CC BY
61
УДК 622.1:622.271
СОЗДАНИЕ ВЫСОКОТОЧНОЙ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ЗДАНИЯ «ХАН-ШАТЫР» В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ CYCLONE
Ольга Газисовна Бесимбаева
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: bog250456@mail.ru
Индира Ергазыевна Нургысанова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, бакалавр техники и технологии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: Indira_dancer@mail.ru
Гаухар Кайыркеновна Серикова
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, бакалавр техники и технологии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: Indira_dancer@mail.ru
Мария Ивановна Кириллина
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, бакалавр техники и технологии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: Indira_dancer@mail.ru
Юлия Борисовна Воробьева
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, бакалавр техники и технологии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: Indira_dancer@mail.ru
Богдан Владимирович Скакунов
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, бакалавр техники и технологии, тел. (7212) 56-26-27, e-mail: Indira_dancer@mail.ru
В статье представлена единая трёхмерная модель «облака точек» здания «Хан-Шатыр» с известными координатами, содержащая в себе информацию о точном расположении различных элементов строительных конструкций сооружения.
Ключевые слова: трёхмерное векторное моделирование, уравнивание облака точек, контроль геометрических параметров.
DEVELOPMENT OF HIGH-PRECISION THREE-DIMENSIONAL CONSTRUCTION'S MODEL WITH APPLYING THE PROGRAMME COMPLEX CYCLONE
Olga G. Besimbaeva
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, associate professor of «Mine survey and geodesy» department, cand. tech. sci., tel. (7212)56-26-27, e-mail: bog250456@mail.ru
Indira E. Nurgyssanova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, bachelor degree of technique and technologies, tel. (7212)56-26-27, e-mail: indira_dancer@mail.ru
Gaukhar K. Serikova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, bachelor degree of technique and technologies, tel. (7212)56-26-27, e-mail: indira_dancer@mail.ru
Maria I. Kirillina
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, bachelor degree of technique and technologies, tel. (7212)56-26-27, e-mail: indira_dancer@mail.ru
Yulia B. Vorobyova
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, bachelor degree of technique and technologies, tel. (7212)56-26-27, e-mail: indira_dancer@mail.ru
Bogdan V. Skakunov
Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, bachelor degree of technique and technologies, tel. (7212)56-26-27, e-mail: indira_dancer@mail.ru
The paper represents a single three-dimensional model of points's cloud of construction «Khan-Shatyr» with known coordinates, which content the information about accurate position various elements of building construction.
Key words: three-dimensional vector modeling, equalizing of points's cloud, monitoring of geometric parameters.
Технологическая схема наземного лазерного сканирования для создания цифровых моделей объектов и местности состоит из следующих процессов:
- составление технического проекта на наземное лазерное сканирование;
- рекогносцировка и составление абрисов;
- создание планово-высотного обоснования;
- трёхмерное лазерное сканирование;
- предварительная обработка результатов сканирования;
- построение 3D моделей объектов или создание двумерных планов;
- оформление и сдача документации [1].
Грандиозное здание «Хан-Шатыр» является самым крупным торгово-развлекательным центром в Центральной Азии и самым высоким сооружением в столице Республики Казахстан г. Астана, построенным в период с 2006 по 2010 годы. Здание относится ко II классу и имеет 2 степень долговечности (от 50 до 100 лет).
Уникальный дизайн ТРЦ «Хан-Шатыр» (рис. 1) с неповторимой архитектурно-строительной концепцией разработан всемирно известным английским архитектором Норманом Фостером. ТРЦ «Хан-Шатыр» относится к строительным объектам повышенного уровня риска и инженерной сложности, в связи с чем, необходимо проведение мониторинга сооружения в целом и отдельных конструкций для его безопасного функционирования. Под руководством спе-
циалистов КарГТУ и представителей компании Leica Geosystems в Казахстане, было произведено трёхмерное наземное лазерное сканирование ТРЦ «Хан-Шатыр» [2].
Рис. 1. ТРЦ «Хан-Шатыр»
Управление процессом сканирования производилось с помощью модуля Cyclone Scan. С помощью этого модуля на каждой станции производилась разряжённая съёмка, которая позволяла определить положение марок. Марки легко распознавались сканером, так как имеют высокий отражательный коэффициент.
Полученные данные с НЛС программа Cyclone Scan записывает в единую цифровую базу данных с расширением *.imp. Данные структурированы и хранятся в наборе папок ScanWorlds. По умолчанию ScanWorld содержит объекты необходимые для уравнивания и три папки - по одной для трансформированных массивов точек, отснятых сканов и изображений с фотокамеры.
Результаты трёхмерного векторного моделирования из системы Cyclone экспортируются в системы автоматизированного проектирования AutoCAD (Autodesk, Inc., США) или MicroStation (Bentley Systems, Inc., США) в формате DXF или COE - специально разработанном формате для передачи данных.
ПО Cyclone делится на следующие модули: модуль Scan (для управления сканером), модуль Register (для уравнивания «облаков точек»), модуль Model (для обработки «облака точек» с целью получения трёхмерной модели).
Модуль Register содержит все функции для быстрого и точного уравнивания «облаков точек». Под уравниванием понимается процесс объединения «облаков точек», отснятых с разных точек установки сканера и создание единого координатного пространства. В этом модуле есть две технологии уравнивания «облаков точек». Первая технология - уравнивание с помощью сканирования и распознавания специальных визирных марок HDS. «Облака точек» можно уравнивать в локальную или государственную систему координат с применением результатов измерений электронным тахеометром на те же визирные марки. Вторая технология - поиск связующих точек по общим характерным контурам, отображённым в местах перекрытия отдельных сканов. Данная технология называется построение связующих по «облаку точек», позволяющая уравнивать
облака точек без использования визирных марок. На двух сканах выбираются минимум три общих контурных точки. Программа выделяет некоторую область вокруг этих точек и уравнивает общее геометрическое построение как совокупность всех точек. Оценить результат такого уравнивания можно дважды - по цифровому отчету и по визуальному сравнению наложения двух облаков. В результате появляется новая связь, которая уравнивается также как результаты измерения визирных марок. Подобная технология уменьшает время выполнения съёмки в поле и позволяет использовать процесс лазерного сканирования более гибко. После каждого уравнивания можно получить детализированный отчёт с диагностикой результата уравнивания. В статистический отчёт включено все полученные ошибки по каждому отдельному элементу уравнивания, по каждому отдельному «облаку точек» можно узнать общую СКО преобразования координат и углы разворота.
Уравнивание полученного «облака точек» в результате наземного лазерного сканирования ТРЦ «Хан-Шатыр», проводилось с помощью визирных марок. Процесс уравнивания четырёх сканов в модуле Register проходил менее одного часа. СКО уравнивания составила 2 мм. В результате уравнивания была получена единая трёхмерная модель «облака точек» здания «Хан-Шатыр» с известными координатами, содержащая в себе информацию о точном расположении различных элементов строительных конструкций сооружения (рис. 2).
Рис. 2. 3D модель «облака точек» ТРЦ «Хан-Шатыр»
В ряде случаев (например, при измерении) нет необходимости построения моделей. Достаточно использовать единое «облако точек» лазерных отражений, трансформированное в общую систему координат. Учитывая тот факт, что современные НЛС фиксируют истинный цвет и интенсивность отражения для
каждой точки, «облака точек» легко дешифрируются, что позволяет выделить интересующий конструктивный элемент и обработать его изображение.
По полученной трёхмерной модели «облака точек» здания «Хан-Шатыр» можно производить сравнение местоположения соединительных болтов основных несущих конструкций сооружения (супер-колонна, корзина, шпиль и т.д.) с проектными данными, определять изменение местоположения всех строительных конструкций в пространстве и между собой, выявлять деформации элементов (Рисунок 3).
Технология наземного лазерного сканирования [3], описав точками всю поверхность каждого элемента съёмки, обеспечило большой объём контролируемых точек, по которым можно осуществлять сбор информации о контролируемых геометрических параметрах. Плановые измерения позволяют обеспечить сплошной контроль вертикальных элементов здания и получить значения прогибов и отклонения колонн от осей, а высотные - прогибов и наклонов горизонтальных элементов здания.
Рис. 3. Основной несущий металлический каркас ТРЦ «Хан-Шатыр»
Полученная в итоге высокоточная 3Э модель («облако точек») здания «Хан-Шатыр» может быть использована для наглядной визуализации текущего состояния объекта, для проведения разнообразных геометрических измерений,
выполнения сравнительного анализа геометрических особенностей объекта и многих других инженерных задач.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Наземное лазерное сканирование: монография / В. А.Середович, А. В.Комиссаров, Д. В. Комиссаров, Т. А. Широкова // Новосибирск: СГГА, 2009. - 261 с.
2. Хмырова, Е.Н. Создание трёхмерной модели уникального здания «Хан-Шатыр» с использованием лазерного сканера [Текст] / Е.Н.Хмырова, О.Г.Бесимбаева, Г.Д. Кусаинов, О.К. Кошеров // Астана. Научный журнал «Вестник№6», 2012. - С. 188-192.
3. Середович, А.В. Построение трёхмерных моделей электроподстанций по данным наземного лазерного сканирования [Текст] / А.В. Середович, А.В. Комиссаров, А.В. Иванов, Т.А. Широкова, О.А. Дементьева // Международная научно-практическая конференция Geoifo-cad-Europe 2008, Италия. 25 мая - 5 июня 2008 г. - Новосибирск, ССГА, 2008. - С. 73-78.
© О. Г. Бесимбаева, И. Е. Нургысанова, Г. К. Серикова, М. И. Кириллина, Ю. Б. Воробьева, Б. В. Скакунов, 2016
