Projekt PrecisPlanner 3D

(homepage)

Vyrovnání MNČ je v oblasti geodézie velmi propracovaná oblast ([1]), vytvoření modelu geodetické úlohy je jeho podmnožinou. Pro vyrovnání geodetických sítí jsou k dispozici jak volně dostupné (např. GNU Gama, [2], hlavní autor prof. Aleš Čepek), tak komerční programy (např. Groma, [3]), pro plánování přesnosti však nikoli, proto je exaktně provedený rozbor přesnosti před měřením pro úlohy s vyrovnáním spíše výjimkou, znamená totiž pracné sestavení modelu „vlastními silami“. Vzhledem k těmto skutečnostem byl vytvořen volně dostupný program PrecisPlanner 3D, který umožňuje na základě přibližných souřadnic definujících konfiguraci měření, výběru měřených veličin a jejich přesnosti určit přesnost výsledných souřadnic včetně kovarianční matice umožňující další výpočty přesnosti odvozených veličin (např. délky, úhly apod.). Vývoj doposud není ukončen.
Program pracuje v operačním systému Microsoft Windows XP a vyšším. Autorem programu je Martin Štroner (martin.stroner@fsv.cvut.cz).
Připomínky, náměty či dotazy zasílejte prosím na email martin.stroner@fsv.cvut.cz .

Vzhledem k formě poskytování bych rád měl přehled o využití a požádal o citování v případných publikacích.

Verze programu:

Verze	Popis
3.3.0	Hlavní změny oproti verzi 3.2.0: 1. Veškeré číslené údaje mají jako oddělovač desetinnou tečku. Demoverze pro nekomerční využití k dispozici zdarma zde: PPlanner3Dv3_3_0_demo.zip.
3.2.0	Hlavní změny oproti verzi 3.1.0: 1. Jako měření lze použít svislé provážení a gyrosměr (zejména pro použití v tunelech). Program je k dispozici pouze v komerční verzi.
3.1.0	Hlavní změny oproti verzi 3.0.0: 1. Přidána možnost započítání vlivu přesnosti centrace a určení výšky přístroje pro jednorázovou stabilizaci a signalizaci celé sítě. Demoverze pro nekomerční využití k dispozici zdarma zde: PPlanner3Dv3_1_0_demo.zip. Popis programu: PPlannerV3.1.pdf
3.0.0	Hlavní změny oproti verzi 2.3.2: 1. Přidána možnost jazykových verzí (externími soubory, viz. poznámka dále), k dospozici nyní verze CZ a EN. 2. Upravena tabulka prezentující výsledky výpočtu modelu, jsou doplněny poloosy elipsoidů chyb a jejich orientace. Poznámka k jazykovým verzím: Jazyková verze se volí v Nastavení, program vyhledá *.pck soubory v adresáři exe souboru. Vlastní překlad lze provést kopií a editací souboru, je vhodné zachovat délku výrazů, aby se vešly do formulářů. Je nutné zachovat úvodní hlavičku a počet řádků. Pokud je soubor chybný, použije se interní anglická verze. Při výběru jazykové verze se zobrazí jméno souboru.
2.3.2	Hlavní změny oproti verzi 2.2: 1. Opravena možnost pracovat s čísly bodů jako reálnými čísly s dvěma destinnými místy. 2. Opravena chyba znemožňující práci se soubory, v jejichž jméně nebo cestě je mezera. 3. Upraveno načtení výsledků, adaptivně funguje i na velmi pomalých počítačích. Stručný popis je zde : Navod_PPlanner_v2.2.pdf.
2.2	Hlavní změny oproti verzi 2.1: 1. Průvodce přesnostmi, který umožňuje podrobně definovat přesnost jednotlivých měření. 2. Možnost vkládat jako měření převýšení. 3. Úprava formuláře „Mapa měření“. 4. Odstraněny některé drobné chyby při načítání nesprávně formátovaných souborů souřadnic (chybné načítání prázdných řádků). Stručný popis je zde : Navod_PPlanner_v2.2.pdf.
2.1	Hlavní změny oproti verzi 1.0: 1. Lze nastavovat tyto atributy bodů (dialog se zobrazí stiskem pravého tlačitka myši na příslušném bodě): - fixní/vyrovnávaný; - přesnost cetrace a určení výšky přístroje/cíle; - souřadnice a výška; souřadnice lze měnit graficky i numericky. 2. Grafická okna programu lze libovolně zvětšit. 3. Kresbu lze zvětšovat/zmenšovat otáčením kolečka myši, posouvat tažením se stiskem kolečka myši. 4. Nastavení umožňuje uživateli definovat barvy a velikosti jednotlivých prvků kresby. 5. Při uzavření okna se změny automaticky ukládají do souboru (lze zrušit v nastavení). 6. Mírně přepracované grafické rozhraní. Stručný popis je zde : Popis_PPlanner_v21.pdf.
1.0	První verze pro volné sítě.

Popis programu verze 1.0:

Obsah

Hlavní okno
    Výpočetní jádro GNU GAMA [2]
    Mapa souřadnic
    Mapa měření
    Výpočet a protokol o výpočtu
    Výpočty přesnosti odvozených veličin
    Literatura
    Poznámky k instalaci
    Poznámky k používání

Hlavní okno

Po spuštění programu se zobrazí hlavní okno, které tvoří rozcestník možností. Na začátek práce je nutné do programu načíst souřadnice z textového souboru, minimální počet jsou dva body. Načtené souřadnice lze graficky zobrazit, přidávat či mazat body. Dále lze načítat měření z textového souboru, zobrazit je graficky, přidávat a odebírat. Dále lze provést výpočet, zobrazit protokol o výpočtu, zobrazit výsledné směrodatné odchylky souřadnic a ze souřadnic počítat různé typy délek a jejich přesnosti. Pro samotný výpočet je použit volně šiřitelný program GNU Gama, pro který je připraven vstupní soubor s přibližnými souřadnicemi bodů, měřenými hodnotami a ze kterého jsou dále načteny výstupní protokol a kovarianční matice popisující přesnost a vazby souřadnic.

Jednotlivá tlačítka:

Načíst souřadnice: spouští standardní MS Windows dialog pro otevření textového souboru se souřadnicemi (pro práci nutno načíst alespoň dva body v souřadnicích).
Mapa souřadnic: spustí formulář s mapou bodů (viz dále).
Načíst měření: spouští standardní MS Windows dialog pro otevření textového souboru s definicemi měření.
Mapa měření: spustí formulář s mapou bodů a měření (viz dále).
-Výpočet-: Na základě vložených souřadnic a definic měření a přesností měření se provede výpočet. +Protokol+: Zobrazí textový protokol o výpočtu.
+Výpočty+: Zobrazí tabulku výsledných přesností a umožňuje další výpočty přesnosti (viz dále).

Výpočetní jádro GNU GAMA [2]

    Program byl vytvořen v jazyce C++, slouží k vyrovnání rovinných, prostorových i výškových geodetických sítí. Jeho součástí jsou mimo jiné také knihovna popisující geodetická měření „GamaLib“ a knihovna pro práci s maticemi „gmatvec“.
    V současné době je program využitelný v podobě souboru „gama-local.exe“, spustitelného z příkazové řádky. Vstupem je xml soubor s přibližnými souřadnicemi a měřeními, výstupem textový soubor s protokolem o vyrovnání a také soubor xml, který obsahuje také kovarianční matici.
    Program je šířen pod všeobecnou veřejnou licencí GNU (General Public Licence, [4]).

Mapa souřadnic

Konfigurace bodů se zadává dvěma způsoby. Jednak je nutné nejméně dva body načíst z textového souboru, kdy na řádku je uložen jeden bod reprezentovaný údaji v pořadí „číslo bodu“ „X“ „Y“ „Z“ (souřadnice v metrech). Načtení se spustí tlačítkem „Načíst souřadnice“ v hlavním okně programu, poté se ve standardním dialogu systému Windows vybere soubor. Souřadnice bodů lze prohlížet v textové i grafické podobě v okně Mapa souřadnic (spustí se z hlavního okna programu tlačítkem „Mapa souřadnic“.

Soubor souřadnic lze také uložit do původního souboru tlačítkem „Uložit“ nebo „Uložit jako“ do souboru s jiným jménem. Zobrazení mapy se ovládá tlačítky na panelu vpravo dole, „Vše“ zobrazí do viditelné plochy všechny body, „Obnovit“ překreslí obrázek. Tlačítka se šipkami slouží k posuvu obrazu, tlačítka „+“ a „-„ k zmenšení a zvětšení výřezu. Kromě tlačítek lze zobrazení ovládat i pomocí myši, se držením pravého tlačítka a posunem se posouvá obraz, držením středního tlačítka (nebo kolečka) a posunem nahoru/dolů dochází k zvětšení/zmenšení. Body se přidávají kliknutím do příslušného místa v mapě, kdy se objeví červená značka bodu mající místo čísla otazníky. V okně uživatel vyplní číslo bodu a jeho výšku a stiskne se tlačítko „Přidat bod“.
Ukládání výsledného souboru bodů pro další výpočet není nutné, všechny změny se okamžitě promítnou do databáze bodů. Je vhodné ještě upozornit, že při smazání bodu se současně smažou všechna měření, která jej obsahují.

Mapa měření

Měření se zobrazují v obdobném okně jako souřadnice, ovládání zobrazení je rovněž stejné. V pravé části je zobrazena tabulka měření, typy měření jsou uvedeny pouze zkratkou (di - vodorovný směr (direction); sd – šikmá délka; zu – zenitový úhel; hd – vodorovná délka). V tabulce jsou pouze číslo stanoviska, cíle a přesnost, jejíž jednotky jsou gony pro úhly a metry pro délky. Tlačítka pod tabulkou umožňují zobrazit dialog pro přidání měření, odebrání měření nebo uložení do souboru. Měření lze ze souboru také načítat (v hlavním okně programu). Tlačítko „Přidat vše“ umožní přidat současně měření vodorovného směru, zenitového úhlu a šikmé délky (běžné měření totální stanicí), tlačítko „přidat úhly“ totéž bez měřené délky.

Po stisku libovolného tlačítka pro přidání měření se zobrazí dialog „Přidat měření“, ve kterém je přednastaven příslušný typ měření. Rozevřením nabídky stanoviska a cíle se tyto volí, lze je vybrat kliknutím do mapy (první se nastaví stanovisko, druhý cíl). Stiskem tlačítka „Vložit měření“ se měření vloží do databáze měření, objeví se v tabulce a v mapě. Zobrazení měření je řešeno tak, že stanovisko a cíl jsou spojeny linií, která má uprostřed popis se zkratkami měření a počtem, kolikrát jsou měření provedena. Např. „1sd 1ze 1di“ značí, že pro body spojenými linií je uvedeno jedno měření šikmé délky, jedno zenitového úhlu a jedno vodorovného směru.

Vzhledem k tomu, že plánování přesnosti je obvykle proces postupného přibližování, je možné měnit přesnost zadaných měření jednotlivě i hromadně. Volba se zobrazí po označení vybraného měření v tabulce a stisku pravého tlačítka, po stisku vybraného tlačítka se zobrazí dialog pro změnu přesnosti měření.

Výpočet a protokol o výpočtu

Pokud jsou zadány do programu všechny konfigurační parametry (souřadnice, měření a jejich přesnost), lze z hlavního okna spustit výpočet tlačítkem „ Výpočet-“. Po jeho ukončení lze stiskem tlačítka „+Protokol+“ prohlédnout textový protokol (GNU GAMA), který obsahuje kromě dalších informace o konfiguraci sítě, vyrovnaných souřadnicích a jejich směrodatných odchylkách včetně elips chyb.

Výpočty přesnosti odvozených veličin

Stiskem tlačítka „+Výpočty+“ v hlavním okně lze spustit zobrazení výsledků obsahující čísla bodů, jejich souřadnice a směrodatné odchylky z vytvořeného modelu. Ve spodní části lze počítat ze souřadnic vodorovnou, šikmou a svislou délku a jejich přesnost určenou výpočtem z kovarianční matice pomocí obecného zákona hromadění směrodatných odchylek (zákona hromadění vah, [1]). Vpravo dole je pak tlačítko („Uložit kovar. matici“) zobrazující dialog pro uložení kovarianční matice do souboru pro další použití, nad tím tlačítko „Uložit tabulku“pro uložení zobrazené tabulky do textového souboru.

Literatura

[1]    Böhm, J. - Radouch, V. - Hampacher, M.: Teorie chyb a vyrovnávací počet. Geodetický a kartografický podnik Praha, 2. vydání, Praha, 1990. ISBN 80-7011-056-2.
[2]    Program GNU Gama. http://www.gnu.org/software/gama/gama.cs.html. 20.11.2009.
[3]    Program Groma. http://www.groma.cz. 20.11.2009.
[4]    GNU General Public Licence. http://cs.wikipedia.org/wiki/GNU_General_Public_License. 23.11.2009.
[5]    Štroner, M.: Vývoj softwaru na plánování přesnosti geodetických měření PrecisPlanner 3D. Stavební obzor. 2010, roč. 19, č. 3, s. 92-95. ISSN 1210-4027.
[6]    Štroner, M.: Vývoj softwaru na plánování přesnosti prostorových sítí PrecisPlanner 3D. In: Aktuální problémy inženýrské geodézie 2011, Český svaz geodetů a kartografů, Brno, 2011. ISBN 978-80-02-02284-8.

Poznámky k instalaci

1. Program není třeba instalovat, postačí rozbalit z archivu "PPlanner3Dv1.zip" do libovolného adresáře soubory "PPlanner3Dv1.exe" a "gama.exe".
2. Program musí mít práva k vytvoření a zapisování do souboru v daném adresáři (během práce se vytváří vstupní soubor a protokol v textovém formátu).
3. V archivu je přiložen vzorový soubor "sour.txt", podle kterého je možné vytvářet soubor souřadnic. Číslo bodu musí být reálné číslo, nikoli textový řetězec.

Poznámky k používání

1. Pokud není zadaná konfigurace úplně definována měřeními, jinak řečeno pokud ze zadaných měření nelze spočítat nejméně jednu souřadnici, lze provést výpočet a prohlížet protokol o výpočtu, nelze však provádět výpočty v kovarianční matici.
2. V případě, že je smazán bod, jsou zároveň smazána i všechna měření na něj vázaná.