ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ МАСШТАБА 1:500 НА ТЕРРИТОРИИ КРАЙНЕГО СЕВЕРА

В статье рассмотрен пример использования данных, полученных с помощью системы наземного лазерного сканирования (далее – НЛС), при создании топографического плана масштаба 1:500 объекта топливно-энергетического комплекса (далее – ТЭК) на территории Крайнего Севера.

Картографирование местности в двухмерном пространстве во все времена являлось одним из основных направлений топографо-геодезического производства. Топографическая съемка на территориях Крайнего Севера имеет массу сложностей: погодные условия, высокая стоимость содержания полевой партии, транспорт. Использование НЛС может позволить уменьшить сроки выполнения полевых работ за счет высокой производительности.

Первая область, где начали применяться системы наземного лазерного сканирования, стала топография. Основным преимуществом НЛС по сравнению с тахеометрической и спутниковой съемкой, является высокая производительность. Относительно других видов съемок, съемка с использованием НЛС имеет в разы сокращенный по времени процесс выполнения полевых измерений, в то время как камеральная обработка занимает большее время. Также эта технологии обладает избыточными данными, которые могут позволить использовать их для других целей, например, для составления обмерных чертежей по облаку точек, создания трехмерных моделей [1, с. 9].

Наземное лазерное сканирование является самым оперативным и высокопроизводительным средством получения точной и наиболее полной информации о пространственном объекте. Суть технологии НЛС заключается в определении пространственных координат точек объекта. Процесс реализуется посредством измерения расстояния до всех определяемых точек с помощью фазового или импульсного безотражательного дальномера. На пути к объекту импульсы лазерного дальномера сканера проходят через систему, состоящую из одного подвижного зеркала, которое отвечает за вертикальное смещение луча. Горизонтальное смещение луча лазера производится путем поворота верхней части сканера относительно нижней, жестко прикрепленной к штативу. Зеркало и верхняя часть сканера управляются прецизионными сервомоторами. В конечном итоге именно они обеспечивают точность направления луча лазера на снимаемый объект. Зная угол разворота зеркала и верхней части сканера в момент наблюдения и измеренное расстояние, процессор вычисляет координаты каждой точки [2]. Схема работы изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема работы наземного лазерного сканера

Данные получаемые с помощью НЛС называются «облако» точек, так как представляют собой пространственно-точечную модель. Рассмотрим облако точек объекта ТЭК, полученного с помощью системы НЛС Leica Scanstation P40. Используя геометрические примитивы программы, можно оцифровывать линейные объекты с целью создания топографического плана масштаба 1:500. На рисунке 2 изображен скриншот функционального окна программного комплекса Leica Cyclone, с обработанным облаком точек объекта ТЭК и оцифрованными линейными объектами.

Рисунок 2. Скриншот функционального окна Leica Cyclone

Инструменты программы позволяют наполнять векторные модели атрибутивной информацией, геометрическими характеристиками. Распределение графики по слоям упростит интеграцию векторной модели в другие программные продукты, с целью оформления топографического плана в соответствии с требованиями нормативно-технических документов и стандартов организации заказчика. На рисунке 3 изображен скриншот функционального окна программного комплекса Leica Cyclone, на котором изображено сечение по вертикали трубопровода для определения диаметра трубопровода.

Рисунок 3. Скриншот функционального окна Leica Cyclone

Рисунок 4. Скриншот функционального окна Leica Cyclone

Погрешность измерения геометрических параметров по облаку точек связана с ошибкой уравнивания облаков точек с разных станций установки прибора. На рисунке 4 изображен скриншот функционального окна Leica Cyclone модуля Register, в котором происходит уравнивание данных НЛС, на скриншоте выделен перечень ошибок уравнивания, начиная от большего. Погрешность уравнивания рассматриваемого облака точек в пределах 1,2 см, то есть возможная ошибка при определении геометрических параметров. Невысокие значения ошибок позволяют наполнять векторную модель атрибутивными данными, достаточными для создания топографического плана масштаба 1:500, в соответствии с требованиями к точности, указанными в п.п.5.1.1.16-5.1.1.18 СП 47.13330.2012.

Векторную модель, созданную по облаку точек, можно интегрировать в Autocad Civil 3D, для выполнения работ по оформлению и наполнению топографического плана, в соответствии с правилами СП 11.104.97. На рисунке 5 изображен скриншот функционального окна Autocad Civil 3D, с интегрированной под среду данной программы векторную модель до оформления.

Рисунок 5. Скриншот функционального окна Autocad Civil 3D.

Используя инструменты программного комплекса Autocad Civil 3D, векторную модель, созданную по облаку точек, можно оформить согласно принятым условным обозначениям для масштаба 1:500 [3]. На рисунке 6 изображен фрагмент оформленного топографического плана.

Рисунок 6. Скриншот функционального окна Autocad Civil 3D.

На основании опыта производства работ установлено, что использование наземных лазерных сканеров для создания крупномасштабных топографических планов, позволяет создавать продукцию, соответствующую нормативным требованиям к точности, в то же время существенно сокращая срок выполнения полевых работ не в убыток качеству. Данная технология, при использовании на территориях Крайнего Севера, позволит уменьшить расходы на полевые работы, а избыточность информации обеспечит полнотой полученные данные, которые в свою очередь будут полезны для принятия грамотных проектных решений в будущем.

Список литературы:

1. Наземное лазерное сканирование: монография / В.А. Середович, А.В. Комиссаров, Д.В. Комиссаров, Т.А. Широкова. – Новосибирск: СГГА, 2009. – 261 с.
2. Фрейдин А. Использование технологии лазерного сканирования //Новый уральский строитель. — 2011. — № 3. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://nus-ural.ru/archive/2011/3/340/544/ (дата обращения 14.06.2018).
3. Условные знаки для топографических планов масштабов 1:5000 1:2000 1:1000 1:500. Текст.-М.: « Недра», 1998 - 198 с.