Методы и алгоритмы моделирования среды обитания традиционных поселений Шлей, Михаил Дмитриевич

Введение к работе

Актуальность темы исследования.

С целью решения задачи по выявлению этнических особенностей в планировочной структуре традиционных сельских поселений проводятся комплексные историко-архитектурных исследования. При этом требуется выполнить большое количество наблюдений и громоздких вычислений объемно-планировочных характеристик построек, что существенно замедляет процесс исследования. Применение информационных технологий и математического моделирования позволяет значительно ускорить этот процесс.

Большой вклад в развитие методов определения количественных объемно-планировочных характеристик объектов поселений и проведение историко-архитектурных исследований внесли ученые В. П. Орфинский, И. Е. Гришина, Т. М. Хрол, В. Ф. Гуляев, А. Ю. Борисов. Однако в подобных исследованиях, как правило, используются упрощенные методы моделирования среды обитания - совокупности природно-климатических условий, ландшафта местности и застройки, что приводит к неточностям в вычислениях.

Таким образом, задачи, рассматриваемые в данном диссертационном исследовании, остаются актуальными. Степень разработанности темы исследования.

Современные методы определения объемно-планировочных характеристик основываются на анализе генеральных планов местности. Существующие программные продукты не используют трехмерные модели, а значит, не дают достаточную точность численных характеристик и не в полной мере автоматизируют процесс проведения историко-архитектурных исследований.

Цель работы: Нахождение объемно-планировочных характеристик построек, требуемых при проведении историко-архитектурных исследований поселений, средствами математического моделирования архитектурно- строительных объектов среды обитания.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих методов моделирования поселений.

2. Разработать алгоритм автоматического распознавания объектов сельских поселений на цифровом плане местности.

3. Разработать метод построения трехмерной модели поселения, пригодной для расчета количественных характеристик объектов поселений.

4. Разработать алгоритм построения зон видимости пространственных объектов поселений.

5. Разработать метод расчета продолжительности инсоляции строений.

6. Реализовать разработанные алгоритмы в программной системе.

Методология и методы исследования: Использованы методы аналитической и вычислительной геометрии, численные методы кластерного анализа. При разработке программного комплекса использованы методы объектно-ориентированного программирования, методы работы с трехмерной графикой.

Положения, выносимые на защиту:

6. 1. Предложенная новая математическая модель сельского поселения позволяет определять объемно-планировочные характеристики инсоляции и видимости построек поселения.

   2. Разработанный численный метод позволяет построить зоны видимости исследуемых объектов поселения. Даны рекомендации по выбору параметров для данного метода.

   3. Разработанный численный метод автоматизирует расчеты продолжительности инсоляции жилых построек. Даны рекомендации по выбору параметров для данного метода.

   4. Разработанный программный комплекс (ИС СКАПС) реализует предложенные модель и численные методы и предназначен для проведения комплексных исследований структурообразующих элементов традиционных сельских поселений.

   Научная новизна:

   6. 4. 1. Разработан алгоритм распознавания объектов на цифровых векторных генеральных планах местности традиционных сельских поселений Русского Севера.

         2. Предложен численный метод построения зон видимости объектов поселений с использованием количественной оценки видимости данных объектов.

         3. Предложена математическая модель для расчета продолжительности инсоляции построек традиционных сельских поселений.

         Теоретическая и практическая значимость.

         Предложенные методы и алгоритмы могут использоваться при проведении историко-архитектурных исследований традиционных поселений Русского Севера, а также при выборе места размещения проектируемой застройки.

         Степень достоверности.

         Достоверность результатов проведенных исследований подтверждена на примере проведения исследований реальных традиционных поселений.

         Апробация работы.

         Результаты диссертационного исследования были представлены на следующих конференциях:

         6. 4. 3. 1. III Международная научно-практическая конференция «Информационная среда вуза XXI века» (Петрозаводск, 2009).

                  2. V Международная научно-практическая конференция «Информационная среда вуза XXI века» (Петрозаводск, 2011).

                  3. VI Международная научно-практическая конференция «Информационная среда вуза XXI века» (Куопио, Финляндия, 2012).

                  4. Международная конференция «Компьютерные технологии и математические методы в исторических исследованиях» (Петрозаводск, 2011).

                  5. XVI Ежегодная международная научно-практическая конференция АДИТ "Культурное наследие и информационных технологий" ("ДЦИТ - 2012") (Петрозаводск, 2012).

                  6. 15-я Всероссийская конференция «Математические методы распознавания образов» (ММРО-15) (Петрозаводск, 2011).

                  7. 15-я Всероссийская конференция «Интернет и современное общество» (информационные системы для научных исследований) (Санкт- Петербург, 2012).

                  8. Всероссийская студенческая олимпиада "Молодежь и высокие технологии" (Вологда, 2010).

                  9. Научно-Методическая конференция «Университеты в образовательном пространстве региона: опыт, традиции и инновации» (Петрозаводск, 2010).

                  10.63-я научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых.

                  (Петрозаводск, 2011).

                  11.62-я научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых.

                  (Петрозаводск, 2010).

                  Разработанный программный комплекс был апробирован на примере проведения историко-архитектурных исследований в рамках гранта Российской академии архитектуры и строительных наук для молодых ученых на тему: «Тенденция к южной ориентации застройки и ее роль в формировании планировочной структуры традиционных сельских поселений Русского Севера» (руководитель гранта А. Ю. Борисов). Программы для ЭВМ, входящие в состав программного комплекса, были зарегистрированы в Объединенном фонде электронных ресурсов «Наука и образование» (ОФЭРНиО) № 18469 и № 18468 от 24.07.2012.

                  Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы (108 наименований), имеет объем 109 страниц машинописного текста, включая 7 страниц приложений, содержит 43 рисунка и 3 таблицы.

                  Похожие диссертации на Методы и алгоритмы моделирования среды обитания традиционных поселений

                  

                  Методы, алгоритмы и программные средства моделирования управляемых механических систем в условиях неполной информации о внешней средеГоритов Александр Николаевич

                  

                  Разработка методов и алгоритмов моделирования вторичных сетей передачи дискретной информацииМальков Станислав Борисович

                  Методы и алгоритмы моделирования векторных локально однородных сценКулеев, Рамиль Фуатович

                  

                  Методы и алгоритмы моделирования вычислительных структур на эллиптических кривых с параллелизмом машинных операцийБабенко, Михаил Григорьевич

                  

                  Развитие методов математического моделирования, алгоритмов и расчетного комплекса для исследования прочности сложных системДоронин Максим Михайлович

                  Теория, методы и алгоритмы моделирования гарантированного результата в задачах управления движением с помехой и с неопределенностьюУхоботов, Виктор Иванович

                  

                  Разработка методов и алгоритмов математического моделирования отрывных течений в замкнутых и разомкнутых областях с разрезамиЗоря, Виолетта Юрьевна

                  

                  Реализация вихревых методов и алгоритмов численного моделирования процессов нестационарной гидродинамики на основе эффективного комплекса программГирча Александр Иванович

                  

                  Методы и алгоритмы математического моделирования процессов электромагнитного управления направлением горения дугового разряда в электродуговых печах постоянного токаКорытчинков, Дмитрий Евгеньевич

                  

                  Разработка методов и алгоритмов субполосного моделирования эмпирических данныхТуяков, Самат Валерьевич