CC BY
151
УДК 528.44
ПРИМЕНЕНИЕ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
ДЛЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Елена Анатольевна Герасюк
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (913)914-08-20, e-mail: lenusya_0805@mail.ru
Александр Владимирович Комиссаров
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, доцент кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-01-59, e-mail: avkom82@mail.ru
В статье приведены результаты экспериментального исследования технологии наземного лазерного сканирования для инженерно-геодезических изысканий при реконструкции автомобильных дорог на примере дороги Р-256 «Чуйский тракт» - Новосибирск - Барнаул -Горно-Алтайск - граница с Монголией, км 353 + 700 - км 363 + 700, Алтайский край.
В статье приведена краткая характеристика технологии, а также предложена система критериев для оценки точности технологических этапов.
Ключевые слова: наземное лазерное сканирование, инженерные изыскания, автомобильная дорога, реконструкция.
APPLICATION OF TERRESTRIAL LASER SCANNING FOR ENGINEERING GEODESIC SURVEYS AT RECONSTRUCTION OF ROADS
Elena A. Gerasyk
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., undergraduate of the Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (913)914-08-20, e-mail: lenusya_0805@mail.ru
Aleksandr V. Komissarov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., D. Sc., associate Professor of the Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (383)361-01-59, e-mail: avkom82@mail.ru
The article presents the results of an experimental research of the technology of terrestrial laser scanning for engineering geodetic surveys in the reconstruction of highways using the example of the road P-256 Chuysky tract - Novosibirsk - Barnaul - Gorno-Altaisk - border with Mongolia, km 353 + 700 - km 363 + 700, the Altai Territory.
The article gives a brief description of the technology, as well as a system of parametrs for assessing the accuracy of technological steps.
Key words: terrestrial laser scanning, engineering surveys, road, reconstruction.
В настоящее время существует несколько методов используемых для инженерно-геодезических изысканий при реконструкции автомобильных дорог:
1) теодолитная или тахеометрическая съемка;
2) фототеодолитная съемка;
3) аэрофототопографическая съемка;
4) воздушное лазерное сканирование;
5) наземное лазерное сканирование;
6) мобильное лазерное сканирование
Наземное лазерное сканирование имеет ряд преимуществ перед другими технологиями построения цифровых моделей местности и создания трехмерных моделей объектов, которые заключаются в следующем [2]:
1) автоматический режим съемки;
2) возможность определения пространственных координат точек объектов в полевых условиях;
3) высокая степень детализации;
4) высокая точность измерений;
5) высокая производительность;
6) работы можно выполнять при любых условиях освещенности.
Благодаря своим преимуществам технология наземного лазерного сканирования является более эффективным средством сбора пространственной информации для паспортизации автомобильных дорог.
Технический учет и паспортизация автомобильных дорог производятся с целью получения объективных данных о наличии дорог и дорожных сооружений, их протяженности, техническом состоянии, качестве, степени износа отдельных конструктивных элементов, информации о наличии и состоянии инженерного оборудования, обустройства и обстановки дорог, зданий и сооружений. Данные паспортизации используются для принятия экономически обоснованных технических решений при планировании работ по содержанию, ремонту и реконструкции автомобильных дорог [1].
Для разработки технологии инженерно-геодезических изысканий автомобильных дорог по данным наземного лазерного сканирования были выполнены экспериментальные работы на объекте - участок автодороги «Р-256 «Чуйский тракт» - Новосибирск - Барнаул - Горно-Алтайск - граница с Монголией, км 353 + 700 - км 363 + 700, Алтайский край» площадью 110,00 га. Район работ расположен в районе города Бийска, Алтайского края.
При проведении экспериментальных исследований использовалось следующее оборудование:
- наземный лазерный сканер Riegl LMS-Z420i для сканирования;
- электронный тахеометр Leica FlexLine TS02;
- электронный тахеометр Nikon Nivo 2M;
- аппаратура геодезическая спутниковая: Leica GX1210+;
- аппаратура геодезическая спутниковая: Leica GX1210+ GNSS;
- цифровой нивелир Trimble DiNi 0.3.
Для инженерно-геодезических изысканий автомобильных дорог с использованием наземного лазерного сканера применялась следующая технология [3]:
- составление технического проекта на наземное лазерное сканирование;
- составление рабочего проекта планово-высотного обоснования и наземного сканирования;
- рекогносцировка и составление абрисов;
- создание основного планово - высотного обоснования;
- определение координат точек рабочего съемочного обоснования. Наземное лазерное сканирование и тахеометрическая съемка в залесенных территориях;
- предварительная обработка результатов сканирования;
- построение создание инженерно-топографического плана масштаба 1 : 1000 и цифровой трехмерной модели рельефа;
- оформление, сдача продукции и прохождение Главгосэкспертизы.
Пункты съемочного обоснования определялись с помощью спутниковой
аппаратуры Leica 1220+, двумя приемниками. Исходными являются пункты триангуляции и полигонометрии. Координаты пунктов определены методом построения сети, которая развивается с опорой не менее, чем на два исходных пункта. При производстве работ по развитию сети был использован быстрый статический метод спутниковых определений.
Вычислительная обработка данных наблюдений спутников выполнялась по следующим этапам:
1) предварительная обработка - получение координат определяемых точек в системе координат WGS-84 и оценка точности;
2) трансформация координат в местную систему координат (МСК-22 зона 3), система высот Балтийская 77.
В качестве программного обеспечения для вычислительной обработки используется программное обеспечение LeicaGeoOffice.
Съемочное планово-высотное обоснование создано системой теодолитно -нивелирных ходов, опирающихся в плановом отношении на базисный ход, в высотном - на репера и марки государственной сети.
Базисные точки (центры) закреплены по соответствующей технологии с привязкой их к не менее трем твердым предметам на местности с составлением абрисов.
Тип закладываемых реперов был временный, который соответствует требованиям закрепления долговременных реперов по СНиП 3.01.03-84, ГЭСН 81-02-01-2001 и ВСН 30-81.
Для создания планово-высотного обоснования использовались 6 пунктов ГГС плановой сети и 5 пунктов ГГС высотной сети. Отметки используемых в работе пунктов ГГС были определены геометрическим нивелированием.
Наземное лазерное сканирование было выполнено с 140 сканерных станций с пространственным разрешением по горизонтали от 0,06° до 0,12°, по вертикали 0,03° до 0,12°. Максимальное расстояние от прибора до измеренных точек составляло 129 м принятых в обработку.
В местах с плохой видимостью и сильной залесенностью выполнялась съемка тахеометрическим методом. Максимальное расстояние между пикетами при съемке открытых участков местности составляет 20 м.
Для создания рабочего планово-высотного обоснования на каждой сканер-ной станции использовалось 8 специальных марок, располагаемых на расстоянии 20-40 м от сканера (рис. 1).
Рис. 1. Схема расположения специальных марок вокруг сканерной станции: Т1, Т2 - точки стояния электронного тахеометра; S1, S2 - точки стояния сканера; т1 ... шб - рабочее ПВО станции S1; т7 ... т12 - рабочее ПВО станции S2
Для исключения теневых зон места расположения сканерных станций на местности выбирались с учетом максимально полного захвата территории. При этом обеспечивалось условие перекрытия сканов, получаемых с соседних ска-нерных станций.
Для улучшения обзорности участков съемки и получения более детальных сканов применялась установка сканера на автомобиль, что позволило увеличить высоту прибора относительно поверхности земли до 3,5 м.
Результат сканирования участка автомобильной дороги «Р-256 «Чуйский тракт» - Новосибирск - Барнаул - Горно-Алтайск - граница с Монголией, км 353 + 700 - км 363 + 700, Алтайский край» был получен в виде массива точек лазерных отражений от объектов с пространственными координатами. Единая точечная модель участка автодороги представлена на рис. 2.
Рис. 2. Единая точечная модель, полученная в результате сканирования
автомобильной дороги
При выполнении инженерно-геодезических изысканий автомобильных дорог по данным наземного лазерного сканирования использовались следующие программные продукты:
1) LeicaGeoOffice 9.1.5;
2) Riscan Pro 1.0.3;
3) Terra Solid;
4) Cyclone 5.2;
5) AutoCad 2013;
6) Credo Инженерные изыскания.
На каждом этапе получения и обработки данных наземного лазерного сканирования выполнялась оценка точности, а именно определялись:
- средние квадратические ошибки единицы веса при внешнем ориентировании сканов, средняя величина которых составила 0,0046 м;
- средняя ошибка определения планового положения точек рабочего съемочного обоснования, равная 0,0047 м;
- средняя ошибка определения высот точек рабочего съемочного обоснования, величина которой составила 0,0048 м.
Также оценка точности построения цифровой модели местности выполнена при помощи контрольных измерений координат 201 характерных контурных точек с применением электронного тахеометра. Максимальное расхождение высот контрольных точек составило 0,008 м, средняя квадратическая погрешность их определения - 0,010 м. Кроме этого был выполнен приемочный контроль Заказчиком работ путем нивелирования поперечных профилей дороги и хода между реперами. Средняя погрешность расхождения высот реперов получилась 0,003 м, а на поперечных профилях - 0,010 м.
Данные, полученные в результате наземного лазерного сканирования автодороги, могут быть также использованы для решения следующих задач:
- создание геоинформационной системы автомобильной дороги;
- создание атласа автодороги;
- мониторинг состояния покрытия и обустройства автодороги;
- создание трехмерного паспорта автодороги.
- создание трехмерной карты для разработки автомобильной спутниковой навигационной системы. Для этих целей также была построена ЦМР и трехмерные модели объектов.
В результате проведения исследований апробирована технология выполнения наземного лазерного сканирования при реконструкции автомобильных дорог, а также разработана система критериев оценки точности получаемой продукции и технологических этапов, позволяющая успешно проходить главную государственную экспертизу.
Результаты инженерно-геодезических изысканий, а также созданный паспорт автомобильной дороги Р-256 «Чуйский тракт» - Новосибирск - Барнаул -Горно-Алтайск - граница с Монголией, км 353 + 700 - км 363 + 700, Алтайский край были переданы заказчику.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ 33388-2015 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению диагностики и паспортизации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200135143.
2. Инженерная геодезия. Использование современного оборудования для решения геодезических задач : учеб. пособие / Е. Б. Михаленко и др. ; под науч. ред. Е. Б. Михаленко. -СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2013. - 305 с.
3. Наземное лазерное сканирование : монография / А. В. Комиссаров, В. А. Середович, Д. В. Комиссаров, Т. А. Широкова. - Новосибирск : СГГА, 2009. - 261 с.
© Е. А. Герасюк, А.В. Комиссаров, 2017
