[Из песочницы] Геодезия: по полю на «питоне»
Доброго времени, Хабр! Немного истории: в ходе учебы программированию, искал я себе реальную задачу, да такую чтобы с пользой. Нашел. Увидел как знакомый геодезист, на работе, считает объем земельного участка. Очень долго и нудно…
Геодезический расчет объемов: При возведении жилых сооружений, высокотехнологичных помещений, автомобильных и железных дорог, а так — же в целях определения объемов строительных материалов и подсчета объема земляных работ, требуется помощь геодезистов. Они «отстреливают» территорию, разбивая всю площадь на так называемую геосетку, далее полученые точки из прибора выгружаются в autoCAD и высчитывают объем всей территории. Ниже пример геосетки:
Каждая точка имеет свои координаты (x, y, z-высота) относительно балтийского моря. По порядку берутся 4 точки как показано на предыдущем изображении и вычисляется исходя из координат этих точек объем участка земли, так вычисляются все объемы получившихся на сетке фигур, плюсуются и в итоге мы имеем объем всей территории.
Работа очень кропотливая, а так как я уже писал, я хотел взяться за реальный проект, взамен на опыт. Поэтому я даже не стал рассматривать тот, вариант, что давно уже все есть до меня.
Несколько дней я был заморочен на алгоритме поиска соседей, в результате вышло не совсем то чего я ждал, алгоритм работал как хотел в связи с тем, что сетка не ровная как в теории, а кривая как ходил помощник геодезиста по полю и ставил отметки, затем я понял что и AutoCAD очень просто сортирует по времени создания точки. Далее немного включившись в AutoCAD я заметил интересный порядок выгрузки точек в XML файл, и нашел возможность назначения каждой точки ID, теперь мы назначили каждой точке имя с левого угла до правого края и так-же понимаясь на ряд выше про именовали все точки (это куда быстрее, чем два дня считать объем территории площадью 500×700 метров). Ниже пример такого готового файла с именованными по порядку точками:
По идее объемы считаются по пифагору, но фигуры совершенно разные и как показывает практика очень редко встречаются квадраты и прямоугольники. Поэтому я прибегнул к формуле Герона в своих вычислениях. То есть принцип софтины, что я написал таков: Читаю XML файл, собираю точки, далее массив с массивами четырех угольников, получаю все фигуры которым нужно посчитать объем, теперь перед расчетом объема я проверяю по сторонам фигур (вектора) и углам на прямоугольник и квадрат (большая редкость, в случае конкретно нашего геодезиста, что таковые будут, и если есть то применяю пифагора), а фигуры типа трапеции, параллелепипеда и прочие я просто принимаю за неизвестный четырех угольник и считаю их по формуле Герона, делю по диагонали фигуру на два треугольника считаю их площади в пространстве (учитываю высоту), высота, берется самая высокая из 4-х точек (так мне объяснил, мой коллега-геодезист) и плюсуя площади двух треугольников далее я уже исходя из общей площади фигуры получаю ее объем.
Плюсую все эти объемы и получаю за 0.2 секунды результат к которому он идет пару дней, проверяли на трех проектах пока данные сходятся, программой даже более точнее получается объем. Продолжаем ее тестировать. Теперь на днях я решил прикрутить этот код к юзабельному интерфейсу, с PyQt4, мой первый опыт работы с написанием графики, ниже я опубликую код который относится только к GUI.
from PyQt4 import QtGui import sys import cvgLeicaXmlReader import cvgMath
class myWindow (QtGui.QMainWindow):
def __init__(self, parent=None): QtGui.QWidget.__init__(self, parent) self.setWindowTitle ('CVG2014') self.setFixedSize (350, 350) self.setWindowIcon (QtGui.QIcon ('static/Icon.png')) self.setStyleSheet («QMainWindow {background-image: url (static/background.png);}») self.directory = '' self.file = ''
self.labelFilename = QtGui.QLabel ('Select .XML file with points', self) self.labelFilename.setFixedWidth (300) self.labelFilename.setFixedHeight (25) self.labelFilename.move (10, 5) self.labelFilename.setStyleSheet («QLabel { background-color: white; \ border: 1 px solid grey; \ color: grey;}»)
self.SB_WidthOfXAxis = QtGui.QSpinBox (self) self.SB_WidthOfXAxis.move (10, 35) self.SB_WidthOfXAxis.setFixedWidth (50) self.SB_WidthOfXAxis.setMaximum (9999)
self.labelPointsWidth = QtGui.QLabel ('Length of points on X axis', self) self.labelPointsWidth.setFixedWidth (250) self.labelPointsWidth.setFixedHeight (25) self.labelPointsWidth.move (65, 47.5)
self.SB_HeightAboveSeaLevel = QtGui.QDoubleSpinBox (self) self.SB_HeightAboveSeaLevel.move (10, 75) self.SB_HeightAboveSeaLevel.setFixedWidth (50) self.SB_HeightAboveSeaLevel.setRange (-9999.99, 9999.99)
self.labelPointsSeaLevel = QtGui.QLabel ('Height above sea level', self) self.labelPointsSeaLevel.setFixedWidth (250) self.labelPointsSeaLevel.setFixedHeight (25) self.labelPointsSeaLevel.move (65, 87)
self.buttonOpenFile = QtGui.QPushButton ('…', self) self.buttonOpenFile.setFixedWidth (30) self.buttonOpenFile.setFixedHeight (27) self.buttonOpenFile.move (311, 4) self.buttonOpenFile.clicked.connect (self.getXmlFile)
self.buttonGetVolume = QtGui.QPushButton ('RUN', self) self.buttonGetVolume.setFixedWidth (52) self.buttonGetVolume.setFixedHeight (35) self.buttonGetVolume.move (9, 115) self.buttonGetVolume.clicked.connect (self.getVolume)
self.showVolume = QtGui.QLabel ('Get Vol', self) self.showVolume.setFixedWidth (140) self.showVolume.setFixedHeight (32) self.showVolume.move (72, 117) self.showVolume.setStyleSheet («QLabel { background-color: white; \ border: 1 px solid grey; \ color: grey;}»)
def getVolume (self): xml_file = win.getFileName () points = cvgLeicaXmlReader.getPointsFromXmlFile (xml_file) if (xml_file and points):
# length_of_points = len (points) QUANTITY_POINTS_AT_X_AXIS = self.SB_WidthOfXAxis.value () STATIC_HEIGHT = self.SB_HeightAboveSeaLevel.value ()
rows = cvgLeicaXmlReader.getRowsFromPoints (points, QUANTITY_POINTS_AT_X_AXIS) quads = cvgLeicaXmlReader.getAllQuads (rows)
volumes = [] if (STATIC_HEIGHT or QUANTITY_POINTS_AT_X_AXIS) != 0: for quadrangle in quads: Quadrangle_type = cvgMath.getTypeQuadrangle (quadrangle) v = cvgMath.getVolumeQuadrangle (quadrangle, Quadrangle_type, STATIC_HEIGHT) volumes.append (v) else: volumes = 0
volumes = 0 if STATIC_HEIGHT == 0 else (round (sum (volumes), 3)) result = '-'+str (volumes) if STATIC_HEIGHT < 0 else str(volumes) result = '0' if result == '-0' else result self.showVolume.setStyleSheet("QLabel { background-color: white; \ border: 1px solid grey; \ color: grey;}") self.showVolume.setText(result) else: self.showVolume.setText('Select the correct file!') self.showVolume.setStyleSheet("QLabel { background-color: white; \ border: 1px solid grey; \ color: red; \ font-weight: bold}")
def getXmlFile (self): sender = self.sender () path = QtGui.QFileDialog.getOpenFileName (sender, 'Open Xml file with points', self.directory, 'XML *.xml') fileName = path[path.rfind ('/')+1:] self.directory = path[: path.rfind ('/')] if (len (path) > 54): start = len (path)-54 pathSlice = path[start:] pathSlice = pathSlice[pathSlice.find ('/'):] pathSlice = '…'+pathSlice else: pathSlice = path self.labelFilename.setText (pathSlice) print (len (path)) self.file = path
if __name__ == '__main__': app = QtGui.QApplication (sys.argv) win = myWindow () win.show () app.exec_() С остальными модулями кому интересно, можно ознакомиться на гитхабеТак же я загрузил .rar архив со скомпилированным кодом в exe для windows.
Что требуется от нас: открываем XML файл с точками (два файла для примера лежат так-же в на гите (2 корректных и один битый, для теста)), указываем количество точек по ширине поля, ниже указываем высоту относительно уровня моря, и ждем кнопку RUN, получаем объем в поле с право от кнопки запуска.
Если честно я не знаю, можно ли применять этот инструмент на производстве. Но свое желание я удовлетворил. Всем спасибо за внимание.
Файл с 65 точками (ширина 13 точек)Файл с 78 точками (ширина 13 точек)Модуль чтения XML файлаМодуль с математическими вычислениямиМодуль визуального оформленияАрхив со скомпилированным кодом в Exe
