CC BY
49
ОСОБЕННОСТИ РАЗБОРНОГО МОБИЛЬНОГО ЛАЗЕРНОГО КОМПЛЕКСА НА ПРИМЕРЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «СКАНПУТЬ»
Андрей Викторович Антипов
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, кандидат технических наук, доцент кафедры «Инженерная геодезия», тел. (913)899-77-44, e-mail: brothersa@mail.ru
Павел Михайлович Секачев
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, ведущий инженер лаборатории «Диагностика дорожных одежд и земляного полотна», тел. (903)902-94-97, e-mail: sekachev.p@yandex.ru
В статье рассмотрены основные особенности разборных комплексов мобильного лазерного сканирования на примере аппаратно-программного комплекса «Сканпуть», процедура калибровки системы и области применения.
Ключевые слова: аппаратно-программный комплекс «Сканпуть», калибровка, точность.
FEATURES OF PORTABLE MOBILE LASER COMPLEX ON THE EXAMPLE OF HARDWARE-SOFWARE SYSTEM «SCANPUT»
Andrey V. Antipov
Siberian Transport University, 630108, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchuk, PhD, assistant professor, department of Engineering Geodesy, tel. (913)899-77-44, e-mail: brothersa@mail.ru
Pavel M. Sekachev
Siberian Transport University, 630108, Russia, Novosibirsk, 191 D. Kovalchuk, senior engineer, «Road and road bed monitoring» laboratories, tel. (903)902-94-97, e-mail: sekachev.p@yandex.ru
Basic features of portable mobile laser complex on the example of hardware-software system «Scanput» and calibrated procedure are presented in the article.
Key words: hardware-software system «Scanput», calibration, accuracy.
В последние годы в России развиваются скоростное и высокоскоростное движение поездов и соответствующая инфраструктура. Использование современного геодезического оборудования позволяет автоматизировать сбор и обработку метрической информации о местности. Одной из наиболее перспективных технологий в железнодорожном транспорте является мобильное лазерное сканирование (МЛС). Такие комплексы и сопутствующее программное обеспечение имеют высокую стоимость и не удовлетворяют решению специфических задач. Не всегда представляется возможным организовать выполнение съемки с помощью лазерного комплекса из-за постоянного движения железнодорожного транспорта по расписанию, а так же наличия различных факторов при организации работ.
Разработка систем МЛС, удовлетворяющих таким требованиям как точность, надежность, низкая стоимость, многозадачность является актуальной.
Одна из важных задач ж/д транспорта - определение геометрических параметров пути и съемки земляного полотна, эффективное решение которых можно обеспечить, используя измерительные тележки, как аппаратно-программного комплекса (АПК) «Профиль» и лазерные сканирующие системы. Другая задача - разбивка пикетажа, которая до недавнего времени выполнялась с использованием мерной ленты, дорожного курвиметра, электронного тахеометра. Первые два способа обеспечивают низкую точность, третий - накопление ошибки во время прокладки тахеометрического хода. Применение GNSS систем для решения этой задачи лишено этих недостатков. Совместное использование АПК «Профиль», сканирующих систем и спутниковой аппаратуры позволяет эффективно в реальном времени решать такие задачи как съемка ж/д пути и земляного полотна, паспортизация, разбивка пикетажа.
В 2010 г. сотрудниками лаборатории «Диагностики дорожных одежд и земляного полотна» Сибирского государственного университета путей сообщения был создан мобильный лазерный комплекс «Сканпуть» и программное обеспечение для его управления и предварительной обработки материалов съемки [1], основными особенностями которого являются:
- разборная конструкция;
- высокая точность определения координат точек местности;
- разбивка пикетажа в реальном времени;
- видеофиксация с координатной привязкой;
- собственное программное обеспечение;
- низкая стоимость.
Разборная конструкция системы позволяет выполнять безопасную транспортировку всех составляющих системы. Однако при сборке комплекса возникают погрешности определения параметров взаимного положения геометрических центров сканирующих головок, GNSS антенны, инерциального комплекса, видеокамеры. Для устранения этой проблемы разработана процедура калибровки, которая представлена на рис. 1.
После сборки комплекса и запуска всех узлов системы и программного обеспечения, предварительтно задаются выстовачные параметры (параметры взаимного положения узлов системы) с точностью 1 - 3 мм.
На расстояние 200 м друг от друга поперек оси пути расставляются три линии с 3 марками (одна в центре другие по 5 м от оси пути). Тахеометром определяются координаты центров марок. На ж/д путь устанавливается комплекс и выполняется съемка марок. Затем в специально созданном программном обеспечении выполняется уточнение значений параметров взаимного положения геометрических центров головок сканеров, GNSS оборудования, инерциальной системы, видеокамеры.
Созданный комплекс прошел процедуру метрологической аттестации и сертификации в результате которой выдано свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C27.007A №25716.
Сборка комплекса
Расстановка светоотражающих марок
Определение координат центров марок
Съемка установленных целей
____________________________________________________________________
Уточнение значений параметров взаимного положения узлов системы
Рис. 1. Калибровка АПК «Сканпуть»
С использованием АПК «Сканпуть» сотрудники ИЦ «Ямал» в течение трех лет определяют геометрические параметры пути и выполняют съемку земляного полотна и объектов инфраструктуры участка железной дороги Лабытнанги-Бованенкого. Средняя квадратическая ошибка (СКО) определения пространственных координат точек на расстоянии 50 м от оси пути не превышает 2 см, СКО разбивки пикетажа в реальном времени - 0,5 см.
Созданный комплекс можно использовать для построения трехмерных реалистичных сцен объектов ж/д транспорта и инфраструктуры, определения изменений земляного полотна и геометрических параметров рельсовых плетей, классификации лазерных точек [2,3,4,5].
На сегодняшний день производятся работы по совершенствованию программного обеспечения и алгоритмов, заложенных в нем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Секачев П. М. Разработка мобильных лазерных сканеров на примере АПК «Сканпуть» // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГТА, 2012. Т. 3. - С. 102-107.
2. Широкова Т. А., Антипов А. В., Арбузов С. А. Определение изменений на местности с применением данных лидарной съемки // 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: СГТА, 2012. Т. 1. - С. 38-45.
3. Широкова Т. А., Антипов А. В. Исследование параметров автоматической классификации точек лазерных отражений на основе построения триангуляционной поверхности для моделирования рельефа по данным лидарной съемки // Инженерные изыскания. - 2012. - № 10. - С. 22-26.
4. Широкова Т. А., Антипов А. В. Построение трехмерных моделей зданий городских территорий на основе данных воздушного лазерного сканирования // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 38-45.
5. Широкова Т. А., Антипов А. В. Методика создания трехмерных реалистичных сцен городских территорий по данным воздушного лазерного сканирования // Геодезия и картография. - 2013. - № 10. - С. 21-26.
© А. В. Антипов, П. М. Секачев, 2014
