Ревякин А.А. Изыскания и проектиров. ж.д. Для самостоят. раб. 2017
.pdf
3) съемка и профилирование тоннелей (рис. 4.2);
4. промышленные измерения (определение объемов резервуаров);
5) горная промышленность.
Рис. 4.2. Съемка тоннеля
Применение воздушного лазерного сканирования. 1 Инженерные изыскания:
оперативное проведение инженерных изысканий больших и протяженных, труднодоступных территорий;
мониторинг больших территорий. 2 Горная промышленность:
создание и мониторинг цифровых моделей открытых карьеров и подземных выработок (данные по интенсивности отражения и цвету позволяют создавать также геологические модели);
определение объемов выработок и складов.
3 Строительство и эксплуатация инженерных сооружений:
контроль строительства;
корректирование проекта в процессе строительства;
оптимальное планирование и контроль перемещения, установки и удаления крупных частей сооружений или оборудования;
монтажные работы, калибровка;
исполнительная съемка в процессе строительства и после его оконча-
ния;
мониторинг состояния объекта при эксплуатации.
Преимущества метода перед тахеометрической съемкой и другими наземными видами съемки:
мгновенная трехмерная визуализация;
высокая точность;
несравнимо более полные результаты;
быстрый сбор данных;
обеспечение безопасности при съемке труднодоступных и опасных объектов.
Материальные затраты по сбору данных и моделированию объекта методами трехмерного лазерного сканирования на небольших участках и объектах
41
сопоставимы с традиционными методами съемки, а на участках большой площади или протяженности – ниже. Сравнение временных затрат просто бессмысленно – счет идет на порядки.
Преимущества метода перед фотограмметрическими способами съемки:
1)лазерное сканирование и моделирование аналогично фотограмметрическим методам, но позволяет получать координаты с одной точки стояния и без последующей камеральной обработки – с возможностью контроля измерений непосредственно в полевых условиях. Кроме того, обеспечивается более высокая точность измерений по сравнению с фотограмметрическими методами при одинаковом удалении от снимаемого объекта;
2)возможность настройки некоторых моделей сканеров на фиксацию первого и/или последнего отражения, что позволяет разделять отраженный сигнал от растительности и поверхности земли – «пробивать» растительность;
3)упрощенная схема привязки к системе координат.
Финансовые и временные затраты говорят в пользу лазерного сканирования. При отсутствии необходимости векторизации трехмерного растра работа с результатами лазерного сканирования может выполняться в режиме реального времени, что для фотограмметрических способов невозможно.
42
5 ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
5.1 Электронные тахеометры
Тахеометр – это прибор, который производит любые угломерные измерения одновременно с измерением расстояний и по полученным данным, проводит инженерные вычисления, сохраняя всю полученную информацию.
На сегодняшний день на рынке электронных тахеометров существует широкий спектр приборов, отличающихся как по цене, так и по точностным характеристикам и выполняемым функциям. Все тахеометры можно разделить на три основные группы:
1Простейшие электронные тахеометры. Это самые простые по выполняемым функциям электронные тахеометры. Запись данных производится, как правило, во внутреннюю память (если такая существует) или на внешний накопитель. Производят самые простые функции измерений и вычисления (горизонтальное проложение, превышение). Угловая точность таких приборов находится в пределах 5»–6», линейная около 3–5 мм. Дальность измерения расстояния не превышает 1100–1500 метров.
2Ко второму типу электронных тахеометров относятся приборы среднего класса (электронные тахеометры Nikon, Trimble). Эти тахеометры несколько дороже, но получили наиболее широкое распространение. Они имеют встроенное программное обеспечение для производства практически всего спектра геодезических работ (разбитие геодезических сетей, съёмка и вынос в натуру, решение задач координатной геометрии: прямая и обратная геодезическая задача, расчет площадей, вычисление засечек (Современный электронный тахеометр, как и его оптический предшественник, измеряет углы и расстояния до вехи или штатива с отражателем.)). Угловая точность у таких приборов может быть от 1» до 5» в зависимости от класса точности.
3К третьему типу можно отнести электронные тахеометры, оснащенные сервоприводом, что позволяет выполнять роботизированные измерения. Эти приборы могут самостоятельно наводиться на специальный активный отражатель и производить измерения. В дополнение прибор с сервоприводом может оснащаться специальной системой управления по радио, при этом съёмку может производить только один человек, находясь непосредственно на измеряемой точке. Подобная схема съёмки увеличивает производительность проведения съемочных работ примерно на 80 % процентов. Если прибор с сервоприводом имеет безотражательный дальномер, то получаете систему для съёмок при проведении туннельных работ, съёмки фасадов зданий, съёмки карьеров, съёмки поверхности дорог и других площадных объектов для построения ЦММ с высокой степенью точностью.
Разберем подробнее один из последних электронных тахеометров. Trimble 5600 (рис. 5.1) – это электронный тахеометр, снабжённый серво-
приводом и дальномером, который позволяет проводить измерения без отражающих призм на расстояния до 400 метров.
43
Рис. 5.1. Trimble 5600
Тахеометры серии Trimble 5600 являются модернизацией ранее популярных тахеометров фирмы Spectra Precision Geodimeter 600. В современных условиях, для обеспечения конкурентоспособности, работу требуется выполнять быстро и качественно. Помимо этого необходимо владеть современными цифровыми технологиями в производстве топографо-геодезических работ. Если Вы хотите, чтобы производство было рентабельно и у Вас нет ресурсов вручную переписывать и обрабатывать данные со старых приборов, то электронные тахеометры серии Trimble 5600 позволят вам совершить технологический прорыв в методике, качестве и скорости измерений.
Тахеометры серии 5600 снабжены 4-скоростным сервоприводом, который обеспечивает плавное, точное и быстрое наведение на цель при съёмке или выносе в натуру. Сервопривод позволяет существенно автоматизировать процесс измерений. Например, если необходимо произвести измерения углов круговыми приёмами, наведите инструмент один раз на каждую из точек, после чего инструмент сам повторит измерения автоматически, столько раз, сколько это будет необходимо. Кроме того, сервопривод является незаменимым при выносе объекта в натуру. Оператору достаточно ввести координаты выносимой точки и прибор сам развернется в нужном направлении. Тахеометр серии Trimble 5600 с сервоприводом является основой полностью автоматизированной системы измерений и позволяет выполнить дальнейшую модернизацию с использованием опций Autolock и Robotic.
Для увеличения производительности более чем на 50 % возможно дооснастить тахеометр Trimble 5600 системой Autolock (рис. 5.2). Тем самым Вы получаете возможность проводить полуавтоматические измерения.
Рис. 5.2. Система Autolock
С системой Autolock прибор сам находит «активный» отражатель, точно наводиться на него и отслеживает его перемещение от точки к точке. Техноло-
44
гия Autolock сокращает время и ошибки наведения на цель, а также позволяет эффективно работать даже при плохих погодных условиях. Например, Вы сможете выполнять измерения и делать вынос в натуру с той скоростью, с которой сможет перемещаться реечник.
Установив на тахеометр Trimble 5600 систему Robotic (рис. 5.3), Вы можете увеличить производительность на 80 %. Технология Robotic позволяет проводить измерения и делать разбивку одному человеку, находясь с отражателем непосредственно в измеряемой точке. Комплект Robotic состоит из 3 компонентов: активного отражателя, системы Autolock и системы радиосвязи. Панель управления от прибора крепится на вешке с активным отражателем, тем самым оператор может полностью управлять прибором, находясь от него на достаточно большом расстоянии. Robotic – это идеальная система для всех типов измерений и для выноса в натуру. Роботизированные измерения гарантируют более высокое качество получаемых данных, так как Вы полностью контролируете процесс съёмки. В качестве панели управления можно использовать не только клавиатуру Geodimetеr, но и любой другой контроллер Trimble, напри-
мер, TSC1, TSCe или ACU.
Рис. 5.3. Система Robotic
Вместо обычного дальномера Trimble 5600 может быть оснащен высокоточным безотражательным дальномером DR200+. Этот тип дальномера обеспечивает измерение расстояний до 200 метров (для объекта серого цвета, отражающего только 18 % попадающего на него сигнала) без использования призменного отражателя. Безотражательный дальномер DR позволяет проводить и традиционные измерения расстояний с использованием призменных отражателей или отражающих марок, при этом дальность измерений значительно увеличивает по сравнению с обычным дальномером (до 5500 метров).
Безотражательный дальномер предназначен для работы в тех местах, где нет возможности или просто опасно поставить отражатель, например при съемке поверхности дорог. Теперь становиться доступным съемка таких объектов, как мосты, туннели, линии электропередачи, фасады зданий, и поверхности дорог при сильном потоке автотранспорта и многого другого.
45
Точность измерений без отражающих призм:
–до 200 метров ± (3мм + 3 ppm x D);
–более 200 метров ± (5мм + 3 ppm x D).
Диапазоны измерений без отражающих призм:Серый до 200 м.
Белые поверхности до 200–400 м.Бетон до 200–300 м.
Деревянные строения 150–300 м.
Металлические строения 150–200 м.Светлые поверхности 150–250 м.
Темные поверхности до 100–150 м.
Примечание: диапазон и точность может меняться в зависимости от погодных условий, видимости и отражающих качествах различных типов поверхностей.
Trimble 5600 позволяет проводить измерения, даже при слабо отраженном сигнале. Плохие погодные условия или измерения расстояний до объектов, находящихся более чем в 200 метрах могут стать причиной слабого обратного сигнала, в этом случае Trimble 5600 выдаст сообщение об ошибке, так как точность результата не будет соответствовать заданной. Однако если вам требуется получить данные в любом случае можно установить другую точность измерения расстояния, например, «загрубить». Вы можете менять точность измерений в диапазоне от 1 мм до 0.9 м.
Сканирование поверхностей. На тахеометрах Trimble 5600, оснащенных безотражательным дальномером DR200+, можно установить программу для сканирования поверхностей. От Вас только требуется указать область, которая должна быть отсканирована и интервал между точками. Данная функция может оказаться полезной для измерений, связанных со строительством тоннелей, дорог и аэродромов (оценка качества покрытия с высокой точностью), разработкой котлованов и пр. Данные, полученные таким способом измерений, могут быть легко использованы для детального расчёта объёмов работ при строительстве сложных объектов.
Существуют ситуации, в которых измерения GPS-системами более производительны чем, использование обычного электронного тахеометра и наоборот, когда электронный тахеометр позволяет делать съёмку в тех местах, где нет возможности работать с GPS. В современных условиях совместная работа GPS-оборудования и электронных тахеометров, обеспечивает наивысшую производительность, независимо от типа рельефа и залесённости. В этом случае контроллеры TSC1, TSC являются универсальным устройством для сбора и хранения данных. Измерения, накопленные контроллером от GPS приемника и электронного тахеометра, хранятся в одном проекте и могут быть совместно обработаны в ПО Trimble Geomatics Office или Trimble Total Control.
46
Рис. 5.4. Интеграция с GPS-измерениями
5.2 Правовые вопросы получения разрешения на использование приемника GPS
В настоящий момент действует Закон РФ «О геодезии и картографии» от 26 декабря 1995 г. №209-ФЗ в котором в ст. 12 установлено, что геодезическая
икартографическая деятельность лицензируется. Более того, до 8 июня 2001 года действовало Положение о лицензировании топографо-геодезической и картографической деятельности в РФ, утвержденное Постановлением Правительства РФ от 26 августа 1995 г. № 847, в качестве приложения к которому был утвержден Перечень видов топографо-геодезических и картографических работ, подлежащих лицензированию. В этом перечне, действительно, под п. 1.14 присутствовала следующая деятельность: «Определение координат геодезических пунктов и точек земной поверхности с использованием автономных средств определения координат (геодезических спутниковых приемников)». При этом не оговаривались условия применения приемников GPS. Формально, в силу перечисленных подзаконных актов, любая деятельность по применению приемников GPS, действительно, требовала наличия определенного разрешения. Теперь, наконец, переходим к современному состоянию вопроса.
Постановлением Правительства РФ от 8 июня 2001 г. № 453 было утверждено новое Положение о лицензировании геодезической и картографической деятельности в РФ, в приложении к которому утвержден новый Перечень работ, входящих в состав лицензируемой геодезической и картографической деятельности. Лицензируется только та деятельность по применению приемников GPS, которая связана с «выполнением следующих геодезических и топографических работ при проведении инженерных изысканий, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, межевании земель, ведении кадастров, а также иных изысканий и специальных работ».
Итак, мы посмотрели все правовые аспекты, связанные с приобретением
ииспользованием приемников GPS и не обнаружили никаких ЗАКОННЫХ оснований для требования получения каких-либо разрешений на все эти действия
47
ни с точки зрения использования приемника GPS, как радиоэлектронного устройства, ни с точки зрения использования его для определения географических координат.
Таким образом, вы можете смело определять свои координаты на местности уже в силу того, что приобрели чудесный приборчик, способный это делать с достаточной точностью. Любые требования лиц в милицейской форме предъявить на это дополнительное «разрешение» не основаны на законе.
Более того, попытка любых должностных и псевдодолжностных лиц изъять у Вас указанный бытовой прибор, аналогична действиям по изъятию у Вас кошелька, очков, сумки, телефона и любого другого имущества. В этом плане правовой режим владения приемником GPS ничем не отличается от всех перечисленных, не менее обыденных, вещей.
48
6 СОЗДАНИЕ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ
6.1 Растровое изображение
При сканировании бумажной карты получаем растровое изображение. Растровым изображением называется изображение, представленное дву-
мерным массивом точек, каждая из которых имеет свой цвет. В монохромных, или бинарных, растровых изображениях любая точка может иметь только один из двух цветов, черный или белый. Эти точки называются растровыми точками.
Растровые изображения могут быть получены сканированием оригинального изображения с бумаги, преобразованием видеоизображения специальным декодером или с помощью программы – редактора растра.
При выводе растрового изображения на экран мы сталкиваемся с понятием масштаба вывода. При масштабе 1:1 одной точке растрового изображения соответствует одна точка экрана. Можно увеличить изображение на экране вчетверо (масштаб 4:1), при этом каждой точке растрового изображения будет соответствовать шестнадцать точек экрана.
Легко видеть, что с увеличением масштаба вывода изображение становится все более «грубым» и «зазубренным».
Растровые изображения обладают существенными недостатками, основным из которых является то, что информация об изображении представляется в виде набора точек и поэтому не содержит, в явном виде, данных о геометрии и размерах объектов.
Поэтому программы, использующие компьютерную графику для расчетов: CAD/CAM, GIS системы, программы анимации и мультипликации и т.п. – используют другую форму представления графической информации – векторные изображения.
6.2Векторная форма представления изображений
Воснове векторного изображения (рис. 6.1) лежат элементарные графические объекты: линия, дуга, окружность и т. п., называемые примитивами векторного изображения. Каждый примитив исчерпывающе характеризуется набором своих параметров (тип векторного объекта, который определяет его форму, координаты базовых точек, размеры и т.п.).
Например, окружность в системе с векторным представлением изображения. Чтобы подвинуть окружность, достаточно изменить значения координат ее центра; чтобы сделать ее больше, изменим значение радиуса, а перекрашивая – изменим приписанный ей цвет.
При масштабировании векторных изображений им не грозят искажения, свойственные растровым файлам. Просто пропорционально увеличиваются (или уменьшаются) значения внутренних параметров примитивов при их выводе на экран.
49
Векторное описание изображения, в отличие от его растрового аналога, позволяет выйти за рамки привычных «плоских» чертежей или карт и шагнуть в увлекательный мир трехмерных объектов.
Рисунок 6.1 – Векторная и растровая модели местности
Зная коренные отличия представления изображения в растровых и векторных файлах, можно легко понять, в чем собственно заключается процесс векторизации. По своей сути – это замена совокупностей растровых точек на векторные примитивы, являющиеся их геометрическими аналогами. Однако кроме этой тривиальной замены при векторизации решаются и другие задачи:
минимизация числа векторных примитивов (две пересекающиеся линии разных слоев должны остаться двумя линиями, а не четырьмя линиями, сошедшимися в одной точке);
восстановление информации, частично утраченной или искаженной изза износа бумажного носителя, дефектов чертежных инструментов, дефектов исполнения, погрешностей сканирования;
«расслоение» изображения по его смысловому содержанию (например, карта может содержать слои рельефа, автодорог, коммуникаций, границ земельных участков и т. д.);
ввод атрибутивной информации для графического объекта (например, напряжение линии электропередач, диаметра трубопровода, площадь земельного участка, его собственник и т.п.);
построение корректной топологической структуры информации, соответствующей требованиям конечной ГИС или САПР.
Таким образом, с помощью программы-векторизатора можно создать файлы векторных и атрибутивных данных, несущие в себе гораздо больше информации, чем исходный бумажный материал.
50