Обзор средств для автоматизации геодезических вычислений

Оглавление

Введение.

Обзор средств автоматизации

Заключение.

Источники

Введение.

Почему геодезические вычисления необходимо автоматизировать.

Камеральная обработка результатов геодезических измерений является одной из важнейших частей процесса по получению координат пунктов геодезической сети, но это лишь один аспект проблемы. На самом деле, камеральная обработка результатов требуется практически при любых геодезических работах, начиная от работ по строительной геодезии, и заканчивая обработкой измерений в классной триангуляции, полигонометрии, трилатерации, и т.д. Но если при работах строительной геодезии объем работ по камеральной обработке относительно невелик, то при камеральной обработке результатов измерений классной триангуляции, например, да и других высокоточных геодезических работ объем вычислений становится весьма большим. Это связано со спецификой этих работ - высокая точность требует специальных методов как проведения собственно измерений, так и камеральной обработки их результатов применения специальных методов уравнивания, введения большого числа поправок, постоянного прослеживания всех получающихся результатов (в том числе и с целью контроля их правильности) , и т.д. Это, естественно, рождает за собой определенные проблемы, основные из которых - это недопущение ошибок, и длительное время самой обработки из-за ее большого объема. Хотя все процессы обработки построены так, чтобы максимально снизить риск появления ошибок (тут сказывается учет большого опыта геодезистов-процессы построены таким образом, чтобы сразу заметить «неидущий» результат и вовремя найти и исправить ошибку) , но так как все-таки исполнителем работ является человек, то, естественно, нельзя полностью гарантировать совершенное отсутствие ошибок. Конечно, потом они будут обнаружены и исправлены, но сам процесс поиска может занять значительное время. Когда камеральную обработку выполняет человек с большим опытом проведения подобных работ, то риск подобных ошибок снижается, уменьшается и время, требуемое на проведение обработки. Но когда подобную работу выполняет человек, не имеющий подобного опыта, то риск вышеперечисленных ошибок, наоборот, многократно возрастает. Это при том, что камеральная обработка в принципе является достаточно легко формализуемым процессом. В связи с этим встает вопрос об автоматизации геодезических вычислений. В самом деле - не логичнее ли поручить исполнение «механической» работы компьютеру, что даст, во-первых, большую выгоду во времени (мощности современных вычислительных машин легко хватает для выполнения приблизительно двух-трех миллионов операций в секунду легко посчитать, какая получится экономия времени!) , а, во-вторых, это дает некую гарантированность от ошибок в вычисленных попросту говоря, машина никогда не ошибется при выполнении математической операции. (Тут, правда, встает проблема правильности и безошибочности используемого алгоритма, но это тема для отдельной работы.) . На самом деле, практика показала преимущественность подобного подхода, в настоящее время ручная обработка результатов геодезических измерений встречается крайне редко.

Предпосылки к автоматизации геодезических вычислений.

В последние пятнадцать лет развитие электронной техники и технологии можно сравнить с лавинообразным процессом - чем выше настоящий уровень компьютерной технологии, тем, соответственно быстрее идет ее развитие. Это связано с тем, что в данном случае продукты технологии служат одновременно и ресурсом, необходимым для ее развития. Поэтому мы стали свидетелями действительно лавинообразного развития разнообразной электронно-вычислительной техники, увеличения ее мощности, снижением стоимости ее производства и, как следствие всего этого, проникновения ее практически во все сферы жизни общества. Это, естественно, породило проблему прикладного использования, которую можно рассмотреть и в аспекте автоматизации обработки результатов геодезических вычислений.

Вообще-то, персональные компьютеры существуют уже достаточно давно, но если, скажем, в начале восьмидесятых годов еще шла «война» различных платформ, среди которых были PC, Spectrum-совместимые, Macintosh, Commondore, Atari, и прочие, которые (практически все из них тогда) характеризовались весьма небольшим объемом оперативной памяти и невысоким быстродействием, что, естественно, рождало за собой проблему разработки соответствующего программного обеспечения. В принципе, разработка средств для автоматизации геодезических вычислений была возможна и тогда, но это приходилось делать непосредственно на языке программирования (который либо выбирался разработчиком, либо, что совсем уж несерьезно, был аппаратно встроен в систему) . Поэтому разработка более или менее нормальной системы, способной выполнять поставленные задачи, требовала недюжинных программистских навыков. И это при том, что, скорее всего, такая система была способна решать только узкий, определенный еще на этапе создания, круг задач. Кроме того, ограниченность системных ресурсов делала практически невозможным создание действительно универсальной системы, которую можно бы было легко приспосабливать под конкретные задачи, требующиеся для автоматизации, и которая бы обладала «дружественным интерфейсом пользователя» , т.е. такой средой взаимодействия пользователя и программы, которая бы позволяла легко взаимодействовать с программой и «добиваться» от нее нужных результатов. Часто вообще взаимодействие с подобными программами вызывало очень большие трудности, поскольку иногда поменять какие-либо настройки было возможно только через модификацию исходного текста программы, поскольку для создания универсальной и конфигурабельной программы не хватало системных ресурсов, т.е. программа просто не умещалась в памяти компьютера.

И, кроме всего прочего, не было совместимости между платформами, т.е. программное средство, разработанное для какой-то определенной платформы, было просто невозможно использовать, а другой без проведения каких-либо дополнительных работ по конвертации, преобразованию форматов представления данных, и[KL1] пр. Но даже на такой базе стало возможным создание средств автоматизации различных вычислений, в т.ч. и геодезических, потому что компьютер уже являлся средством, возможности которого на порядок превосходили возможности программируемых калькуляторов, не говоря уже о калькуляторах обычных. Разработка средств автоматизации являлась задачей программиста, поэтому для разработки средств автоматизации геодезических вычислений либо геодезист должен был обладать программистскими навыками, либо (что встречалось куда реже) программист- геодезическими, либо программист и геодезист должны были работать в паре, что позволяло программисту под руководством геодезиста создать работоспособную программу для автоматизации. Правда, тогда такие программы все равно не обладали универсальностью, поэтому в те времена широко распространения такие разработки не получили - чтобы эффективно работать с программой, надо было знать ее «изнутри» , что, конечно, было очень неудобно.

С течение времени ситуация постепенно изменялась в лучшую сторону, на рынке персональных компьютеров лидерство постепенно завоевала платформа PC, хотя многие до сих пор не соглашаются с подобным утверждением. Так или иначе, вычислительные мощности многократно возросли, что постепенно позволило создать удобный и завоевавший всеобщую популярность «графический интерфейс» - удобную и интуитивно понятную среду взаимодействия пользователя и программ (вполне наглядным примером которого является завоевавшая всеобщую популярность и получившая широчайшее распространение у нас в стране, да и во всем мире операционная система Microsoft Windows, под управлением которой работает огромное множество программ. Стали также возможны разработки и программные средства, о которых раньше приходилось только мечтать, в том числе и программные средства, предназначенные для автоматизации геодезических вычислений (являющиеся подклассом геоинформационных систем) , в том числе и универсальные средства автоматизации вычислений практически любого рода, каковыми являются электронные таблицы. Более того, работа с подобными средствами разработки теперь многократно упростилась, увеличилась ее эффективность, скорость и качество, и снизилась сложность самого процесса разработки, благодаря чему этот процесс перестал быть неким «таинством» , доступным лишь «посвященным» (программистам) , и стал доступен практически любому человеку. Иными словами, геодезисту теперь не обязательно нужен программист для того, чтобы разработать средство автоматизации, и благодаря такому разделению задач эффективность увеличилась - ведь геодезист знает гораздо лучше, чем программист, каким требованиям должно удовлетворять разрабатываемое средство, поэтому и повысилось качество разработки. Удобство интерфейса сделало такие средства более универсальными - ведь теперь можно не просто написать инструкцию, но и, допустим, снабдить свое средство дополнительными интерфейсными элементами, типа всплывающих подсказок, которые бы появлялись при наведении курсора на нужную клетку таблицы, и содержали бы информацию о том, что за информация содержится в данной клетке (или, например, что надо в эту клетку ввести) .

Таким образом, подводя итог этому вступлению, необходимо сказать о том, что в настоящее время информационные технологии все глубже проникают практически во все сферы общества, и скорость этого процесса все еще возрастает. Поэтому для решения прикладных задач теперь уже решающую роль играет не доступность компьютеров и компьютерных технологий, как всего десять-пятнадцать лет назад, но, скорее, правильность выбора средств для решения конкретных задач, которые должны удовлетворять требованиям учета специфики, но в то же время являться универсальными и простыми в освоении. Поэтому данный обзор, ни в коем случае не претендующий на абсолютную полноту, служит для того, чтобы составить представление о целесообразности выбора того или иного программного средства для автоматизации решения какой-либо конкретной задачи.

Обзор средств автоматизации

Два подхода к автоматизации – использование специализированного программного обеспечения геоинформационных систем (ГИС) и использование универсальных средств (электронных таблиц) в целях автоматизации геодезических вычислений.

Существуют два принципиально различающихся подхода к созданию средств автоматизации геодезических вычислений, отраженные в заголовке. Поэтому при выборе программного обеспечения для разработки какого-либо средства автоматизации вычислений необходимо сделать выбор между двумя этими подходами.

Нужно сразу сказать, что собственно использование специализированного программного обеспечения как таковое не является именно разработкой нового средства автоматизации вычислений, по причине того, что это программное обеспечение само по себе является именно таким средством, которое необходимо лишь должным образом сконфигурировать для выполнения той задачи, которую необходимо решить. Иными словами, нет необходимости разрабатывать алгоритмы обработки результатов измерений, но необходимо лишь правильно использовать изначально заложенные программистами возможности системы для решения конкретной задачи. Но тут как раз и возникает проблема.

Дело в том, что в основном специализированные ГИС изначально предназначаются для решения достаточно узкого круга задач, и расширению поддаются с трудом. Поэтому, если решение данной задачи лежит в пределах возможностей данной ГИС, то тогда задача с использованием ее решается без труда, но если изначально ГИС не создавалась для работы с таким типом задач, то решить задачу с использованием данной системы будет весьма проблематично. Иными словами, например, ГИС, предназначенные для изучения и моделирования структуры рельефа будет весьма сложно, если только вообще возможно, приспособить к решению задач из области обработки результатов измерений строительной геодезии.

Таких проблем не возникает при использовании универсальных средств типа электронных таблиц, потому что в этом случае все алгоритмы работы создаются «с нуля» , что обеспечивает их наилучшую приспособленность к решению возникшей задачи по автоматизации, но возникают проблемы иного характера. Дело в том, что разработка качественного средства автоматизации вычислений – это весьма трудоемкий процесс, занимающий иногда достаточно много времени. Конечно, оно потом окупается, но только при достаточно большом объеме вычислительных работ подобного типа, а при решении единичной задачи иногда оказывается быстрее, как ни крамольно это звучит, подсчитать требуемые результаты вручную.

Поэтому необходимо четко представлять возможности различных геоинформационных систем для того, чтобы отдать предпочтение той или иной из них при решении конкретной задачи, а если среди них не окажется нужной, то тогда средство необходимо разработать вручную, если это оправдано с точки зрения затраченного времени.

Краткий обзор средств автоматизации, основанных на использовании специализированных ГИС. Требования, предъявляемые к ним.

Использование специализированных ГИС позволяет сократить время, требуемое для проведения расчетов в процессе камеральной обработки и многократно увеличить надежность и безошибочность вычислений.

Появление электронных геодезических приборов привело к возможности существенного изменения методик полевых работ при выполнении топографических съемок различного назначения. Сегодня электронные тахеометры и спутниковые геодезические системы обеспечивают требуемую точность измерений для большинства видов работ. Неотъемлемой частью современных приборов является наличие устройств для регистрации измерений. Это позволяет полностью отказаться от записи результатов измерений в полевые журналы. Ясно, что автоматическая регистрация данных в поле становится практически бессмысленной, если данные обрабатываются без использования соответствующего программного обеспечения. В связи с этим большинство компаний, поставляющих геодезическую технику, предлагают не поставку отдельных приборов, а внедрение законченных технологий. Заметим, что производители приборов тоже переходят к поставке технологий. Например, фирма Spectra Precision в рамках концепции IS™ (Integrated Surveying - Интегрированные Съемки) начала распространение пакета программ GeoTool, полный набор модулей которого позволит выполнять работы от импорта данных до проектирования сооружений и выноса проектов в натуру.  Но именно здесь и кроется еще одна проблема - ведь приобретя технологию, компания оказывается «привязана» к ней, и вынуждена использовать приборы одной и той же фирмы, а также обращаться к ней за обновлениями, потому что очень часто переход на технологию другой фирмы может обойтись намного дороже, чем продолжение использования уже купленной и освоенной. Поэтому предлагается краткий обзор некоторых программных продуктов для обработки результатов геодезических измерений.

Критерии включения в обзор

Параллельно с эволюцией вычислительной техники шло развитие программ обработки геодезических измерений. Большинство подразделений бывшего ГУГК и проектно-изыскательских организаций самостоятельно разрабатывали те или иные программы. Отличительными особенностями таких программ является их ориентированность на решение задач той организации (а зачастую даже подразделения организации) , для которой они созданы. Обычно они разрабатывались и поддерживались собственными отделами автоматизации. Подавляющее большинство таких «ведомственных» программ не были ориентированы на работу с накопителями электронных приборов просто из-за их недоступности. Большинство таких программных продуктов не стали коммерческими и прекратили свое развитие. Поэтому в настоящем обзоре они не рассматриваются.

Сегодня на рынке геодезических технологий России присутствует небольшое (по сравнению с рынком ГИС-приложений) количество программных продуктов. Реально распространяются и поддерживаются, пожалуй, только продукты Caddy фирмы Ziegler (Германия) , «Кредо-Диалог» (Белоруссия) , «Топоград» (Украина) , Topocad фирмы SMT Datateknik (Швеция) и FieldWorks корпорации Intergraph. Скорее всего, этот список неполный, однако информация именно об этих продуктах в той или иной форме распространяется среди потенциальных пользователей.

Выделенные таким образом продукты можно в свою очередь разделить по используемым операционным системам. По всей видимости, 32-ти разрядные MS Windows 95 и NT становятся наиболее популярными и распространенными операционными системами. Преимущества многозадачных операционных систем Windows с их единым пользовательским интерфейсом, возможностью обмена данными между различными приложениями, простотой подключения периферийных устройств, совершенными справочными системами, руссификацией и т.д. привлекают все большее количество пользователей в России. Из приведенного выше списка приложением для Windows является только Topocad. Пакет FieldWorks является приложением интегрированной графической среды MicroStation, которая в свою очередь работает с Windows 95 и NT. Разработчики пакета «Топоград» только предполагают выпустить версию для Windows в 1997 году. Работы по переводу Caddy и «Кредо-Диалог» под Windows пока не ведутся.

Поэтому в настоящем обзоре остановимся только на программных продуктах Topocad и FieldWorks.

Требования к геодезической программе.

Прежде чем перейти к обсуждению программных продуктов, необходимо выделить возможности, которые должны быть реализованы в топографических пакетах.

•Импорт данных из полевых накопителей электронных тахеометров или полевых компьютеров. Желательна поддержка форматов различных фирм. Данные можно импортировать непосредственно через последовательный порт компьютера или считывать из текстового файла соответствующего формата. Хотя производители приборов практически всегда предлагают необходимые интерфейсы для формирования текстовых файлов результатов измерений на диске компьютера, представляется полезной поддержка обеих возможностей импорта. Необходимо также иметь средства для редактирования полевых измерений.

•Обеспечение импорта координат точек местности, полученных спутниковыми методами. Постепенно такие методы начинаются использоваться при выполнении крупномасштабных съемок. Обычно для вычисления координат используется программное обеспечение, входящее в комплект спутниковой аппаратуры. Однако предлагаемые производителями GPS-аппаратуры «картографические» программы в большинстве случаев не позволяют обрабатывать результаты наземных измерений, без которых трудно обойтись при съемке.

•Обработка результатов измерений в сети обоснования. Наиболее популярными способами построения обоснования на сегодняшний день являются пространственная полигонометрия и различного рода засечки. Полезной представляется возможность автоматического вычисления координат точек обоснования, контроль грубых ошибок, уравнивание и оценка точности. Контроль грубых ошибок по-прежнему весьма важен, поскольку даже при наличии автоматической регистрации результатов измерений остается вероятность ошибочного кодирования точек, неточного центрирования и измерения высот прибора и визирных целей.

•Вычисление прямоугольных координат пикетов по результатам полярных измерений. Большинство электронных тахеометров позволяют вычислять и записывать в память прямоугольные координаты непосредственно в поле.

•Средства графического редактора и структурирования графических объектов, например, размещение объектов в различных слоях. При этом наличие многих функций мощных графических редакторов, например пространственная визуализация и т.д., необязательно.

•Наличие библиотеки российских условных знаков и возможность создания собственных символов.

•Построение и редактирование моделей рельефа и горизонталей.

•Вывод графики на внешние устройства и экспорт данных в другие системы. Необходимость вывода построенных планов на плоттеры не вызывают сомнений. Зачастую именно необходимость создания качественных «твердых» копий является главной причиной внедрения автоматизированных технологий. Однако практически всегда создание топографического плана не является самоцелью, план содержит необходимую информацию для проектирования инженерных сооружений, информационных систем и т.д. В законченных цифровых технологиях эти задачи решаются программными средствами. Ясно, что специализированный топографический пакет вовсе не обязан содержать средства, например, для проектирования дренажных систем. Однако обеспечение экспорта моделей местности для дальнейшей обработки должно быть обязательно.

Основные характеристики Основные параметры включенных в настоящий обзор пакетов программ приведены в таблице.

* реализация в версии 3.0 апрель 1998.

** Функции позволяют автоматически построить по серии точек с одинаковыми кодами прямоугольник, дугу, окружность, определить координаты недоступной точки по вехе с двумя отражателями.

*** Пользователю абсолютно недоступны средства MicroStation, даже элементарные (построение линий, текста и т.д.) . Все графические построения выполняются автоматически по кодам точек.

По приведенным данным можно сделать вывод, что пакет TopoCad является вполне универсальным средством для проведения топографических работ. Пакет недорогой и простой в изучении. Может быть рекомендован для оперативной обработки данных в полевых подразделениях и окончательного оформления моделей. Основной принцип FieldWorks готовая модель местности по кодам. Построение контурной части и модели рельефа выполняются изменением управляющих кодов. Система управляющих кодов очень мощная и позволяет обойтись без построения графики с помощью мыши. Для подключения условных знаков и типов линий доступны все ресурсы MicroStation. Это более мощный, но и более сложный пакет. Может быть рекомендован для камеральных подразделений достаточно крупных организаций.

Но, вновь обращая внимание на то, что рассмотренные программные средства ориентированы на производственно-научную работу, но по сути представляют из себя готовые технологии, позволяющие автоматизировать вообще большую часть цикла, начинающегося от производства полевых работ, и заканчивающегося созданием готовой карты, которую можно распечатать на соответствующем устройстве.

Это, конечно, является очень удобным при решении задач именно такого плана, но, напротив, создает трудности, когда решаемая задача «выбивается» из этих рамок. Поэтому становится необходимым рассмотреть универсальные средства автоматизации, позволяющие решать задачи в принципе любого профиля, какими являются универсальные электронные таблицы.

Программа Microsoft Excel. Краткое описание возможностей.

Сложившаяся ситуация такова, что наибольшее распространение в России получили программные продукты корпорации Microsoft. Отвлекаясь от других аспектов данной темы, тем не менее необходимо сказать, что это создает некую универсальность в их применении, или даже некий необъявленный стандарт, т.к. программные продукты этой корпорации сейчас можно найти практически на любом компьютере, а следовательно, совместимость будет обеспечена. К тому же продукция Microsoft являет собой весьма универсальные средства, которые можно использовать для решения очень многих задач, и кроме того, весьма высока степень интеграции между продуктами, что и обуславливает их популярность в том числе.

В пакет Microsoft Office, работающий под управлением операционной системы Microsoft Windows, входит, в том числе, и мощное средство разработки электронных таблиц Microsoft Excel. (Кстати, нужно сказать, что хотя и существуют другие средства разработки электронных таблиц и автоматизации вычислений, но они, во-первых, встречаются крайне редко (скажем, во внутрифирменном использовании какой-либо компании для своих специфических нужд, а во-вторых, как уже было сказано, продукты Microsoft стали практически стандартом де-факто, чему способствовала и их большая универсальность) . Таким образом, именно Microsoft Excel был выбран мной для разработки средства автоматизации расчетов в лабораторной работе «Предварительные вычисления в триангуляции» . Поэтому другие средства построения электронных таблиц здесь не рассматриваются, но зато уделяется внимание некоторым специфичным средствам Excel.

Возможности EXCEL очень высоки. Обработка текста, управление базами данных - программа настолько мощна, что во многих случаях превосходит специализированные программы-редакторы или программы баз данных. Такое многообразие функций может поначалу запутать, чем заставить применять на практике. Но по мере приобретения опыта начинаешь по достоинству ценить то, что границ возможностей EXCEL тяжело достичь. За 14-летнюю историю табличных расчётов с применением персональных компьютеров требования пользователей к подобным программам существенно изменились. В начале основной акцент в такой программе, как, например, VisiCalc, ставился на счётные функции. Сегодня положение другое. Наряду с инженерными и бухгалтерскими расчетами организация и графическое изображение данных приобретают все возрастающее значение. Кроме того, многообразие функций, предлагаемое такой расчетной и графической программой, не должно осложнять работу пользователя. Программы для Windows создают для этого идеальные предпосылки. В последнее время многие как раз перешли на использование Windows в качестве своей пользовательской среды. Как следствие, многие фирмы, создающие программное обеспечение, начали предлагать большое количество программ под Windows.

Окно EXCEL.

Окно Excel содержит множество различных элементов. Некоторые из них присущи всем программам в среде Windows, остальные есть только в окне Excel. Вся рабочая область окна Excel занята чистым рабочим листом (или таблицей) , разделённым на отдельные ячейки. Столбцы озаглавлены буквами, строки - цифрами. Как и во многих других программах в среде Windows, вы можете представить рабочий лист в виде отдельного окна со своим собственным заголовком - это окно называется окном рабочей книги, так как в таком окне можно обрабатывать несколько рабочих листов. На одной рабочей странице в распоряжении будет 256 столбцов и 16384 строки. Строки пронумерованы от 1 до 16384, столбцы названы буквами и комбинациями букв. После 26 букв алфавита колонки следуют комбинации букв от АА, АВ и т.д. В окне Excel, как и в других программах под Windows, под заголовком окна находится строка меню. Чуть ниже находятся панели инструментов Стандартная и Форматирование. Кнопки на панели инструментов позволяют быстро и легко вызывать многие функции Excel. Оформление рабочих листов. Выбор шрифта. Изменить тип, размер шрифта или исполнение текста можно выделив соответствующие ячейки и открыв меню Формат. Выбрав команду Ячейки вменю Формат. После этого на экране появится диалог в котором будут указаны различные шрифты. Можно выбрать любой шрифт из списка предложенных. При выборе шрифта можно просматривать его начертание в окне пример. Для выбора типа шрифта, его размера и стиля можно использовать поля и кнопки, расположенные на панели инструментов. Типы шрифтов. В настоящее время для оформления таблиц и документов используется большое количество шрифтов. Один из главнейших факторов, который необходимо принимать во внимание, - это разборчивость текста, оформление тем или иным шрифтом.

Стили.

Наряду с выбором типа шрифта и его размера можно выбрать стиль шрифта: курсив, полужирный или с подчёркиванием. Используют эти стили только для выделения важной информации в тексте документов и таблиц.

Цвета и узоры.

В Excel можно выделить в таблице некоторые поля с помощью цвета и узора фона, чтобы привлечь к ним внимание. Это выделение надо использовать осторожно, чтобы не перегрузить таблицу. Выберите вкладку Вид в диалоге Формат ячеек. Здесь для выделенных ячеек можно выбрать цвет закраски с помощью палитры. Форматирование чисел. Если нужно, чтобы записи превратились в удобный документ, следует произвести форматирование чисел в ячейках. Проще всего форматируются ячейки, куда заносятся денежные суммы. Для этого нужно выделить форматируемые ячейки. Затем выбрать команду меню Формат - Ячейки, а в появившемся диалоге - вкладку Число. Выбирается в группе слева строку Денежный. Справа появится несколько возможных вариантов форматов чисел. Формат числа определяется видом цифрового шаблона, который может быть двух видов: Чтобы лучше понять их назначение, рассмотрим варианты форматирования числа 13. В первой колонке взяты шаблоны форматов, как в поле Коды формата. Во второй колонке вы видите, как будет выглядеть число в результате форматирования. Формат Результат #. ###, ## 13 0.000,00 0.013,00 #. ##0,00 13,00

Если в качестве цифрового шаблона используется ноль, то он сохранится везде, где его не заменит значащая цифра. Значок номера (он изображен в виде решетки) отсутствует на местах, где нет значащих цифр. Лучше использовать цифровой шаблон в виде нуля для цифр, стоящих после десятичной запятой, а в других случаях использовать "решетку". Если вы оперируете числами, где больше двух разрядов после запятой и цифры в них не равны нулю, то происходит округление в большую или меньшую сторону. Точно так же Excel округляет дробные числа, которые форматировали как целые, т.е. без разрядов после запятой. Округляются, однако, только числа, которые выводятся на экран, в расчетах используются точные значения. В поле Коды формата можно выбрать вариант задания сумм, которые идут "в минус": наряду с обычным минусом их можно выводить красным, что часто используется при оформлении бухгалтерской документации.

Проверка орфографии.

В пакете Excel имеется программа проверки орфографии текстов, находящихся в ячейках рабочего листа, диаграммах или текстовых полях. Чтобы запустить её нужно выделить ячейки или текстовые поля, в которых необходимо проверить орфографию. Если нужно проверить весь текст, включая расположенные в нем объекты, выберите ячейку, начиная с которой Excel должен искать ошибки. Далее нужно выбрать команду Сервис Орфография. Потом Excel начнет проверять орфографию в тексте. Можно начать проверку при помощи клавиши F7. Если программа обнаружит ошибку или не найдет проверяемого слова в словаре, на экране появится диалог Проверка Орфографии.

Операторы.

Все математические функции описываются в программах с помощью специальных символов, называемых операторами. Полный список операторов дан в таблице.

Оператор Функция

Пример

Арифметические операторы - 10 + сложение =A1+1 вычитание =4-С4 * умножение =A3*X123 / деление =D3/Q6 % процент =10%

Операторы связи: диапазон =СУММ(A1: C10) ; объединение =СУММ(A1;A2;A6)

Текстовый оператор соединения & соединение текстов

Текстовый оператор соединения предназначен для того, чтобы при создании образца документа не вносить, например, каждый раз вручную, даты - программа сама будет обращаться к ячейке, в которой проставили дату.

Перевычисление рабочих листов.

По умолчанию при вводе, редактировании формул или при заполнении формулами ячеек все вычисления формул в рабочем листе происходят автоматически. Однако, при сложных интеграционных расчетах это может занять продолжительное время, поэтому можно отменить автоматическое вычисление. Для этого нужно выбрать команду меню Сервис - Параметры, далее в появившейся вкладке Вычисление выбрать опцию Вручную и установить переключатель Перевычислять перед сохранением. После этого все вычисления в рабочем листе будут происходить только после нажатия клавиши Вычислить.

Функции Excel.

Функции призваны облегчить работу при создании и взаимодействии с электронными таблицами. Простейшим примером выполнения расчетов является операция сложения. Воспользуемся этой операции для демонстрации преимуществ функций. Не используя систему функций нужно будет вводить в формулу адрес каждой ячейки в отдельности, прибавляя к ним знак плюс или минус. В результате формула будет выглядеть следующим образом: =B1+B2+B3+C4+C5+D2 Заметно, что на написание такой формулы ушло много времени, поэтому кажется, что проще эту формулу было бы легче посчитать вручную. Чтобы быстро и легко подсчитать сумму в Excel, необходимо всего лишь задействовать функцию суммы, нажав кнопку с изображением знака суммы или из Мастера функций, можно и вручную впечатать имя функции после знака равенства. После имени функций надо открыть скобку, введите адреса областей и закройте скобку. В результате формула будет выглядеть следующим образом: =СУММ(B1: B3;C4: C5;D2) Если сравнить запись формул, то видно, что двоеточием здесь обозначается блок ячеек. Запятой разделяются аргументы функций. Использование блоков ячеек, или областей, в качестве аргументов для функций целесообразно, поскольку оно, во первых, нагляднее, а во вторых, при такой записи программе проще учитывать изменения на рабочем листе. Например нужно подсчитать сумму чисел в ячейках с А1 по А4. Это можно записать так: =СУММ (А1;А2;А3;А4) Или то же другим способом: =СУММ (А1: А4) Создание диаграмм.

Работать с электронными таблицами само по себе большое удовольствие, но если бы удалось превратить сухие столбцы чисел в наглядные диаграммы и графики. Такую возможность дает Excel. В Excel есть два различных способа сохранения в памяти диаграмм, составленных по вашим числовым данным: это, во-первых, "внедрённые" диаграммы и, во-вторых, "диаграммные страницы". Внедрённые диаграммы представляют собой графики, наложенные на рабочую страницу и сохраняемые в этом же файле; в диаграммных страницах создаются новые графические файлы. Создать внедренную диаграмму проще всего с помощью Мастера диаграмм, составляющего часть пакета Excel. Панель инструментов диаграмм. Диаграммы можно создавать не только с помощью Мастера диаграмм. Также это можно делать и другим способом -даже более быстро- с помощью панели инструментов Диаграмма. Включить изображение этой панели на экране модно с помощью меню Вид - Панели инструментов. Пример: Введём любые данные, на основе которых можно построить диаграмму. Выделяем данные и нажимаем на панели инструментов кнопку с изображением стрелки, направленной вниз, чтобы открыть список типов диаграмм. Выбрав тип диаграммы и задав в рабочем листе прямоугольник необходимого размера, запускаем мастер диаграмм. Если нужно создать диаграмму на отдельном листе, то надо выбрать строку Диаграмма в поле Создать. После короткого диалога с Мастером диаграмм будет создан отдельный рабочий лист.

Диаграммы-торты.

Обычно таким наглядным представлением данных пользуются, когда надо показать составляющие доли в процентах от целого. Создать её на экране можно, также как и диаграмму любого другого типа, с помощью мастера диаграмм. Профессиональное оформление.

Для оформления документов Excel предлагает кроме графиков и диаграмм возможность создавать другие графические объекты, например вычерчивать на экране, а потом распечатывать прямоугольники, эллипсы, прямые и кривые линии, дуги и др. Можно также выполнить рисунки с помощью отдельных графических объектов, что никто не будет подозревать, что они выполнены с помощью Excel, а не специально графического редактора. Для создания рисунков предназначены кнопки, расположенные на панели инструментов Рисование. Включить изображение этой панели на экране можно с помощью кнопки, которая находится на панели инструментов Стандартная.

Обмен данными.

Во всех программах, написанных для операционной системы Windows, пользователь может пользоваться ее буфером обмена(Clipboard) , он представляет особую область памяти, предоставляемый операционной средой в распоряжение различных программ. Используя буфер, можно, работая например в Excel, прерваться и практически мгновенно перейти в другую программу, которую Windows держит для вас наготове. Причем независимо от текущей программы переход осуществляется с помощью одной и той же команды. Для этого нужно выделить соответствующие ячейки. Занести данные в буфер, используя для этого команду меню Правка - Копировать, либо комбинацию клавиш Ctrl+C. Теперь либо сам Excel, либо иная программа может вынуть данные из буфера с помощью команды меню Правка - Вставить или одной из двух комбинаций клавиш: Shift+Insert или Ctrl+V.

Текстовый редактор Word для Windows.

Из буфера обмена данные поступают в Word для Windows в виде таблицы. Эта программа понимает все форматы Excel. Гарнитура и размеры шрифта также сохраняются в неизменном виде. Используя меню обработки таблиц текстового редактора можно обрабатывать в нем данные.

Экспорт.

Excel может хранить рабочие листы в памяти в различных форматах. Чтобы задать свой формат, нужно выбрать команду меню Файл Сохранить как, где есть поле Тип файла. Там имеется список форматов, в которые Excel может преобразовать свои файлы.

Конечно, далеко не всегда при разработке средств автоматизации геодезических вычислений могут понадобиться все средства MS Excel, так как программа содержит чрезвычайно большое количество функций и возможностей, начиная от работы со статистическими данными, и заканчивая работой с построением графиков и диаграмм, что скорее нужно в делопроизводстве или бухгалтерии. Но полностью отметать использование их нельзя, так как дополнительные возможности программы не только не мешают, но иногда могут быть использованы самым неожиданным способом, так, например, мой знакомый, используя исключительно средства построения графиков и диаграмм MS Excel, создал таблицу, которая автоматизировала построение модели рельефа, полученной по результатам нивелирной съемки местности способом «по квадратам» .

Краткое описание электронной таблицы, автоматизирующей выполнение лабораторной работы «Предварительные вычисления в триангуляции» .

Довольно большой объем однообразных вычислений, требующийся для выполнения данной работы, натолкнул меня на мысль сделать электронную таблицу, которая бы позволила автоматизировать данный процесс. Кроме того, несмотря на то, что исходные данные в каждом варианте были различны, но их количество и структура была неизменной - одинаковое число пунктов и одинаковое их расположение. Для решения такой задачи очень хорошо подходила программа MS Excel, тем более что данные представлены в таблицах. Следовательно, задача свелась лишь к формализации процесса вычислений, т.е. необходимо было создать совокупность электронных таблиц, которые внешне выглядели бы точно так же, но вычисления – автоматизированы. Эта задача решается просто записыванием соответствующих формул в соответствующие ячейки, где производилась бы обработка данных, которые программа взяла бы из других ячеек (с исходными данными, куда необходимо их ввести вручную) .

Например, таблица 1, «Вычисление дирекционных углов и длин сторон между исходными пунктами» , выглядит так: Как видно, таблица почти полностью дублирует таблицу, взятую из «методических указаний» , только имеется лишний столбец (пустой) между колонками «Румб» и «Градусы» , который нужен для записи промежуточных результатов. Дело в том, что все-таки изначально Excel не предназначался для работ в геодезической сфере, поэтому в нем нет встроенных форматов представления результатов угловых измерений. Впрочем, они достаточно легко реализуются вручную, но, скажем, для записи величины угла в формате «градусы, минуты, секунды» требуется не один столбец таблицы, а три, соответственно, доступ к этим данным тоже осуществляется раздельно. Для решения этой проблемы пришлось делать структуру, которая переводит величину в градусах (десятичные доли) в требуемый формат, отбрасывая сначала величину десятых долей и устанавливая количество целых градусов, а после переводя десятичные доли градуса в минуты и секунды. Для примера, формулы, записанные в ячейках: H4 =ОТБР(G4) – целое число градусов I4 =ОТБР((G4-H4) *60) – целая часть произведения из десятичных долей градусов, умноженных на 60, т.е. целое число минут J4 =ОКРУГЛ((G4-H4-(I4/60) ) *3600;2) – произведение из исходной величины градусов минус целое число градусов минус только что вычисленное целое число минут, деленное на 60, умноженное на 3600 и округленное до двух знаков после запятой = число секунд, вычисленное с точностью до 2-х знаков после запятой.

В этой версии таблицы применены русские названия формул (хотя мне такое решение представляется весьма и весьма спорным – ведь это как бы нарушение международного стандарта) , так что формула в ячейке H4 означает «взять целую часть числа, находящегося в ячейке G4 (причем столбец G4 не виден – он скрыт. Это решение применено для удобства – дело в том, что совокупность формул в ячейках H4: J11 является такой, чтобы перевести в формат «градусы, минуты, секунды» любое число, находящееся в соответствующей ячейке столбца G4, и между собой этот диапазон связан относительными ссылками, т.е. при «переброске через буфер» (копировании в буфер и вставке из него) координаты ячеек будут пересчитаны (эту функцию Excel выполняет автоматически) , т.е. будет преобразовано в формат «градусы, минуты, секунды» любое число, находящееся в соответствующей строке столбца, соответствующего столбцу G4 в данном примере. Это очень удобно, но требует того, чтобы работа проводилась с ссылками на соответствующие значения, которые нужно преобразовать в формат «градусы, минуты, секунды» , причем столбец, содержащий ссылку, можно сделать скрытым, как в данном примере.

Или еще пример: S4 =ОКРУГЛ(КОРЕНЬ(СТЕПЕНЬ(B5-B4;2) +СТЕПЕНЬ(C5-C4;2) ) ;

2) Таким вот непривычным способом записывается теорема Пифагора.

СТЕПЕНЬ(B5-B4;2) означает квадрат разности значений, записанных в B5 и B4 (это как раз исходные координаты) , двойка-это показатель степени.

КОРЕНЬ – это извлечение квадратного корня из аргумента в скобках.

ОКРУГЛ – это округление результата до второго знака после запятой.

На приведенных примерах хорошо виден принцип работы электронных таблиц – они просто выполняют то, что записано в их ячейках. Преимуществом по сравнению с разработкой на языках программирования является наглядность и высокая степень конфигурабельности, а также легкость редактирования и модификации.

По такому принципу создана вся так называемая “книга MS Excel» – совокупность электронных таблиц, которые в этом случае называются «листами» . Каждый лист содержит отдельную таблицу, которая (в основном) данные для своей работы берет из предыдущих листов, что реализовано с помощью механизма «ссылок» – метода, при помощи которого ячейка одного листа в книге ссылается на значение ячейки другого листа этой же самой книги.

Нет нужды описывать подробным образом каждую таблицу данной книги, потому что принцип работы остается одинаковым, но необходимо сказать о существенных недостатках такого подхода. Во-первых, ссылки могут быть многократными, т.е. на ячейку, содержащую ссылку, в свою очередь ссылается другая ячейка и т.д. Это, с одной стороны, создает удобство работы, так как для исходных данных последующей таблицы можно брать предыдущую, не задумываясь, содержит ли она ссылки или нет, а не искать ту клетку, где хранятся исходные данные, а с другой стороны, такой подход затрудняет поиск ошибок, так как для поиска ошибки в цепи, содержащей ссылки, необходимо проследовать по ней до самого начала, прослеживая заодно взаимодействия этой цепи с другими элементами книжки, что при большом объеме таблицы может быть весьма затруднительно.

Другой минус подобной реализации – это то, что все-таки Excel не имеет достаточно удобных конструкций, необходимых для реализации базовых алгоритмов, как то: следование, развилка, цикл. Скажем, выбор из двух сценариев вычисления (что необходимо, когда, например, получается число градусов больше 360–ти, такая ситуация не представляет никаких трудностей для человека, но не для компьютера!) представляет собой не очень просто реализуемую задачу, она, будучи по сути простейшей, приводит к появлению, например, таких формул: =ЕСЛИ(СУММ(D10: D12) +ОКРУГЛВНИЗ(СУММ(E10: E12) /60;0) >=60; ЕСЛИ(СУММ(D10: D12) +ОКРУГЛВНИЗ(СУММ(E10: E12) /60;0) >=120;СУММ(D10: D12) +ОКРУГЛВНИЗ(СУММ(E10: E12) /60;0) -120;СУММ(D10: D12) +ОКРУГЛВНИЗ(СУММ(E10: E12) /60;0) -60) ;СУММ(D10: D12) +ОКРУГЛВНИЗ(СУММ(E10: E12) /60;0) ) Данная формула представляет собой как раз выбор из двух сценариев вычислений, в зависимости от числа секунд и минут в соответствующих ячейках, учитывающий все варианты.

Ясно, что работать с такого рода формулами очень неудобно.

Направления усовершенствования. Язык Visual Basic.

Хотя разработанная таблица и справляется с поставленной задачей, тем не менее существует ряд моментов, которые хотелось бы улучшить. Это – избавиться от структур, описанных в конце предыдущего параграфа, сделает выбор сценария решения понятным и удобочитаемым, а в далекой перспективе – даже расширить данную таблицу таким образом, чтобы появилась возможность работы не с фиксированным количеством точек, а с произвольным, задавая их количество. Данная задача является очень трудоемкой и требует хорошего знания особенностей программирования на встроенном в MS Excel язык программирования Visual Basic.

Это в принципе объектно-ориентированное расширение обычного языка Basic, с очень большим числом новых функций и методов, призванных помочь в решении самых разнообразных задач любой сложности. Интеграция языка программирования и электронной таблицы предоставляет широчайшие возможности, ведь в числе предоставляемых средств есть и средства доступа к значениям клеток электронной таблицы, и даже доступ к их свойствам. Так, например, создается макрос – определенная последовательность инструкций, которая выполняется или сразу при загрузке документа, или же при выборе из меню «Сервис-Макрос-Макросы-Выполнить» (альтернативный вариант – нажать клавишу F8) , и при своем выполнении макрос, допустим, опрашивает пользователя, сколько пунктов, каково их взаимное расположение, и т.д., после чего, используя собственные средства доступа к значениям клеток таблицы, генерирует нужную структуру. Например, подпрограмма Sub MyInput() With Workbooks("Book1") . Worksheets("Sheet1") . Cells(1,1) . Formula = "=SQRT(50) " With. Font. Name = "Arial". Bold = True. Size = 8 End With End With End Sub в результате своего выполнения запишет в клетку A1 (или 1,1 в данном формате записи) листа «Sheet1” книги с названием “Book1” формулу “=SQRT(50) » , т.е. квадратный корень из 50-ти, а результат будет записан утолщенным шрифтом Arial размера 8.

К сожалению, процесс создания действительно универсального средства автоматизации вычислений является чрезвычайно трудоемким и длительным, что делает его создание задачей не одного программиста, но какой-либо фирмы, специализирующейся на разработке программного обеспечения. И, как уже было сказано выше, для подобных задач гораздо более целесообразно использовать специализированные ГИС, разработанные специализирующимся на выпуске подобных продуктов фирмами. А в практической работе, когда таких задач не ставится, как, например, в данном случае, применение Visual Basic в принципе целесообразно ограничить созданием макросов для упрощения вычисления некоторых частей таблицы, когда напрямую (через запись формул в ячейки) требуемый результат трудно достижим, или его восприятие затруднено. Но при этом не следует забывать, что использование макросов ухудшает понятность таблицы и делает ее модификацию более сложной, так как макрос в принципе является некоторым кодом, написанным на языке программирования, следовательно, для эффективной работы с ним необходимо обладать программистскими навыками и, кроме того, знать специфику данного языка программирования, хорошо ориентироваться в свойствах и методах объектов, и четко представлять себе результат выполнения той или иной инструкции. Все это делает задачу создания сложных макросов задачей скорее программистов, нежели геодезистов, так как освоение языка программирования требует некоторого, порой весьма значительного времени, и специальных знаний. Правда, использование справочной системы облегчает задачу.

Из этого можно сделать вывод, что наиболее эффективным средством самостоятельной разработки системы, автоматизирующей нужные вычисления, является сочетание средств, предоставляемых собственно электронными таблицами и средств, предоставляемых языками программирования. В этом и нужно видеть основные направления усовершенствования данной работы.

Заключение.

Автоматизация геодезических вычислений – плюсы и минусы.

В заключение данной работы необходимо еще раз обратить внимание на такой важный аспект проблемы, как плюсы и минусы автоматизации. Казалось бы, что здесь нет никакой проблемы, ведь, как неоднократно было сказано выше, автоматизация позволяет многократно увеличить производительность работ по обработке вычислений за счет увеличения скорости их выполнения, и во много раз сократить вероятность появления любых ошибок в процессе камеральной обработки. Алгоритмы, которые используются при разработке средств автоматизации, многократно проверяются (по крайней мере, должны) в процессе разработки на наличие скрытых ошибок, что позволяет довести надежность процесса вычислений до необходимого уровня. Поэтому автоматизация на первый взгляд кажется почти абсолютным благом, которое необходимо применять везде и всюду. Ведь никто не спорит, что сокращение затрат времени на производимую работу увеличивает ее эффективность, тем более при сохранении (и даже более того - возрастании, как в данном случае) качества производимой работы. Но что, в сущности, происходит на самом деле?

Дело все в том, что при применении готовых технологий процессы получения требуемых результатов вообще автоматизированы почти что до предела – съемка местности, запись результатов, произведение камеральных работ происходи автоматически, желательно с минимальным участием человека. Поэтому становится нормальным такое положение дел, при котором исполнитель работ не понимает сущности того, что он делает, а только хорошо и четко знает алгоритм действий, подлежащих выполнению с его стороны. Говоря проще, знает, какую и когда кнопку нажать, чтобы в конечном итоге получился требуемый результат.

Не рискуя заявить о том, что подобное положение вещей является неудовлетворительным (хотя бы потому, что оно имеет место быть) , тем не менее нужно обратить внимание на опасности данного подхода. Ведь риск получения неправильного результата возрастает при отсутствии понимания сути работы исполнителем, иными словами, не всегда бывает полностью безопасно полагаться на приборы. Хотя противники данной точки зрения и говорят, что в таком случае, допустим, и программист не может полагаться на компьютер, поскольку не понимает полностью сути происходящих в нескольких миллионах транзисторов центрального процессора процессов, тем не менее, необходимо не забывать о данном аспекте проблемы.

При самостоятельной разработке подобных средств автоматизации подобных проблем не должно возникать, потому что для того, чтобы создать функционирующую таблицу, автоматизирующую вычисления, необходимо как минимум хотя бы приблизительно представлять себе суть происходящего. Но однажды разработанное, проверенное и функционирующее средство в процессе его эксплуатации по прямому назначению позволит даже разработчику со временем надежно забыть, как там что вычисляется и почему. Несмотря на это, результаты будут по-прежнему правильными!

Но, конечно, было бы абсурдом не использовать средства автоматизации, мотивируя это такими доводами. Просто необходимо разграничить сферы применения тех или иных средств автоматизации в зависимости от решаемых задач.

Необходимость автоматизации.

Подводя краткий итог всему вышесказанному, можно сделать вывод, что в целом автоматизация геодезических вычислений необходима в различных областях, связанных с геодезией. Предпосылки этому создает тотальная продолжающаяся информатизация практически всех сфер функционирования общества, а также повышающаяся доступность компьютерных технологий и снижение стоимости их производства. В геодезии автоматизация необходима в первую очередь, потому что позволяет решать практические задачи самого различного характера с большей эффективностью и производительностью, а также увеличивает скорость выполнения и себестоимость работ по камеральной обработке результатов съемок.

Средства автоматизации делятся на два различных класса – первые (специализированные ГИС) позволяют решать широкий круг часто встречающихся практических задач, и представляют собой программно-аппаратные комплексы, позволяющие реализовать технологию, например, производства карт, от начала и до конца. Такими являются комплексы TopoCad и FieldWorks.

Вторые же являют собой средства разработки программных продуктов, какими в сущности, являются электронные таблицы, и позволяют создавать средства автоматизации для решения практически любых задач, не имея для этого особых программистских навыков.

Выполнена работа по созданию электронной таблицы, автоматизирующей выполнение работы «Предварительные вычисления в триангуляции» , выполнение которой предусмотрено в курсе «Геодезическая основа карт» . Рассмотрены средства выбранного для этой цели продукта MS Excel, а также возможности применения объектно-ориентированного языка программирования Visual Basic, который интегрирован практически во все продукты серии Microsoft Office.

Обращено внимание и на негативные аспекты автоматизации геодезических вычислений.

Делая вывод, можно сказать, что автоматизация геодезических вычислений является актуальной темой, и совершенно необходима во всех сферах работ, где используется обработка результатов геодезических измерений.

Источники:

Интернет:

--Геоинформационные системы (GIS) Адрес интернет: http: //www. solver-net. com/1251/gishp. htm

--Перечень WWW ГИС-тематики Адрес интернет: http: //www-gis. sscc. ru/~kpa/WEBLAB/OUBOOK/web_serv. htm

-- ГИС - что нужно знать пользователю (статья на сайте фирмы АлГИС)

--Программное обеспечение ГИС-проектов. Автор: Сергей Миллер, вице-президент ГИС-ассоциации.

--"ГИС-Обозрение" 3/1997.

Статья «ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ СЪЕМОК» , автор С. Г. Гаврилов, Центр прикладной геоинформатики ТЕРРА-СПЕЙС

«Современная геодезия - не приборы, а технологии» , автор С. Г. Гаврилов, Центр прикладной геоинформатики ТЕРРА-СПЕЙС

Литература:

«Современные методы географических исследований» , авторы: К. Н. Дьяконов, Н. С. Касимов, В. С. Тикунов, М. «Просвещение» , 1996.