CC BY
122DOI: 10.24411/2619-0761-2019-10046 УДК 528.482
МОНИТОРИНГ ДЕФОРМАЦИЙ РОБОТИЗИРОВАННЫМ ТАХЕОМЕТРОМ С ФУНКЦИЕЙ ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ LEICA MS-50
Сыч Анна Сергеевна - студент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, anechka.sych@wail.ru
Балык Валентин - студент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, balykvalentin@qmail.com
Кадина Надежда Сергеевна - ассистент, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, kadi-nadezda@yandex.ru
Аннотация: рассмотрены современные способы наблюдения за деформациями зданий и сооружений. Выполнены полевые и камеральные работы одного цикла наблюдений библиотечного корпуса с применением роботизированного тахеометра с функцией лазерного сканирования. Проведен анализ по полученной модели и выявлены отклонения.
Ключевые слова: наблюдения за деформациями, наземный лазерный сканер, мониторинг, тахеометр, способы наблюдений за деформациями.
Введение.
Яаблюдения за деформациями зданий и сооружений занимают значительное место в современной практике инженерно-геодезических работ. После введения любого здания или сооружения в эксплуатацию с течением времени часто могут возникать деформации всего сооружения или его отдельных частей, вызываемые влиянием природных и техногенных факторов. Эти деформации должны систематически изучаться и приниматься меры по устранению их влияния и предупреждению недопустимых последствий. В связи с этим возникает необходимость проведения геодезического мониторинга с целью изучения деформаций всего сооружения и отдельных его частей. В настоящее время мониторинг деформаций производят с помощью современных приборов, таких как наземные лазерные сканеры и тахеометры. В статье рассмотрен способ применения наземных лазерных сканеров при мониторинге деформаций за зданием библиотечного корпуса на территории БГТУ им. В.Г. Шухова [1].
Мониторинг за деформациями. Мониторинг за деформациями представляет собой контроль и систематические измерения геометрических параметров и расположения объектов. Измерения, получаемые при
проведении мониторинга, используют для отслеживания отклонений, анализа деформационных процессов, проверки и генери-р ов ания оповещений о тревожных событиях. Мониторинг - это периодический процесс, который проводится в несколько этапов: ведутся исследования по вертикальному и горизонтальному смещению объектов, наклоны (крены) строительных конструкций, измеряются уровни смещения относительно других объектов, определяются степени развития оползневых процессов, о б с л е д уются несущие конструкции на наличие трещин, выявляются нагрузки, приходящиеся на опорные строительные конструкции. Его следует проводить в течение всего периода строительства и в период эксплуатации. Значение деформаций принимается по расчетным величинам, нормативной документации или устанавливается проектной или эксплуатирующей организацией с включением в техническое задание.
Несмотря на большой выбор методов изучения состояния геологической среды (геологический, геофизический и геоморфологический методы) и определения деформаций особое место занимают геодезические методы. Они позволяют количественно и качественно оценить возникающие деформации земной поверхности и р асположенных на ней сооружений.
© ®
Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 4.0. Любое дальнейшее распространение этой работы должно содержать указание на автора (ов) и название работы, цитирование в журнале и DOI.
В процессе мониторинга за деформациями зданий и сооружений применяют различное оборудование и методы. Например, к таковым можно отнести лазерные сканеры и электронные тахеометры.
Как известно, тахеометр - высокоточный геодезический прибор. С его помощью измеряют вертикальные и горизонтальные углы, расстояния и превышения между точками, а также получают координаты измеряемых точек (х, у, г). Тахеометры подразделяются на технические, инженерные и роботизированные. Последние обладают различными техническими характеристиками, возможностями, комплектацией и стоимостью, что позволяет выбрать прибор под любые задачи.
Но в последние 5 лет тахеометры активно заменяют наземными лазерными сканерами. Хотя появились они еще в прошлом веке, и сейчас активно применяются в геодезии. Несмотря на довольно большую стоимость такого оборудования, компании приобретают данные приборы, ускоряя и упрощая съемку. Лазерный сканер оснащен в ы с о коскоростным лазерным дальномером, работающим в безотражательном режиме и опт иче ской системой, направляющей луч лазера - специальным поворотным зеркалом (рис. 1).
Принцип съемки тахеометром и лазерным сканером одинаков. Основным отличием от тахеометра является гораздо большая скорость измерений, наличие сервопривода, автоматически поворачивающего измерительную часть прибора как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях и самое главное - скорость (от 5000 измерений в секунду) и плотность (до десятков точек на 1 см2 поверхности). Полученная после измерений модель объекта
Рис. 1. Модель производства работ
роботизированным представляет собой гигантский набор точек
(от сотен тысяч до нескольких миллионов), имеющих координаты с точностью в нес кол ько миллиметров. Суть технологии лазерного сканирования заключается в определении пространственных координат точек поверхности объекта. Это реализуется посредством измерения расстояния до всех определяемых точек с помощью лазерного безотражательного дальномера [2].
Таблица 1
Основные характеристики Leica MS-50
Показатель Значение
Угловая точность 1" ГУ и ВУ
Точность измерения расстояний в безотражательном режиме 2 мм + 2 ррт
Диапазон безотражательных измерений 1,5...2000 м
Скорость сканирования 1000 точек/сек до 300 м
Дальность сканирования до 1000 м
Для решения задачи мониторинга необходимо использовать сеть опорных и деформационных пунктов, на которых выполняются повторные (циклические) геодезические наблюдения за деформациями здания.
В качестве опорной нивелирной сети для определения деформаций здания были ис пользованы глубинные реперы № 1, 2, 3. По периметру корпуса был проложен тахеометрический ход, состоящий из 8 станций, с которых в том числе велось и сканирование (рис. 2).
Рис. 2. Расположение реперов и станций в зоне расположения объекта
При переходе на последующую станцию, следует закрепиться на ней. Для этого производят съемку предыдущей и последующей станций.
Перед началом съемки устанавливается область сканирования и плотность (вертикальное и горизонтальное расстояния до соседних точек). Сканер самостоятельно ищет и сканирует с максимальной плотностью специальные визирные цели, служащие для определения системы координат объекта, а также используются как геодезическое обоснование для уравнивания отдельных сканов. После сканирования площадь съёмки (и предметы местности) в пределах досягаемости луча сканера равномерно покрывается точками, координаты которых определены с помощью сканера, и одновременно зарегистрирован уровень отражения сигнала от каждой точки. В момент измерения на дисплее прибора воспроизводится изображение отсканированной с этой станции местно-
сти, т.е . получают упрощённый и наглядный вариант сканирования. Полученная п о с л е с канирования модель представляет собой большой набор точек (от сотен тысяч до нескольких миллионов), закоорди-нированных с точностью до несколько миллиметров.
Объект съемки необходимо отсканировать со всех сторон (рис. 3). Единое описание объекта съемки можно получить только после уравнивания (объединения) всех «облаков точек» в единое геометрическое пространство. Данный процесс называется регистрацией.
Затем производится обработка сканов, состоящая из нескольких этапов:
- 1 этап: «сшивка» планов для получения единого облака точек;
- 2 этап: чистка облака точек от лишних шумов. Она производится с целью упрощения работы на последующих этапах.
Рис. 3. Получение 3D модели с помощью наземного лазерного сканера
Главной целью обработки является получение целостного скана (рис. 4). для полного покрытия снятой поверхности [1]. Т.к. был создан тахеометрический ход, то сканы были сшиты автоматически в единой системе координат.
После обработки облака точек был проведен сравнительный анализ по колоннам (из облака) с их проектным положением. В результате анализа были выявлены величины отклонений колонн здания от вертикальной плоскости. В среднем данное значение составило - 0...15 см.
Рис. 4. Обработанное облако точек корпуса БГТУ им. В.Г. Шухова
Заключение. Проведя съемку, выполнив поставленную задачу в выявлении отклонений, можно обосновать выбор данного прибора, выделив его достоинства:
- информативность - в результате получается трехмерное изображение реальности.
- время съемки - достаточно один раз выполнить сканирование, получив большое количество информации. Также, съемка с каждой станции ведется намного быстрее, чем тахеометром, которым необходимо наводиться на каждую стенную марку в здании или сооружении.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Байрачная А.А., Гура Д.А., Шевченко Г.Г. Сравнительный анализ функциональных возможностей роботизированных
тахеометров и наземных лазерных сканеров при выполнении определенных работ // Научные труды КубГТУ. 2017. № 9. С. 3646.
2. Антонович K.M. Наземное лазерное с к а н и р о в а ние. Введение в технологию. М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2006. 360 с.
REFERENCES
1. Bajrachnaya A.A., Gura D.A., SPevchenko G.G. Sravnitel'nyj analiz funkcional'nyh vozmozhnostej robotizirovann-yh taheometrov i nazemnyh lazernyh skanerov pri vypolnenii opredelennyh rabot // Nauchnye trudy KubGTU. 2017. № 9. S. 36-46.
2. Antonovich K.M. Nazemnoe lazernoe skanirovanie. Vvedenie v tekhnologiyu. M.: FGUP «Kartgeocentr», 2006. 360 s.
STRAIN MONITORING BY ROBOTIC TOTAL STATION WITH LASER SCANNING FUNCTION LEICA MS-50
Sych A.S., Ba/yk V, Kadina N.S.
Annotation: methods of observation of deformations of the library building by ground laser scanner are considered. Field and office works were performed. The analysis on the received model is carried out and deviations are revealed.
Key words: deformation observations, ground laser scanner, monitoring, total station, methods of deformation observations.
© Сыч А.С., Балык В., Кадина Н.С., 2019
Сыч А.С., Балык В., Кадина Н.С. Мониторинг деформаций роботизированным тахеометром с функцией лазерного сканирования Leica MS-50 //Вектор ГеоНаук. 2019. Т.2. №4. С. 45-49.
Sych A.S., Balyk V., Kadina N.S., 2019. Strain monitoring by robotic total station with laser scanning function Leica MS-50. Vector of Geosciences. 2(4): 45-49.
