CC BY
55
УДК 528.48/625.7
В.А. Середович, А.В. Середович, А.В. Иванов, Е.И. Горохова, О.Р.
Мифтахудинова
СГГА, Новосибирск
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ РЕМОНТА И СТРОИТЕЛЬСТВА ДОРОГ
Новое направление в применении технологии наземного лазерного сканирования (НЛС) контроль ремонта и строительства дорог.
Актуальность данного направления продиктована необходимостью вести более точный и качественный геометрический контроль на всех этапах проведения работ. В этом заинтересованы в первую очередь контролирующие организации и заказчики строительства и ремонта автодорог. В статье описывается опыт применения НЛС при контроле строительства и ремонта автодорог и предлагается технология проведения полевых и камеральных работ. Предлагаемая технология позволяет значительно повысить качество контроля строительства автодорог.
V.A. Seredovich, A. V Seredovich, A. V Ivanov, Ye. I. Gorokhova, O.R. Miftakhudinova SSGA, Novosibirsk
POSSIBILITIES OF APPLYING TERRESTRIAL LASER SCANNING FOR ROADS CONSTRUCTION AND REPAIRS
A new field of terrestrial laser scanning application is the control of roads construction and repairs.
The application seems to be important due to the need in a more accurate and qualitative geometrical control of works at all the stages. It is of interest to primarily the supervisory bodies and the customers of roads construction and repairs. The experience of terrestrial laser scanning application in road construction and repairs is described. The technologies for field and office works are offered. The technology offered by the authors allows for the considerable improvement of road construction control.
Новым направлением в применении технологии наземного лазерного сканирования (НЛС) является контроль ремонта и строительства дорог.
Актуальность данного направления продиктована необходимостью вести более точный и качественный геометрический контроль на всех этапах проведения работ. В этом заинтересованы в первую очередь контролирующие организации и заказчики строительства и ремонта автодорог.
Сибирской государственной геодезической академией (СГГА) выполнены практические работы по съемке нескольких участков автодорог, на которых выполнялся капитальный ремонт дорожного полотна c целью проведения контроля и апробации методики выполнения сканерной съемки подобных объектов. Основными задачами данных работ было определение следующих величин:
- Высотные отметки по всей поверхности автодороги;
- Ширина автодороги;
- Толщина удаленных и уложенных слоев дорожного покрытия;
- Объемы уложенного дорожного покрытия;
- Поперечные уклоны дорожного полотна;
- Ровность дорожного полотна до и после ремонта;
- Качество продольных и поперечных сопряжений укладываемых полос;
- Поперечные уклоны обочин;
- Геометрические характеристики повреждений автодорог (выбоин, трещин и т.д.);
- Колейность автодорог;
- Определение осей дорог.
Особенностью работ явилось выполнение сканерной съемки в два этапа: до и после ремонта автодорог в единой системе координат, после чего полученные были совмещены данные, и выполнена оценка объемов и качества ремонтных работ.
Исходя из требований точности, представленных в СНиП 3.06.03.85 [1] было принято решение об использовании в данной работе наземного лазерного сканера LeicaScanStation С10. Для создания планово-высотного обоснования (ПВО) использовался электронный тахеометр Leica TCR 1205.
Непосредственно полевые работы начинались с рекогносцировки местности и визуального осмотра объекта съемки с целью проектирования положения сканерных станций и пунктов ПВО. Точки сканирования выбирались таким образом, чтобы максимально охватить объект работ одним циклом съемки, и исключалась возможность появления «мертвых зон» возникающих из-за препятствий на пути прохождения лазерного луча. При этом соблюдалось условие перекрытия сканов, полученных с соседних сканерных станций, в зонах с достаточной плотностью съемки.
Опыт показал, что средняя скорость сканирования автодорог варьируется от 1,5 до 2 км в день. По завершению полевой части выполнялась камеральная обработка данных НЛС. Данные были переданы в специализированное программное обеспечение для трансформирования всех сканов в общую систему координат и объединения в единую пространственную точечную модель. Полученная модель фильтровалась и сегментировалась для удаления сканерных измерений имеющих случайный характер и не принадлежащих автодороге (строения, деревья, фонарные столбы и т.д.). Затем выполнялась боле подробная автоматическая фильтрация массива данных обрабатываемого
участка дороги в ПО RealWorksSurvey фирмы Trimble при помощи специальных фильтров. В результате из общей точечной модели были удалены все измерения, не принадлежащие поверхности дорожного полотна. Далее полученная цифровая точечная модель была обработана в программном обеспечении Surfer для осреднения и разрежения ее до плотности 4 точек на 1 м2 а также создания регулярной матрицы высот.
Для упрощения и снижения трудоемкости работ, полученные данные рекомендуется трансформировать во временную условную систему координат, таким образом, что бы одна из осей этой системы координат была максимально возможно параллельна оси автодороги.
Далее при помощи инструментов программного обеспечения Cyclone, формировалась целостная трехмерная цифровая модель (ЦМР или TIN), участка дорожного полотна для первого и второго этапов. Данные результаты являются наиболее универсальными и используются для выполнения автоматических вычислений и построений многими известными программными продуктами, такими как Civil, IndorCAD/Road и т.д. На основе полученных цифровых моделей были вычислены требуемые величины, созданы продольные и поперечные профили автодороги, определены края дорожного полотна и осевая линия, отметки, сечения и т.д.
На основе ЦМР появилась возможность оценить разность поверхностей между двумя этапами работ, определить объемы и составить план с градацией толщин при помощи цвета (рис. 1).
Рис. 1. План градации толщин при помощи цвета на основе ЦМР
Необходимо отметить, что при выполнении дорожными организациями фрезеровки старого покрытия может возникнуть необходимость выполнения промежуточного этапа съемки.
Кроме необходимых величин, данные лазерного сканирования позволяют дополнительно создавать ситуационный план крупного масштаба, на котором обозначены элементы обустройства автодороги: ливневые решетки, съезды,
бордюры. Данные планы могут быть использованы для целей проектирования, инвентаризации, паспортизации и кадастра.
Полученный опыт использования НЛС для контроля качества ремонта автодорог показал преимущества относительно традиционно используемых методов:
- Высокая скорость измерений (10 - 300 тыс. точек в секунду);
- Высокая точность измерений (3-5 мм.);
- Объективность полученных результатов;
- Малое количество шумов и возможность оперативной фильтрации
облака точек;
- Получение векторной модели объектов с ошибкой 1-2 мм;
- Возможность сшивки сканов без дополнительных геодезических точек с ошибкой 2-3 мм;
- Возможность оперативного построения векторных моделей объектов;
- Возможность выполнения сканирования с автомобиля;
- Сплошной контроль геометрических характеристик объекта;
- Возможность построения изолиний с любым интересуемым шагом (рис.
2).
Также были выявлены и некоторые недостатки, к которым можно отнести в первую очередь проблемы оперативного взаимодействия с дорожными подрядными организациями.
Экономический эффект от применения лазерного сканирования составляет порядка 20 % от стоимости работ, а именно за счет:
- Уточнения объемов работ - 2-4 %;
- Реализации системы сплошного контроля поверхности автодороги - 3-5
%;
- Проверки выполнения гарантийных обязательств - 5-7 %;
- Повторного использования материалов при реконструкции, паспортизации, кадастре и т.п. - 5-7 %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. СНиП 3.06.03.85 « Автомобильные дороги» [Текст] / Разработаны Союздорнии (канд. техн. наук Б. С. Марышев, канд. экон. наук Е. М. Зейгер, канд. техн. наук О. И. Хейфец) и ГПИ «Союздорпроект» Минтрансстроя (В. В. Щербаков), Промтрансниипроектом Госстроя СССР (П. И. Зарубин).
© В.А. Середович, А.В. Середович, А.В. Иванов, Е.И. Горохова, О.Р. Мифтахудинова, 2011
