CC BY
226
КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ПЛАНОВ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ. СЛОЖНОСТИ И ПУТИ РЕШЕНИЯ
Татьяна Александровна Хлебникова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного 10, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. 8913-474-19-70, e-mail: t.a.hlebnikova@ssga.ru
Олеся Борисовна Архипова
Новосибирский филиал ООО «Геопроектизыскания», 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Станционная, 36, руководитель отдела инженерных изысканий Новосибирского филиала ООО «Геопроектизыскания», тел. 8905-954-75-36,e-mail:arhialeks@mail.ru
Статья посвящена вопросам, связанным с совершенствованием технологии создания цифровых топографических планов для инженерно-геодезических изысканий инженерных сооружений. При использовании топографических планов на стадии проектирования часто возникает необходимость визуального представления, а также метрических данных таких объектов как опоры, тросы, гирлянды и т.д. Предлагается информацию топографических планов дополнять трехмерными моделями таких объектов. Представлена схема технологии. Рассмотрены основные сложности, возникающие при разработке данной технологии.
Ключевые слова: технология, цифровой топографический план, измерительная трехмерная видеосцена, ЦМР, ЦМО, ЦФС, 3D ГИС.
COMBINED METHOD OF CREATING DIGITAL TOPOGRAPHIC PLANS FOR ENGINEERING AND GEODESIC SURVEY OF ENGINEERING CONSTRUCTIONS. COMPLEXITY AND SOLUTIONS
Tatyana A. Khlebnikova
Sibirian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Assoc. Prof., Department of Ingineering Geodesy and surveying, tel. 8913-474-19-70, e-mail: t.a.hlebnikova@ssga.ru
Olesa B. Arkhipova
Novosibirsk branch of LLC «Geoproectiziskania» 630108, Russian, Novosibirsk, 36 Stancionnaya, head of Department of engineering survey of Novosibirsk branch of LLC « Geoproectiziskania», tel. 8905-954-75-36, e-mail: arhialeks@mail.ru
The article is devoted to the issues connected with the improvement of technologies for creation of digital topographic plans for engineering and geodesic survey of engineering constructions. When using topographic plans on a design stage often need a visual representation, as well as metric data objects such as support, cables, lights etc. Offers information topographic plans complement the three-dimensional models of the objects. A diagram of the technology. The main problems arising in the development of this technology.
Key words: technology, digital topographic plan, measuring three-dimensional video stage, DEM, DMO, DFS, 3D GIS.
В настоящее время для целей строительства, расширения и реконструкций электрических подстанций (ЭП) и воздушных линий (ВЛ) на стадии проектирования составляют комплексные отчеты по инженерным изысканиям этих объектов. Согласно нормативно-техническим документам (НТД) по строительным нормам и правилам [7] в состав работ при инженерных изысканиях для строительства ЭП и ВЛ входят следующие этапы: инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерногидрометеорологические и инженерно-экологические изыскания.
Инженерно-геодезические изыскания для строительства названных объектов должны обеспечивать получение топографо-геодезических материалов и данных о ситуации и рельефе территории (в том числе дна водотоков, водоемов и акваторий), существующих зданиях и сооружениях (наземных, подземных и надземных), элементах планировки (в цифровой, графической, фотографической и иных формах), необходимых для комплексной оценки природных и техногенных условий территории строительства и обоснования проектирования, строительства и эксплуатации объектов, а также создания и ведения государственных кадастров, обеспечения управления территорией, проведения операций с недвижимостью [7, 8]. В результате выполнения изысканий обеспечиваются:
- развитие опорных геодезические сетей, включая геодезические сети специального назначения для строительства;
- обновление топографических и инженерно-топографических планов;
- создание инженерно-топографических планов (в графической, цифровой, фотографической и иных формах), профилей и других топографогеодезических материалов и данных, предназначенные для обоснования проектной подготовки строительства;
- создание и ведение геоинформационных систем (ГИС) поселений и предприятий, государственных кадастров (градостроительного в соответствии с требованиями НТД, земельного и др.);
- создание и обновление тематических карт, планов и атласов специального назначения (в графической, цифровой, фотографической и иных формах);
- создание топографической основы и получение геодезических данных для выполнения других видов инженерных изысканий, в том числе при геотехническом контроле, обследовании грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений, разработке мероприятий по инженерной защите и локальном мониторинге территорий, авторском надзоре за использованием изыскательской продукции в процессе строительства;
- сформирование и ведение государственных территориальных фондов материалов инженерных изысканий органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации или местного самоуправления и государственного ведомственного фонда материалов комплексных инженерных изысканий Федерального органа исполнительной власти по строительству, а также фондов других министерств и ведомств.
Для выполнения инженерно-геодезических изысканий используются данные тахеометрической съемки, лазерного сканирования, съемки GPS-приемниками и картографические материалы предыдущих лет. В Новосибирском филиале ООО «Г еопроектизыскания», как и в любой другой организации инженерно-изыскательской отрасли, одним из основных документов инженерно-геодезических изысканий, считается топографический план заданного масштаба (от 1: 500 до 1: 5 000) в формате системы автоматизированного проектирования и черчения AutoCAD (компания Autodesk).
Данный топографический план должен удовлетворять требованиям НТД.
На следующей стадии материалы изысканий передаются проектировщикам, которые сталкиваются с определенной задачей связанной с визуализацией. Во многих случаях на стадии проектирования необходимо наглядное представление таких объектов как экспликации, опоры, тросы, гирлянды, а также участков пересечения трассы с искусственными и естественными преградами. Возникает необходимость выезда на местность для визуального осмотра указанных объектов, что приводит к дополнительным временным и материальным затратам.
Cложность достоверного отображения объектов на цифровых топографических планах возрастает, когда на территории находится большое число подземных и наземных коммуникаций различного назначения. В таких ситуациях ряд авторов рекомендуют исполнительную съемку выполнять в более крупных масштабах, сложные объекты сопровождать фотоснимками, полученными цифровой неметрической камерой, выполнять съемку наземными лазерными сканерами [9]. При этом наземная лазерная съемка имеет достоинства и недостатки.
Использование цифровых фотоснимков вместо эскизов c изображениями опор, тросов и т. д. улучшает восприятие и повышает информативность топографического плана.
Нами предлагается комбинированный способ создания цифровых топографических планов в котором информацию топографических планов предлагается дополнять трехмерными моделями объектов. Трехмерные модели (SD-модели, трехмерные видеосцены) - новые виды цифровых геопространственных продуктов, которые представляют собой трехмерные пространственные аналоги реальных объектов местности. Получению таких новых видов цифровой продукции способствовало использование достижений трехмерной машинной графики при пространственном моделировании местности в геоинформационных технологиях [4,6].
Использование комбинированного способа создания цифровых топографических планов даст возможность пользователю получить дополнительную информацию в виде трехмерных видеосцен отдельных участков или объектов. Трехмерные видеосцены не только улучшают восприятие и повышают информативность цифрового топографического плана, но и позволяют выполнить измерительные операции. При этом
минимизируется необходимость выездов на местность. Исследований по практическому использованию трехмерных видеосцен в литературе отражено мало.
Материалы, рассматриваемые в данной статье, представляют собой продолжение работ, опубликованных в [5, 10]. На основе базовых понятий, приведенных в известных словарях по геоинформатике и картографии (данные, пространственные данные, геопространственные данные, местность, территория), в [5] сформулировано свое определение этого цифрового геопространственного вида продукции. Согласно этому определению, трехмерная измерительная видеосцена - это трехмерная цифровая модель участка территории (3Э ЦМТ), включающая в себя цифровую модель рельефа и модели других объектов, расположенных в границах рассматриваемой территории, предназначенная для визуализации в статическом или динамическом режимах и расчетно-измерительных операций с использованием специальных программных средств географических информационных систем (ГИС).
По мере практического применения трехмерных цифровых моделей территории, пользователи выявили недостатки, приводящие к ограничению их использования. Поэтому совместное применение цифровых топографических планов (ЦТП) и трехмерных измерительных видеосцен позволит по наиболее надежно опознаваемым объектам на трехмерной видеосцене определять значения координат и высот точек интересующего объекта территории на цифровом плане с точностью, регламентированной для масштаба данного плана.
Возможности 3Э ГИС в настоящее время позволяют только раздельное формирование трехмерной видеосцены, т. е. формирование поверхности, затем «насадку» на нее трехмерных объектов на (под) ней расположенных (постройки, ограждения, деревья и т. д.).
Как показано в [5, 10, 11], исходными данными для создания измерительных трехмерных видеосцен средствами 3Э ГИС служат растровые изображения земной поверхности, цифровые модели местности (ЦММ), включающие в себя цифровую модель рельефа (ЦМР) и трехмерную цифровую модель объектов местности (ЦМО).
В связи с изложенным, в технологию получения цифрового топографического плана предполагается включить следующие этапы:
- создание цифровых топографических планов по известной технологической схеме;
- составление схемы участков, требующих создания измерительных трехмерных видеосцен;
- сбор информации ЦМР, ЦМО по материалам аэрофотосъемки, космической съемки высокого разрешения, а также по материалам, полученным малоформатными неметрическими цифровыми камерами для дальнейшего создания трехмерных видеосцен на выбранные участки;
- создание моделей рельефа и объектов, трехмерных видеосцен средствами 3Б ГИС;
- создание цифрового топографического плана, дополненного трехмерными видеосценами.
В настоящее время ряд аэрогеодезических предприятий начинают использовать малоформатные неметрические цифровые камеры для получения пространственных данных. Основные предпосылки использования неметрических цифровых камер для измерительных целей -компактность, оперативность и доступность. Опыт использования таких камер приводится в литературе, например в [3].
Определены необходимые условия, при которых будут получены цифровые топографические планы комбинированным способом.
1. Цифровой топографический план, полученный комбинированным способом, должен включать цифровой топографический план и трехмерные видеосцены отдельных участков плана.
2. Параметры исходных материалов аэрокосмических съемок: масштаб аэрофотосъемки, разрешение космической съемки - должны обеспечивать создание цифрового топографического плана в диапазоне не мельче 1:10 000;
3. Точность не ниже заданной точности положения объектов и контуров, входящих в состав цифрового топографического плана.
Технология создания ЦММ местности по материалам аэрофотосъемки известна, поэтому здесь рассмотрены только некоторые особенности.
Исходя из схемы предложенной технологии, она может быть реализована на различных ЦФС и ГИС, способных работать с трехмерными видеосценами.
При создании ЦМР, ЦМО средствами фотограмметрических технологий для дальнейшего их использования в 3Э ГИС возникает задача комплексного согласования на информационном уровне трехмерных моделей территории, создаваемых на ЦФС, и трехмерных моделей территории, построение которых осуществляется во внутренних структурах 3Э ГИС на основе входных пространственных данных, получаемых экспортом из ЦФС.
Исходя из этого для проведения исследований предложенной технологии выбраны: ЦФС РИОТОМОБ (компания Ракурс, г. Москва); программа ГИС КАРТА 2011 - ГИС Панорама (ЗАО «КБ Панорама», Москва).
ЦФС РИОТОМОБ предусматривает импорт внешнего классификатора в заданном формате и последующее его использование при кодировании объектов и их характеристик в процессе сбора. Перечень классов объектов и их характеристик, используемых в классификаторе на производственный объект приведен в [10]. Приведенный перечень классов был принят, исходя из состава объектов на рассматриваемой территории. Для объектов ЭП, ВЛ и иных инженерных сооружений он будет другим.
При разработке технологии обозначены следующие сложности.
1. В зависимости от назначения трехмерной видеосцены нагрузка элементов содержания и объектов будет различной. Возникает проблема определения и обоснования необходимого и достаточного уровня детализации состава объектов. Должны быть разработаны критерии отбора и обобщения для показа объектов, обязательных на трехмерной видеосцене.
2. Разработка дополнительных требований к подготовке информационного обеспечения цифрового топографического плана, дополненного трехмерными видеосценами.
3. Вопросы точности измерений трехмерных видеосцен практически не отражены в литературе [1, 2]. Должны быть выполнены исследования по оценке точности объектов на цифровом комбинированном плане.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Антипов И. Т., Хлебникова Т. А. Исследование вероятностной оценки точности
пространственной аналитической фототриангуляции // Вестник СГГА. - 2011. - Вып. 2 (15). -
С. 50-57.
2. Антипов И. Т., Хлебникова Т. А. Проверка достоверности вероятностной оценки точности фототриангуляции применительно к реальным сетям // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012.
VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы
зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 58-63.
3. Антипов И. Т., Кобзева Е. А. Об использовании цифровых средне- и малоформатных камер для аэрофотосъемки // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 4. - С. 17-27.
4. Дуда Р. О., Харт П. Е. Распознавание образов и анализ сцен : пер.с англ. - М.: Мир, 1976. - 511 с.
5. Журкин И. Г., Хлебникова Т. А. Технология получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок // Геодезия и картография. - 2009. - № 8. - С. 43-48.
6. Основные проблемы пространственного представления местности в цифровых картографических изделиях / В. Н. Филатов, В. А. Авдеев, Р. С. Мухудинов, В. А. Радионов // Геодезия и картография. - 2007. - № 4. - С. 35-38.
7. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. - М.: МИНСТРОЙ РОССИИ. 1997. - 44 с.
8. СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства (одобрен письмом Госстроя РФ от 14 октября 1997 г. № 9-4/116). - М., 1997. - 86 с.
9. Комбинированный способ создания инженерно-топографических планов
масштаба 1: 500 промышленных территорий и отдельных промплощадок / Г. А. Уставич, В. А. Середович, Я. Г. Пошивайло, А. В.Середович, А. В. Иванов // Геодезия и картография. - 2009. -
№ 1. - С. 31-37.
10. Хлебникова Т. А. Исследование и разработка технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок : автореф. дис. на соиск. учен. степ. док. техн. наук по спец. 25.00.34. «Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия». - Новосибирск. - 2012. - 47 с.
11. Хлебникова Т. А., Кулик Е. Н. Результаты экспериментальных исследований технологии получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок // Вестник СГГА. - 2010. - Вып. 1 (12). - С. 74-82.
© Т. А. Хлебникова, О. Б. Архипова, 2014
