CC BY
242
УДК 528.4
ПРИМЕНЕНЕНИЕ ДАННЫХ МОБИЛЬНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ПЛАНОВ
Владимир Адольфович Середович
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, профессор, проректор по научной и инновационной деятельности, тел. (383) 343-39-57, e-mail: v.seredovich@list.ru
Максим Александрович Алтынцев
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (383)343-29-66, e-mail: mnbcv@mail.ru
В статье рассмотрены особенности создания топографических планов различных территорий по данным мобильного лазерного сканирования. Описана методика совместной обработки данных мобильного лазерного сканирования, тахеометрической и съемки с использованием GPS-приемников. Приведены результаты построения топографического плана масштаба 1:1000 на территорию железной дороги в Кемеровской области.
Ключевые слова: мобильное лазерное сканирование, классификация точек лазерных отражений, топографический план.
APPLICATION OF MOBILE LASER SCANNING DATA FOR CREATION OF TOPOGRAPHIC PLANS
Vladimir A. Seredovich
Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, Novosibirsk, 630108, Russia, professor, vice rector for scientific and innovative activity, (383) 343-39-57, e-mail: v. seredovich@li st.ru
Maxim A. Altyntsev
Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo, Novosibirsk, 630108, Russia, senior teacher, photogrammetry and remote sensing department, tel. (383)343-29-66, e-mail: mnbcv@mail.ru
Features of creation the topographic plans for various areas according to mobile laser scanning data are considered. The technique of combined data processing of mobile laser scanning, tacheometry and a survey using GPS-receivers is described. The results of creation the topographic plan of scale 1:1000 for railroad in Kemerovo region are given.
Key words: mobile laser scanning, classification of laser points, topographic plan.
Топографический план - это основной вид конечной продукции, получаемой в геодезии. Существует множество различных методик создания топографических планов. Выбор применяемой при создании плана методики может зависеть как от метода съемка, так и от имеющегося программного обеспечения. В последнее время для этой цели всё большее применение начинает находить мобильное лазерное сканирование. Мобильное лазерное сканирование - это один из самых современных методов съемки. Данный вид съемки находит широкое применение в архитектуре, градостроительстве, нефтегазовой отрасли, электроэнергетике, дорожном хозяйстве и других отраслях. По данным мобильного лазерного сканирования выполняют создание различных трехмерных моделей и топографических планов. В автомобильной и железнодорожной отрасли на основе таких данных, в частности, выявляют дефекты дорожного полотна или железнодорожного пути,
создают трехмерные модели объектов инфраструктуры и выполняют их паспортизацию, создают продольные и поперечные профили [1, 2].
При создании топографических планов мобильное лазерное сканирование, как правило, применяют в сочетании с другими видами съемки, такими как тахеометрическая съемка, съемка с использованием GPS-приемников, воздушное лазерное сканирование, аэрокосмическая съемка. Применение нескольких видов съемки обусловлено зачастую невозможностью проезда транспортного средства, на котором установлена мобильная лазерная сканирующая система, в какую-либо из необходимых зон съемки. Особенно эта проблема актуальная при съемке железнодорожных путей и примыкающих к ним территорий из -за залесенности зоны отчуждения [3-6, 8-11].
В августе 2012 года Сибирской государственной геодезической академией совместно с компанией «Йена Инструмент» была выполнена съемка участка железнодорожного пути в Беловском районе Кемеровской области с целью построения топографического плана масштаба 1:1000 и продольного профиля железнодорожных путей. Съемка была выполнена с помощью системы LYNX M1 фирмы Optech. Система сканирования была установлена на тепловоз (рис. 1). По результатам съемки было получено облако точек на большую часть территории в радиусе 100 метров от железнодорожных путей.
В качестве эксперимента построение топографического плана выполнялось в ПК Microstation,
TerraSolid и Mapinfo. Главной целью при этом была разработка методики совместной обработки данных, полученных различными методами. В ПК TerraSolid присутствуют автоматические инструменты создания цифровой модели рельефа по данным лазерного сканирования. Построение выполняется на основе классифицированных точек земли. Но высокоточно автоматически выделить землю по данным мобильного лазерного сканирования при съемке с тепловоза территорий с плотной высокой растительностью невозможно. Требуется выполнять интерактивную классификацию точек лазерных отражений (ТЛО) в большом объеме, так как при сканировании с наземного транспортного средства самым нижнем слоем точек на участках за различными объектами, холмами будут не точки земли, а точки растительности. Все эти небольшие участки необходимо доснимать другими методами. На рис. 2 показан поперечный профиль облака ТЛО, из которого видно, что сканирующий луч не полностью прошел через слой растительности. Для таких территорий с целью получить рельеф часто применяют воздушное лазерное сканирование. Но, ввиду высокой себестоимости воздушного сканирования, специалистами СГГ А для получения не по-
павших в поле зрения сканирующей системы объектов и рельефа были выбраны методы тахеометрической и GPS съемки. Для этого первоначально необходимо было определить координаты мест съемки с пометками, что необходимо доснять. На рис. 3 приведен участок облака ТЛО с отмеченными для досъемки точками.
.... : v •¿и А "i'i '■ v' Я.
у .
Рис. 2. Поперечный профиль облака ТЛО
Рис. 3. Выбор точек для досъемки
Интерактивная классификация земли по данным мобильного лазерного сканирования не выполнялось из-за большого числа участков с нижним слоем точек растительности вместо земли. Для построения горизонталей был выполнен интерактивный набор точек земли по данным сканирования с одновременным определением координат необходимых мест досъемки и её площади (рис. 4). Все координаты мест досъемки были записаны на навигационные GPS-приемники и переданы геодезистам для выполнения полевых работ. Съемка рельефа была выполнена за 2 недели посредством GPS-съемки, а строений -посредством тахеометрической.
В ПК Microstation данные дополнительных полевых работ были совмещены с результатами мобильного лазерного сканирования. После объединения результатов съемок было выполнено построение горизонталей и отрисовка объектов ситуации. Оформление топографического плана было выполнено в ПК Mapinfo. На рис. 5 показан пример отрисовки объектов ситуации в ПК Microstatin и оформления топографического плана в ПК Mapinfo.
Рис. 4. Интерактивный набор точек земли
Рис. 5. Результаты построения топографического плана масштаба 1:1000
Таким образом, по результатам выполненных работ была разработана методика создания топографического плана масштаба 1:1000 по данным мобильного лазерного сканирования, тахеометрической и GPS съемок. Данную методику в первую очередь следует применять для сильно залесенных участков местности, когда лазерный луч сканирования не проникает через весь слой растительности, при сканировании с помощью системы, установленной на железнодорожном транспортном средстве. Для участков с меньшей плотностью растительности процесс интерактивного набора точек при создании цифровой модели рельефа следует заменить на процесс её создания с помощью инструментов автоматического построения с последующим редактированием построенной модели рельефа. Также при сканировании городских территорий площадь участков досъемки существенно меньше.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лазерная сканирующая система LYNX [Электронный ресурс] / сайт компании Йена Инструмент. - Режим доступа: http://jena.ru/catalog/laser_scaning_systems/lynx/ - Загл. с экрана.
2. Чермошенцев А.Ю. Обновление топографических планов масштаба 1:5000 с использованием космических снимков сверхвысокого разрешения // Интерэкспо ГЕ0-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. 32-36.
3. Широкова Т.А., Антипов А.В., Арбузов С.А. Определение изменений на местности с применением данных лидарной съемки // Интерэкспо ГЕ0-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. 38-45.
4. Zampa, F., Mapping with Mobile Lidar [Text] / F. Zampa, D. Conforti // GIM International, 2009. - issue 4. - vol. 23. - PP 35-37.
5. Деговцев А.А. Технология мобильного лазерного сканирования для выполнения проектно-изыскательских работ // Интерэкспо ГЕ0-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: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 140-144.
6. Гусаренко Е.Д. Применение технологии наземного лазерного сканирования в Усть -Каменогорске // Интерэкспо ГЕ0-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: СГГА, 2012. Т. 3. - С. 89-91.
7. Использование космических снимков открытого доступа для обновления электронных карт масштаба 1 : 100 000 / Т.А. Широкова, М.А. Алтынцев, С.А. Арбузов, А.Ю. Чермошенцев // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 3 (19). - С. 37-42.
8. Методика лазерного сканирования и пропорционального анализа форм памятника архитектуры (на примере храма Александра Невского в Новосибирске) / А.В. Радзюкевич, М.А. Чернова, В.А. Середович, А.В. Иванов, О.Р. Мифтахудинова // 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: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 121-132.
9. Проверка внутреннего очертания тоннеля при помощи наземного лазерного сканера / Е.И. Горохова, И.В. Алешина, Е.В. Романович, А.В. Иванов, А.Р. Мифтахудинов // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 1020 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 107-114.
10. Секачев П.М. Разработка мобильных лазерных сканеров на примере АПК «Скан-путь» // Интерэкспо ГЕ0-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: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 102-106.
11. Гук А.П., Гордиенко А.С., Лазерко М.М. Основные научные исследования кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования в 2010 году: автоматизация дешифрирования космических снимков, построение 3d моделей по материалам дистанционного зондирования // ГЕО-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). - Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 4, ч. 1. - С. 22-27.
© В.А. Середович, М.А. Алтынцев, 2013
