XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Одним из способов повышения эффективности работ при выполнении проектно-изыскательских работ на железнодорожной инфраструктуре является использование инновационных технологий. Одна из этих технологий связана с использованием данных мобильного лазерного сканирования как в ходе исследований, так и на этапе подготовки предпроектной и проектной документации.

С помощью MobileLaserScanning (MLS) вы можете снимать с высокой производительностью, значительно сокращая время полевых работ. Например, создание измерений MLS на железнодорожном участке общей протяженностью 1400 км заняло 11 рабочих дней. Это буквально фантастическое достижение.

Поэтому при проведении инженерно-геодезических изысканий мобильное лазерное сканирование позволяет делать снимки на переднем плане в короткие сроки. В исследовательских отделах по точкам лазерного отражения (в дальнейшем называемых TLO) создается топографический план, распознается ось пути и создаются наборы измерений. Конструкторские отделы определяют качественные и количественные характеристики проектируемого объекта, например: количество опор линий электропередач и контактной сети, характер территории, плотность застройки и т. д.

Лазерная съемка проходит с высокой плотностью. Высокая плотность обновления облегчает распознавание объектов в офисе и создание DEM и DTM в мельчайших деталях. Для работы с материалами лазерного сканирования достаточно специализированных компьютерных программ. Одной из этих программ, наиболее подходящей для нужд проектирования дорог, является программный пакет TopomaticRobur. Его главное преимущество заключается в том, что облако точек можно загружать непосредственно в рабочие окна программы и использовать в качестве основы как для разработки топографического плана, так и для работы над проектным решением.

Мобильное лазерное сканирование объединяет в себе плюсы лазерной технологии и возможность съемки в движении. Для мобильного сканирования используются 2D-сканеры.

При перемещении плоскости сканирования 2D-сканера по траектории системы сканирования конечный результат представляется в 3D (трехмерная форма). Путь движения формируется следующее положение системы сканирования со спутниковым оборудованием, расположенным в точках геодезической сети высокой точности отсчета (OGS) на лазере и сканирование комплекс сам по себе.

Влияние вынужденных пространственных колебаний носителей мобильного сканера (автомотрисы или автомобиля) и потери сигнала ГНСС компенсируются работой инерциальной системы.

Рассмотрим более детально некоторые составляющие погрешности результатов МЛС.

Так как сканирующая система во время работы находится в движении, то погрешность ее позиционирования спутниковыми навигационными системами соизмерима с погрешностями определения координат в режиме Kinematic. Согласно техническим данным режима координирования в движении, среднеквадратичная погрешность определения плановых координат составляет 10 мм+1 мм/км, высотных – 20 мм+1 мм/км.

Следующая составляющая погрешности результатов МЛС включает в себя погрешность исходных данных - координат и высот пунктов ОГС в составе высокоточной координатной системы (ВКС). Среднеквадратическая погрешность определения взаимного положения смежных пунктов ОГС в плане составляет 8 мм.

Для повышения точности результатов лазерного сканирования также используются идентификационные метки (в дальнейшем именуемые эталонными объектами). Смысл опорных объектов заключается в том, что они уверенно распознаются в облаке точек лазерного отражения, а их координаты предопределены и с достаточной точностью относительно точек, ближайших к OGS. Специальное программное обеспечение позволяет «форсировать» облако TLO по идентификаторам, уменьшая влияние геодезических ошибок на пути мобильного сканера на результаты MLS.

В конечном итоге, общая погрешность определения координат ТЛО составляет 10 мм в плоскости сканирования и до 20 мм при максимальном удалении сканера от пунктов сопровождения ОГС, что является достаточным показателем для решения основных задач проектирования, строительства и эксплуатации железных дорог.

Реализация MLS часто сопровождается появлением в окончательном материале расследования так называемых «теневых» областей. То есть, если встречается препятствие, такое как ограждение, ограждение на пути лазерного луча, объекты за препятствием не будут удалены. Следовательно, мобильное лазерное сканирование не может полностью заменить полное или наземное лазерное сканирование.

Ещё одним недостатком МЛС, правда, не таким уж и значительным, является то, что точки в облаке лазерного сканирования не несут семантической информации, т.е. не кодируются. Семантические коды несут информацию о снимаемом объекте, что позволяет в автоматизированном режиме провести его идентификацию. Как известно, использование кодировки при тахеометрической съемке существенно ускоряет как полевые, так и камеральные работы. Точки лазерного отражения представлены огромным массивом не идентифицированных точек, что не позволяет в автоматическом режиме распознавать объекты (по крайней мере, на сегодняшнем этапе развития технологии). Стоит отметить, что работы по мобильному лазерному сканированию так же, как и традиционные геодезические измерения, лучше выполнять в тот момент, когда снежный и лиственный покров отсутствует.

Как было отмечено выше, точки лазерного отражения не несут семантической информации, поэтому не могут в полной мере быть обработаны в автоматическом режиме. Средства обработки результатов мобильного лазерного сканирования постоянно развиваются. Некоторые программы распознают ось железнодорожного пути непосредственно во время лазерного сканирования. Распознается рельеф. Однако при этом требуется и вмешательство оператора, то есть идентификация объектов в облаке точек лазерного отражения, в лучшем случае, ведется в полуавтоматическом режиме. Важными элементами для снижения трудоемкости обработки являются:

- создание отделов обработки материалов МЛС и их укомплектование опытными специалистами;

- отслеживание новинок на рынке продуктов обработки результатов МЛС;

- разработка собственного специализированного программного обеспечения для обработки результатов МЛС.

В полуавтоматическом режиме распознаются такие объекты, как ось пути, провода и поверхность земли. Показатели эмиссии материала с вышеуказанными объектами довольно высоки. Гораздо более трудоемким процессом является выпуск трехмерных моделей. Как правило, первый этап, основанный на результатах мобильного лазерного сканирования, предоставляет точки отражения, оси траектории, провода и цифровую модель рельефа. На втором этапе, при необходимости, публикуются трехмерные модели.

После обработки результаты мобильной лазерной сканирующей обработки отправляются в конструкторские отделы. Основными преимуществами результатов MLS, с точки зрения использования инженера-конструктора в непосредственной работе, по сравнению с испытаниями на тахеометре, как упоминалось выше, является более высокая плотность испытаний. Это позволяет провести «виртуальный тур» по строительной площадке. Каждая железнодорожная инфраструктура будет видна со всех сторон.

Комплексные главные инженеры проектов, начальники отделов могут предварительно ознакомиться с объектом строительства. Это позволяет более точно рассчитать объемы работ для составления смет на проектноизыскательские работы. Начальникам отделов изысканий материалы лазерного сканирования помогают в планировании инженерно-геодезических работ, в контроле выполненных геодезических работ. По материалам лазерного сканирования возможно составление топографического плана. В зависимости ситуации, составителем топографического плана может выступить как организация, производящая мобильное лазерное сканирование, так и отдел инженерных изысканий собственными силами. Составление топографического плана требует производства работ по съемке «теневых» зон и подземных коммуникаций. Очевидно, составление топографического плана по результатам мобильного сканирования, даже с учетом съемки «теневых» зон и подземных коммуникаций, будет произведено быстрее, чем съемка того же участка комбинацией спутниковых методов и электронной тахеометрии.

Рассмотрим пример составления топографического плана по результатам лазерного сканирования в программном комплексе «Топоматик Робур - РЖД». Этот пример основан на способности визуально распознавать объект в облаке точек лазерного отражения и после распознавания назначать одну или несколько характерных точек объекта семантическому коду.

«Топоматик Робур» позволяет создавать поперечные профили на любом желаемом участке, комбинируя облака точек лазерного отражения с цифровой моделью рельефа. Эта функция чрезвычайно удобна для дизайнеров.

«Топоматик Робур» обладает способностью накладывать точки поверхности на скоординированное растровое изображение. Это позволяет совмещать ортофотопланы (если работа по мобильному лазерному сканированию сопровождается их созданием) и точками отражения.

Возможность визуального определения и кодирования точек лазерного отражения позволяет разработчику начать использовать TopomaticRobur до завершения всего комплекса инженерно-геодезических работ (исследование подземных коммуникаций, геологические исследования). Присвоив огибающую кодированным точкам, например, для поддержки 3,1-метровой контактной сети, для 1,89-метровых платформ инженер проекта, основанный на точках лазерного отражения, без топографического плана, может назначить новую позицию трека. В случае нарушения размера проектировщик будет проинформирован о самом нарушении размера, изменив цвет обозначения размера и размера измерения.

Заключение. Сегодня, после развития технологии лазерного сканирования, рождения мощных персональных компьютеров и разработки высокопроизводительных отечественных систем САПР, таких как TopomaticRobur, использование материалов для лазерного сканирования для проектирования стало довольно простым и дешевым. И методы производства мобильного лазерного сканирования позволяют добиться необходимой точности.

Список использованной литературы

Сарычев Д. С. Мобильное лазерное сканирование. САПР и ГИС автомобильных дорог. 2013 г. - № 1(1). С. 36−41. – URL : cyberleninka.ru/journal/n/sapr-i-gis-avtomobilnyh-dorog – Текст: электронный

ЗАО Научно Производственное Предприятие НАВГЕОКОМ. Лазерное сканирование. Методическое пособие – 2006 г. URL: www.leica-geosystems.com – Текст: электронный

Код для цитирования: Скопировать