2438

bGA вектор в пространстве G , координаты которого определяются непосредственно GPS измерениями.

Вектор s на рис. 12.3 соответствует зондирующему лучу, а его длина s соответствует измеренному значению наклонной дальности. Текущее положение определяется параметром - фазой сканирова-

ния. В формуле (12.2) xS = 0; yS = s sin( ); zS = s cos( ).

Здесь через bSA обозначен вектор в СК сканера, определяющий местоположение антенны. Этот, чрезвычайно важный в метрологическом отношении вектор, имеет двойное значение:

с его помощью можно полностью записать уравнение связи для сканерного блока и, следовательно, корректно интерпретировать результаты сканирования в процессе постобработки.

точное знание вектора bSA является абсолютно необходимым ус-

ловием корректной работы навигационного компьютера по интегрированию GPS и IMU данных для получения навигационного решения.

Наземная мобильная система имеет существенно более низкую стоимость по сравнению с воздушной за счет использования различных типов наземных лазерных сканеров, которые на порядок дешевле воздушных лазерных сканирующих систем. Кроме того, наземное мобильное лазерное сканирование, в отличие от метода ВЛС, не требует аренды дорогостоящих летательных аппаратов, кроме того, нет такой зависимости от погоды как у ВЛС.

Существует еще одно важное отличие наземные мобильные сканирующие системы можно использовать непосредственно в населенных зонах, так как применяемые в них наземные лазерные сканеры безопасны для зрения. По аналогии с ВЛС логично было бы на-

звать этот метод съёмки Наземное Мобильное Лазерное Сканиро-

вание (НМЛС) и в отличие от статичного Наземного Лазерного Сканирования (НЛС). Для сокращенного названия воздушного лазерного сканирования «ВЛС» нет необходимости включать «М» мобильное, так как другого способа в этом случае нет.

151

Сложный инструмент, которым являются мобильные сканирующие системы (МСС) интересен и универсален настолько, что самим фактом своего появления определил целый метод топографогеодезической съемки, с присущими только ему технологическими приемами работы в полевых и камеральных условиях, характером выходных данных, средствами метрологического обеспечения и т.д.

Основной областью применения НМЛС являются объекты городской инфраструктуры и архитектуры, а также протяженные линейные объекты, такие как линии электропередачи, автомобильные

ижелезные дороги, аэродромы, трубопроводы, береговая линия и пр. НМЛС используется не только для создания новых и обновления существующих топографических карт и планов крупных масштабов, но

идля решения разнообразных инженерно-геодезических, изыскательских, землеустроительных, электроэнергетических, лесотехнических

идругих задач.

Модуль мобильной системы лазерного картографирования представляют собой единую платформу, жестко установленную на крышу стандартных транспортных средств. В нем размещены один или несколько лазерных сканеров с углом обзора до 360 градусов, GPS и инерциальной системой (рис.12.4) Кроме того, такие системы комплек-

туются цифровыми фотоаппаратами. При начале движения автомобиля сканеры и фотокамера начинают свою работу, в результате чего на экране компьютера мы видим получаемые от них данные. Это очень наглядно, оператор сразу имеет возможность оценить степень достаточности получаемых данных и наличие мертвых зон в тех или иных местах (рис.12.5). На случай остановки система может прекратить сбор данных и возобновить его при продолжении движения. Указанные системы поставляются с программным обеспечением, которое

152

наилучшим образом позволяет планировать съемку, ее проведение и вывод окончательных данных.

Плотность сканирования при использовании, например, одного сканера в системе StreetMapper 360 составляет (табл. 12.1):

один час съемки, могут быть полностью обработаны в течение 1 часа. Технология лазерной съемки достигла такой ступени развития, когда она позволяет формировать графические изображения исключительного качества, насыщенные структурными и топографическими деталями. В отличие от фотографий, и плоских изображений, получаемые данные на основе лазерного сканирования, являются трехмерными по своей природе, не требуют ортотрансформирования и могут быть получены в ночное время. Работа лазера не зависит от окружающего освещения, что является существенным для мобильной наземной съемки, поскольку сканирование можно проводить ночью,

когда движение минимально.

12.2. Состав и отличие наземных мобильных сканирующих систем

На сегодняшний день системы мобильного картографирования предлагают пользователям канадская компания Optech Inc. и германская IGI mbH-Riegl . Обе эти компании занимаются также производством аэросъемочных лидаров, иначе называемых воздушными лазерными сканерами или локаторами. И это не просто совпадение, поскольку методики получения данных съемки с использованием автомобильных и авиационных платформ не имеют принципиальных отличий. В обоих случаях в качестве основного источника данных применяются сканирующие лазерные дальномеры, съемка ведется в динамическом режиме, а координатная привязка осуществляется за счет использования систем прямого геопозиционирования, принцип действия которых основан на обмене данными в реальном времени между

153

действительно так, хотя в каждом конкретном случае возникает множество вопросов, связанных с обеспечением допустимой механической нагрузки, режимом электропитания, согласованием схемы установки с дорожной полицией и пр.

По сравнению с аэросъемочными лидарами, системы мобильного картографирования гораздо меньше зависят от погодных условий. Однако сама область их применения для исследования городских территорий часто означает съемку в неблагоприятной GPS обстановке, когда количество наблюдаемых спутников сильно ограничено, так как видимость закрыта радионепронициемыми объектами (высотные дома, деревья и пр.). Особенно сложная ситуация наблюдается, если съемку приходится вести в тоннелях. Для компенсации неблагоприятной GPS обстановки разворачивают сеть съемочного обоснования (в городских условиях возможности геопривязки значительно больше, чем в чистом поле), выбирают ведение съемки на коротких дальностях (как правило, до 100м), таким образом уменьшая ошибку определения пространственных координат из-за погрешности угловых элементов внешнего ориентирования, и используют специальное программное обеспечение, которое на камеральной стадии позволяет компенсировать ошибки инерциальной системы, оставшейся без GPS поддержки.

Классические мобильные системы устанавливаются без всяких ограничений и успешно эксплуатируются и с плавучих платформ (рис. 12.8), хотя у мобильного картографирования «с воды» несомненно есть свои особенности, которые выделяют этот вид съемки среди аналогичных.

Компания Applanix предложила первую из известных истории морскую (а равно речную и озерную) систему мобильной съемки, имеющую название LANDMark Marine.

Система мобильного картографиро-

вания "LYNX Mobile Mapper", разработан-

ная канадской фирмой Optech полностью решает задачи инженерного и топографического обследования протяженных объектов (улицы, проспекты,

коммуникации и другие объекты инфраструктуры города), где неэф-

155

бой единый, жестко устанавливаемый на крышу модуль, подходящий к стандартным транспортным средствам и допускающий небольшие механические «адаптации». Поставляемый модуль содержит две платформы для установки сканеров с возможностью их переориентирования, два посадочных места для камер и крепление для установки антенны системы IMU/GPS. Жесткость блока и всех креплений гарантирует неизменность пространственных и угловых «выставочных» параметров.

Программное обеспечение (ПО) обработки данных

ПО специализированное, позволяющее наилучшим образом производить планирование съемки, ее проведение, расчет динамической траектории и вывод окончательных данных. Программное обеспечение состоит из двух частей LYNX-Survey и LYNXProcess

Система позволяет получать геопространственные данные для:

высокоточных цифровых карт и трехмерных моделей рельефа, растительности и объектов городской застройки;

предпроектных топографических и инженерно-изыскательских работ;

исполнительной документации;

мониторинга коммуникаций и оценки их технического состояния;

планирования ремонтных и регламентных работ;

кадастра;

3-D моделирования городов;

охраны исторических и культурных памятников;

обследования открытых карьеров и пр.

Система «Lynx Mobile Mapper» обладает уникальными возможностями по быстрому трехмерному сканированию автодорог, инфраструктуры, зданий и сооружений. Сканирование производится лидарами, установленными на транспортном средстве. Благодаря сканированию всех деталей дороги и ее окрестностей, включая дорожные

Рис.12.9. - Транспортная развязка: трехмерное облако точек / трехмерная

CAD-модель

157

ограждения, трещины в дорожном покрытии, кюветы, воздушные линии электропередач и т.д., специалисты могут построить высокоточные трехмерные компьютерные модели. Полученные модели чрезвычайно важны для планирования новой схемы дорог и их ремонта, для оценки маршрутов перевозки негабаритных грузов и управления инфраструктурой (рис.12.9).

Системы НМЛС позволяют легко и быстро собирать лидарные данные для нужд железнодорожного сообщения. Установки на самоходной дрезине или специально модернизированном автомобиле (см. рис.12.3) продемонстрировали способность систем обеспечивать данные необходимой точности для инфраструктуры железных до-

рог. Традиционные методы топографической съемки требуют частых измерений на подошве рельса, головке рельса и подошве противоположного рельса. Это трудоемкий, нарушающий нормальную работу железной дороги, а иногда и опасный, процесс. Сбор лидарных данных занимает гораздо меньше времени и сводит к минимуму нарушение железнодорожного сообщения. Люди не подвергаются опасности, а измерения могут проводиться чаще, и режим их легко выбирается оператором.

Аппаратная часть системы:

управляющий / навигационный блок;

интерфейс оператора;

один и более (до 4) лазерных сенсоров;

одна или 2 цифровый фотокамеры;

две платформы для установки сканеров с возможностью их переориентирования;

накопитель данных;

антенна системы IMU/GPS;

система навигации POS LV 420;

соединительные кабели.

158

160