Научная статья на тему 'Метод проектирования ремонтов автомобильных дорог на основе мобильного лазерного сканирования'

Метод проектирования ремонтов автомобильных дорог на основе мобильного лазерного сканирования Текст научной статьи по специальности «Автомобильные дороги»

CC BY
342
267
Поделиться
Ключевые слова
САПР / автоматизированное проектирование / автоматизированное проектирование автомобильных дорог / лазерное сканирование / проектирование ремонтов автомобильных дорог / автомобильные дороги / транспортная инфраструктура

Аннотация научной статьи по транспорту, автор научной работы — Байгулов Андрей Николаевич, Романескул Максим Анатольевич, Шумилов Борис Михайлович, Губская Мария Михайловна

В данной статье рассматривается один из возможных методов проектирования ремонтов покрытий автомобильных дорог с применением технологий лазерного сканирования и САПР автомобильных дорог IndorCAD/Road. В работе описывается опыт проектирования ремонтов участков федеральных автомобильных дорог, в рамках которого общие трудозатраты на выполнения работ на основе мобильного лазерного сканирования были снижены на 15% по сравнению с классическими методами на основе тахеометрической съёмки.

Похожие темы научных работ по транспорту , автор научной работы — Байгулов Андрей Николаевич, Романескул Максим Анатольевич, Шумилов Борис Михайлович, Губская Мария Михайловна,

The method of road repair designing based on mobile lidar mapping

This article discusses one of the possible methods of the pavement repairs design with the use of laser scanning technology and CAD system for roads IndorCAD/Road. The paper describes the experience in the federal highways sections repair design in which the overall effort for execution of works based mobile laser scanning was reduced by 15% compared with the classical methods based on tacheometric survey.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Метод проектирования ремонтов автомобильных дорог на основе мобильного лазерного сканирования»

Метод проектирования ремонтов автомобильных дорог на основе мобильного лазерного сканирования

Байгулов А.Н., главный инженер проектов ООО «Индор-Мост» (г. Томск), Романескул М.А., начальник отдела изысканий ООО «Индор-Мост» (г. Томск), Шумилов Б.М., д.ф.м.н., профессор ТГАСУ (г. Томск),

Губская М.М., ведущий специалист ООО «Индор-Мост» (г. Томск)

В данной статье рассматривается один из возможных методов проектирования ремонтов покрытий автомобильных дорог с применением технологий лазерного сканирования и САПР автомобильных дорог IndorCAD/Road. В работе описывается опыт проектирования ремонтов участков федеральных автомобильных дорог, в рамках которого общие трудозатраты на выполнения работ на основе мобильного лазерного сканирования были снижены на 15% по сравнению с классическими методами на основе тахеометрической съёмки.

Комплексное использование современных методов сбора геодезической информации об исследуемом объекте, таких как технология воздушного (с летательных аппаратов) и наземного (с мобильных лабораторий) лазерного сканирования, САПР АД ЫогСАБДс^ и традиционных методов изысканий — новый подход к точности и качеству ремонта покрытий дорожных одежд и автомобильных дорог в целом.

Для получения быстрого и качественного решения по проектированию ремонтов необходимо систематически усовершенствовать все составляющие данного вида проектных работ, которые включают компоненты, приведённые на рис. 1.

В настоящее время проектирование ремонтных работ автомобильных дорог осуществляется, как правило, на основе данных топографической съёмки, выполняемой традиционными

геодезическими приборами (нивелиры, теодолиты, тахеометры) [1]. При этом, по отношению к двухполосным дорогам реализуется пятиточечная схема съёмки точек поперечных профилей (рис. 2а), формирующая псевдо-модель поверхности, которая соответствует всем формальным требованиям, но только не реальной геометрической модели автомобильной дороги (рис. 2б). В результате из-за недостатка исходных данных, инженер-проектировщик не может принять правильное экономически-целесообразное решение по формированию проектной поверхности.

Ещё одним сдерживающим фактором для получения качественных проектных решений является существующая методика в части восстановления геометрических параметров трассы в соответствии с нормативными требованиями [2]. Восстановления трассы, в данном случае, сводится к «ручному» трассированию и «подгонке»

Рис. 1. Блок-схема основных составляющих проектирования ремонтов

Рис. 2. Верх земляного полотна автомобильной дороги: 2а — данные для проектирования; 2б — реальная геометрия

к мнимой середине дороги. В результате получается неоправданно большое количество вершин углов теодолитного хода и не совсем внятные значения радиусов кривых и т.д. [3].

Кроме того, возможности современных САПР АД не позволяют в полной мере учесть специфику дорожных ремонтных работ, т.к. они в первую очередь реализованы для проектирования нового строительства и реконструкции.

Сегодня в инженерных изысканиях всё большее распространение получают технологии лазерного сканирования. Применительно к автомобильным дорогам, как к линейно-протяжённым геопространственным объектам, наибольшее распространение получило воздушное и наземное лазерное сканирование [3].

Воздушное лазерное сканирование (ВЛС) проводится с высоты 500-1500 м в зависимости от

Рис. 3. ВЛС участка автомобильной дороги общего пользования федерального значения Р-255 «Сибирь». Подъезд к г. Томск, км 71+000 - км 82+000

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 4. Общий вид лазерной сканирующей лаборатории Рис. 5. 3D-вид облака точек лазерного сканирования

поставленных задач. От высоты съёмки зависит точность получаемой информации. Средняя точность воздушного лазерного сканирования составляет 15 см в плане и 5 см по высоте (рис. 3).

Детализация полученной информации очень высока и достаточна для выполнения работ по планированию территории, определению объёмов земляных работ, экономической оценке проектов и т.д.

Воздушное лазерное сканирование широко используется в современных геоинформацион-ных системах (ГИС) и САПР АД как инструмент, позволяющий получать детальную информацию об автомобильной дороге и придорожной полосе.

Однако заявленная точность ВЛС и детализация верха земляного полотна не позволяют применять полученную цифровую модель рельефа (ЦММ) для моделирования проектной поверх-

ности с соблюдением требований по ровности и экономичности проектов ремонта.

Для данной задачи (авторами совместно со специалистами группы компаний «Индор») было принято решение о применении наземного лазерного сканирования с использованием лазерной сканирующей лаборатории компании ООО «ИндорСофт» (рис. 4). Сканирующая система лаборатории позволяет выполнять лазерное сканирование с высокой степенью детализации (36 000 точек/сек.) и высокой точностью (0,02 м в пост-обработке) (рис. 5).

Совмещение видов лазерного сканирования позволяет формировать цифровые модели покрытия существующей автомобильной дороги и придорожной полосы достаточной точности и детализации, необходимых для проектирования ремонтов, и формировать топографические планы различного масштаба.

Таблица 1

Вид работ Прямые трудозатраты, чел./час.

Тахеометрическая съёмка Технология мобильного лазерного сканирования

1) Создание планово-высотного обоснования:

— создание планово-высотного обоснования с помощью ГНСС приёмников; 128 128

— проложение теодолитных ходов; 128 128

— геометрическое нивелирование точек планово-высотного обоснования; 24 24

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

— заложение высотного базиса (опознаков). — 32

2) Съёмка исследуемого объекта 448 12 (8+4)

3) Обработка полученных материалов и оцифровка 248 480

4) Формирование отчёта 264 264

Итого: 1240 1068

Авторами статьи было проведено сравнение технологий инженерных изысканий в части трудозатрат: традиционными методами геодезической съёмки (тахеометрическая съемка) и лазерного сканирования на участке федеральной автомобильной дороги Р-255 «Сибирь», подъезд к г. Томску, км 71+000- км 82+000. Результаты сравнения приведены в табл. 1.

Исходя из полученных результатов, можно с уверенностью, говорить о том, что применение технологий лазерного сканирования существенно сокращает время на сбор топографической информации, хотя обработка полученных материалов (в том числе очистка от шумов) и оцифровка 3D-модели значительно увеличивает трудозатраты по сравнению с традиционными методами. Общая экономия по трудозатратам составляет примерно 15%.

Решение задач усовершенствования методики проектирования ремонтов и создания специализированных программных модулей САПР АД тесно связаны между собой. От выбранной методики проектирования ремонтов напрямую зависит функциональность программно-технического комплекса, отвечающего за проектирование ремонтов.

При использовании программного продукта IndorCAD/Road для проектирования ремонтов покрытий подготовка качественных проектных решений состоит из нескольких этапов:

1. Восстановление образующих линий дороги (ось, кромки, бровки, подошва и т.д.). Ввиду сложности восстановления проектной оси предлагается использовать новое понятие, применительно к автомобильным дорогам, срединной линии — это линия, проходящая через геометрический центр верха земляного полотна (на однородных участках).

2. Восстановление геометрического тела автомобильной дороги. Интерполирование недостающих участков дорожной полосы, в том числе, с использованием нового математического аппарата вейвлет-преобразования интерполяционных сплайнов. В результате чего достигается существенное сжатие сканированной информации о поперечных сечениях на участках, не требующих ремонта, при подробном описании неровностей и повреждений на участках, требующих ремонта.

3. Формирование проектной поверхности. Принципиально новым подходом в проектировании ремонтируемых покрытий является работа с пространственными поверхностями. Речь идёт об объединении процессов проектирования поперечных и продольных профилей в единую проектную поверхность, которая, в свою очередь, формируется с учётом различного рода ограничений и допущений (которые отвечают требованиям действующей нормативной литературы). В качестве основных допущений выступают: во-первых, разрешаются колебания поперечных

уклонов проезжей части (±5 %о); во-вторых, отгоны виражей осуществляются с учётом сложившейся «геометрии» поверхности дороги в зоне кривых в плане (т.е. допускается устройство отгонов не на переходных кривых, а индивидуально в каждом отдельном случае).

Учитывая при этом толщину нового покрытия, допускаемую величину фрезерования существующего покрытия и нормативную величину ровности покрытия по показателю 1М, осуществляется оптимизация проектной поверхности с целью минимизации объемов дорогостоящих слоёв выравнивания.

В заключение данной статьи отметим:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Применение технологий мобильного лазерного сканирования совместно с традиционными методами инженерных изысканий (в части подготовки планово-высотного обоснования) существенно сокращает временной интервал получения исходных данных для проектирования ремонтов автомобильных дорог. Плотность точек лазерного сканирования позволяет получить реальную геометрию существующей автомобильной дороги и создаёт качественную основу для проектов ремонта.

2. Модуль подсистемы ремонтов в составе САПР АД IndorCAD/Road апробирован на проектировании ремонта автомобильной дороги федерального значения А-322 Барнаул - Рубцовск

- граница с Республикой Казахстан, км 329+300

- км 336+610, Алтайский край. а

Литература

1. Технический отчёт по результатам сопоставительных испытаний лабораторий мобильного лазерного сканирования. Москва. Государственная компания «Автодор», 2013 г.

2. СНиП 2.05.05-85. Автомобильные дороги. Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 56 с.

3. Турсунов ДА, Шумилов Б.М., Байгулов А.Н., Колупаева С.Н. Предварительная обработка материалов лазерного сканирования автомобильных дорог // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета, №3, 2011, с. 153-163.