Pentru extragerea datelor necesare, s-a accesat site-ul web al proiectului ASTER, iar apoi s-a selectat zona de interes și s-au descărcat datele altimetrice pentru regiunea în care este inclus perimetrul analizat.

După descărcarea imaginilor satelitare furnizate de proiectul ASTER, este necesara o prelucrare suplimentara pentru extragerea datelor altimetrice și generarea modelului digital al terenului.

In imaginea de mai jos se poate observa o captura de ecran realizata în timpul prelucrării imaginilor satelitare (Figura 4.40). Prelucrarea s-a realizat pe un calculator performant dotat cu un procesor cu patru nuclee ( Pentium I5 760 – 2,8 GHz) și 4 Gb de memorie RAM rapida (1600 GHz) rulând Microsoft Windows 7 pe 64 de biți pentru a beneficia de toata memoria RAM disponibila. Timpul necesar pentru procesarea datelor a fost de circa 6 ore.

Figura 4.40 – Captura de ecran din timpul prelucrării setului de date ASTER

existent la nivel mondial

Figure 4.40 – Scree capture during existing ASTER data set processing

In figura 4.40 – Detaliul 1, se pot observa toate cele 4 nuclee lucrând pe toata perioada procesului de randare a imaginii, iar în Detaliul 2 se poate observa componenta cea mai slaba a sistemului de calcul (hard-disk-ul) care lucrează la capacitate maxima. Pentru optimizarea sistemului de calcul este necesara înlocuirea hard-disk-ului cu o componenta mai rapida (SSD – Solid State Disk). Pentru moment nu am putut achiziționa o astfel de componenta, datorita prețului ridicat.

După realizarea tuturor operațiilor necesare, se obține modelul digital al terenului pentru întreg teritoriul tarii noastre (Figura 4.41), din care se poate extrage modelul digital al zonei de care suntem interesați.

Figura 4.41 – Rezultatul final al extragerii modelului digital al terenului

pentru tara noastră, din setul de date ASTER

Figure 4.41 – The final result of extracting digital terrain model
for our country, from ASTER data set

Având în vedere efortul înglobat în extragerea și procesarea datelor provenind din proiectul ASTER, generarea modelului digital al terenului în zona de studiu s-a realizat în etape (Romania→Covasna→perimetrul Țufalău – Brateș – Ghelința). In ciuda volumului mare de resurse și timp necesar, a fost ales și utilizat setul de date provenit din extragerea informațiilor aferente tarii noastre din proiectul ASTER (Advance Space-borne Thermal Emission and Reflection Radiometer), datorita gradului mai mare de precizie (rezoluție mai bună – 1,5 secunda arc fata de 3 secunde arc) fata de proiectul SRTM. [85]

Rezultate

In urma prelucrării datelor s-a generat modelul digital al județului Covasna, model 3D prezentat în Figura 4.42, figura în care se poate observa pe fundal și rețeaua de triunghiuri neregulate (TIN – Triangulated Irregular Network).

Figura 4.42 – Modelul digital al terenului pentru județul Covasna 3D – vedere din sud-vest

Figure 4.42 – 3D Digital terrain model for Covasna County – view from southwest

Figura 4.43 – Modelul digital al terenului pentru județul Covasna 3D – vedere în plan

Figure 4.43 – 3D Digital terrain model for Covasna County – plan view

In figura 4.43, este prezentata vederea în plan a modelului digital al terenului județului Covasna, în imagine fiind afișata scara înălțimilor reprezentată prin culori, în partea stânga, și scara distantelor în plan, în kilometri, în partea de jos. Zona hașurata din imagine reprezintă Depresiunea Raul Negru, în care se afla perimetrul studiat. Peste acesta a fost proiectat tridimensional trapezul L-35-77 din setul de hărți topografice din setul realizat la scara 1:100.000. Pentru o mai mare claritate s-au marcat localitățile principale din regiune, iar pe fundal au fost evidențiate limitele diferitelor forme de relief. In acest fel se evidențiază mai bine toate caracteristicile perimetrului Brateș – Ghelința, permițându-se o analiza detaliata și multicriteriala.

Fișierele rezultate au fost importate în aplicația software AutoCAD Civil 3D, pentru prelucrări ulterioare necesare în cadrul modelarii și proiectării sistemului de combatere a excesului de umiditate din perimetrul Brateș – Ghelința.

.

4.3.5.2 Aplicația Software LanDTM (freeware – gratuita)

Introducere

LanDTM este o aplicație software care realizează triangularea punctelor și construirea de curbe de nivel generând un model digital al porțiunii de teren pe care dorim să o modelam în cadrul proiectelor noastre. [50] Aceasta aplicație este creata pe baza celor mai moderne tehnici de calcul, ceea ce ii conferă un grad ridicat de performanta. Astfel, s-a remarcat pe durata testărilor realizate ca aceasta aplicația software (LanDTM) este capabila să realizeze triangularea a o sută de mii de puncte în mai puțin de 25 de secunde. Viteza de calcul este remarcabila, având în vedere că aplicația pornește de la un set de poligoane Voronoy generate pe baza punctelor din teren, pe baza cărora realizează o triangulație Delaunay, care este o operație cu un grad ridicat de complexitate. In final, aplicația generează un model digital al terenului bazat pe punctele pe care le folosește ca date de intrare. Pentru a se putea obține un model digital al terenului care să reproducă în cât mai mare măsura terenul real și pentru a permite realizarea de modelari cu un maximum de acuratețe, se încearcă pe parcursul operației de triangulare bazat pe metoda Delaunay obținerea unui număr cât mai mare de triunghiuri echilaterale. [30,31]

Aplicația rulează în mediu AutoCAD 2007 – 2011 pe 32 de biți, precum și în cadrul aplicațiilor AutoCAD 2010 și 2011 pe 64 de biți și utilizează modulele de calcul și structura bazelor de date din cadrul aplicației software “Protopo”, aplicație de inginerie civila și topografie, dezvoltate în cadrul firmei spaniole “Aplicaciones Topográficas S.L.”. [51]

Aplicația software LanDTM este utila inginerilor constructori, inginerilor de lucrări de infrastructura și de îmbunătățiri funciare care au nevoie de reprezentări ale terenului la diferite scări pentru realizarea proiectelor în format digital, respectiv pentru extragerea datelor de teren, modelarea curgerii la suprafața ternului, crearea de hărți și modele fizice, analiza terenului, realizarea de profile transversale și longitudinale. [30]

Primele versiuni ale aplicației software au fost realizate de firma “Aplicaciones Topográficas S.L.” din Spania. Ultimele doua versiuni, din martie 2010 și septembrie 2010, sunt rezultatul cooperării dintre firma spaniola și autorul prezentei lucrări. Testările pentru zona tarii noastre au fost realizate prin compararea valorilor obținute cu date reale extrase din proiectul “Eliminarea excesului de umiditate în zona Brateș – Ghelința, județul Covasna.” [31,50] Rezultatele obținute au evidențiat acuratețea datelor obținute prin modelarea cu ajutorul aplicației software LanDTM și de aceea consideram că aplicația este foarte utila pentru studii de fezabilitate și proiecte educaționale. Speram că versiunile viitoare vor oferi în grad de precizie și mai ridicat. [31]

Se știe că modelul digital al terenului DTM, denumit și modelul digital al elevațiilor DEM, este o reprezentare digitala a topografiei terenului, construita de regula pe baza studiilor topografice. Modelul digital al terenului poate fi reprezentat ca o rețea regulata de pătrate sau mai adesea în aplicațiile inginerești ca o rețea neregulata de triunghiuri (TIN), care păstrează datele originale ale punctelor ridicării topografice. Coordonatele punctelor sunt determinate pe baza variatelor surse: digitizate, importate din alte fișiere, introduse manual etc. Calitatea modelului digital al terenului este data de precizia cotelor de nivel în fiecare pixel (precizie absoluta) și de acuratețea de prezentare a morfologiei terenului (precizie relativa). Calitatea modelului digital al terenului este determinata de următorii factori:

– rugozitatea terenului;

– metoda de colectare a datelor privind cotele terenului;

– rezoluția rețelei sau dimensiunea pixel-ului;

– algoritmul de interpolare;

– rezoluția verticala;

– algoritmul de analiza a terenului.

Cea mai recentă versiune a aplicație LanDTM, versiunea 6.1, conține mai multe instrumente pentru reprezentarea modelelor digitale ale terenului nu numai în plan, ci și în diferite sisteme de referința cum este UTM (Universal Transversal Mercator), instrumente grupate în modulul “Informații geografice”.

Editarea setului de informații geografice asociate proiectului

Aceasta parte a aplicației este cea mai noua și cea mai spectaculoasa și poate fi prezentata pe scurt ca o maniera de acces la bazele de date internaționale folosind cele mai cunoscute sisteme de referința, cum este UTM (Universal Transverse Mercator) pentru crearea modelelor digitale ale terenului, în coordonate plan și pe elipsoid.

Figura 4.44 – Reprezentarea prin curbe de nivel a modelului digital al terenului

din perimetrul Brateș-Ghelința

Figure 4.44 – Representation of the Digital terrain model contours for Brates-Ghelința area

Georeferențierea imaginilor satelitare pentru perimetrul Brateș – Ghelința cu ajutorul aplicației LanDTM [31]

Proiectele de îmbunătățiri funciare (desecări – drenaje și irigații) se întind pe suprafețe întinse de teren. Pentru a obține o imagine cât mai clară a locului de amplasare a acestor lucrări și a putea include aceste informații în format digital în proiectul realizat este necesar să stabilim o legătura cât mai precisa intre lucrările din teren și poziția lor reala pe teren. Pentru aceasta sunt necesare aplicații software care să ne permită să realizam cu ușurința o legătura intre sistemul de coordonate local în care a fost realizat proiectul, schița sau imaginea grafica a lucrării și terenul real. Acest lucru se face printr-un proces numit georeferențiere. Pentru a veni în întâmpinarea specialiștilor care realizează lucrări de îmbunătățiri funciare (desecare – drenaj sau irigații) a fost inclus și în aplicația software dezvoltata în colaborare cu firma Aplicationes Topographico din Spania un modul care facilitează aceasta operație. Cu ajutorul acestui modul imaginea inserata în planșa existenta în AutoCAD Civil 3D este scalată în rotita pana ajunge în poziția ei naturala pe care ar fi ocupat-o în teren. In vederea realizării acestui proces este necesar să cunoaștem poziția precisa a doua puncte din imagine și din desenul realizat în AutoCAD, fie în coordonate geografice (latitudine și longitudine), fie în coordonate absolute (XYZ). Daca se cunosc valorile acestor puncte, imaginea este ușor de rotit și de scalat, după cum se poate vedea și în imaginea de mai jos.

Figura 4.45 – Etapa din procesul de georeferențiere cu ajutorul aplicației LanDTM

a unei imagini satelitare a zonei Brateș – Ghelința

Figure 4.45 – Stage of the georeferencing process of satellite images

of the area Brateș – Ghelința, using application LanDTM

Figura 4.46 – Rezultatul procesului de georeferențierea perimetrului Brateș – Ghelința

realizat cu ajutorul aplicației LanDTM

Figure 4.46 – Outcome of the georeferencing process of Brateș – Ghelința area, using LanDTM

Aplicația software LanDTM are o serie de opțiuni pentru exportul modelului digital al terenului și curbelor de nivel în fișiere de format ”.kml” și “.kmz” , fișiere specifice aplicațiilor Google Earth and Google maps. Aceste fișiere pot fi utilizate ca imagini de sine stătătoare sau ca transpunere a proiectului realizat de noi în simulări ale terenului real.

Generarea, editarea și vizualizarea modelelor digitale

LanDTM este o aplicație software care realizeaza modelul digital al terenului (DTM –Digital Terrain Modeling) triangulații utilizând metoda Delaunay și poligoanele Voronoy și construiește curbe de nivel, folosind cele mai noi tehnici de calcul. [30,50]

Acest program este la fel de util pentru un studiu topografic normal, de 1000 sau 2000 de puncte, precum și pentru Fotogrametrie și Cartografie, unde volumul de puncte depășește ușor numărul de sute de mii. Calculul se face utilizând mediul AutoCAD.

Toate datele corespunzătoare unui studiu topografic, se păstrează în fișierul cu modelul digital al terenului DTM, în care avem punctele, liniile, liniile de ruptura, limitele de excluziune și curbele de nivel, în coordonate x, y z, date atât sub forma tabelara cât și grafica.

Aplicația software LanDTM crează modelul digital al terenului intr-un fișier CAD astfel încât toate datele modelului să poată fi ușor accesate pentru a putea fi vizualizate și modificate intr-o modalitate alfanumerica.

În plus, pentru a face mai ușoară calcularea triangulației și curbelor, a fost creat un set de instrumente de editare a triangulației și curbelor, foarte performant, care permite ca orice modificare în AutoCAD să fie actualizata imediat în fișierul DTM.

Curbele de nivel se pot genera imediat după realizarea modelului digital al terenului (DTM), dar se pot genera și ulterior cu ajutorul comenzii „Editare/Creare curbe de nivel”. Pentru aceasta, este necesar să se specifice echidistanta dintre curbele de nivel și numărul de curbe de nivel secundare pe care urmează să le genereze intre fiecare dintre curbele de nivel principale. La finalizarea acestui proces, triangulația TIN (Triangulated Irregular Network) realizata și curbele de nivel generate sunt afișate în fereastra grafica (Figura 4.47). [31]

La schimbarea cotei punctelor în fereastra de date a aplicației trebuie recalculată triangulația. Cu toate acestea, orice triangulație și creare de curbe de nivel, ține câteva secunde, deoarece calculul este extrem de optimizat și s-a constatat că curbele și triangulația pentru 10.000 de puncte este aproape instantanee.

Figura 4.47 – Generarea modelului digital al terenului

și afișarea curbelor de nivel cu ajutorul aplicației LanDTM pentru județul Covasna

Figure 4.47 – Digital terrain model generating and contours display with LanDTM

for Covasna County

In acest fel, modelul digital al terenului obținut cu ajutorul aplicației software prezentate poate fi folosit cu succes la realizarea de proiecte inginerești de amenajarea terenului. Pe baza acestor proiecte se pot realiza estimări rapide legate de volumul de săpătura și umplutură necesar în diferite faze ale proiectului. Aceste estimări fiind destul de exacte permit luarea de decizii adecvate încă din primele faze ale proiectului, când nu sunt disponibile măsurători exacte, iar ridicările topografice sunt la început. Modelul digital al terenului rezultat poate fi exportat și către alte aplicații specializate în proiectarea asistata de calculator pentru a contribui la realizarea de studii de fezabilitate cât mai exacte, asigurând o mai buna planificare a lucrărilor și un mai bun management al resurselor pe toata durata acestor proiecte.

4.3.6. Suita de aplicații de birou OpenOffice

OpenOffice este un pachet de aplicatii software destinat activității de birou. El include atat aplicatii pentru editarea documentelor (Write, Draw, Math), pentru calculul tabelar, pentru realizarea de prezentări (Impress) și pentru gestionarea bazelor de date (DBase).

Suita OpenOffice, versiunea 3.3, este compatibila cu suita de aplicatii de birou Microsoft Office și este principalul concurent al acesteia. Spre deosebite de suita de aplicatii Microsoft Office, OpenOffice este un pachet de aplicatii gratuit, care se poate folosi pentru activități personale, im mediul didactic dar și în mediul de afaceri fără să fie necesara achiziționarea unei licențe. In tabelul de mai jos este prezentata corespondenta dintre aplicațiile incluse în suita OpenOffice și cele incluse în suita Microsoft Office.

Funcțiile aplicațiilor Open Office si MsOffice

Open Office and MsOffice application functions

Tabel nr. 4.10/Table 4.10

Având în vedere avantajele pe care le oferă și luând în considerare faptul că nu implica nici un fel de costuri pentru utilizarea lui, suita de aplicații de birou OpenOfice este indicata pentru utilizarea în mediul educațional, în special în cazurile în care resursele financiare ale unor instituții de învățământ nu permit achiziționarea de suite de aplicatii comerciale.

Suita de aplicatii OpenOffice poate fi descărcată gratuit de la adresa www.openoffice.org. Tot de la aceasta adresa se poate descărca și varianta în limba romana, precum și dicționarul folosit pentru corectarea automata a textelor redactate în limba romana.

In cadrul acestei lucrări, suita de birou OpenOffice a fost folosita pentru redactarea documentelor, pentru realizarea calculelor în format tabelar, pentru realizarea de prezentări electronice și pentru gestionarea bazelor de date asociate fișierelor cu structură shapefile (ESRI).