CC BY
86
УДК 528.5
В.А. Середович, А.В. Иванов, А.В. Середович,
Е.И. Горохова, И.В. Бородулина, Е.В. Романович СГГ А, Новосибирск
ПРИМЕНЕНИЕ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Проблема строительства и ремонта автомобильных дорог является актуальной, что связано со сложными климатическими условиями во многих регионах РФ. Данные работы достаточно дорогостоящи и технически сложны, что позволяет говорить о необходимости строгого контроля за расходованием строительных материалов и соблюдением технологий производства работ. Одним из средств решения таких задач может являться технология наземного лазерного сканирования, которая позволяет оперативно создавать трехмерные векторные модели дорожного полотна, подложки или рельефа на всех этапах работ.
V.A. Seredovich, A.V. Ivanov, A.V. Seredovich,
Ye.I. Gorokhova, I.V. Borodulina, Ye.V. Romanovich SSGA, Novosibirsk
TERRESTRIAL LASER SCANNING APPLICATION FOR THE CONTROL OVER THE HIGHWAYS CONSTRUCTION AND MAJOR REPAIR
Due to the extreme climatic conditions in many of the regions of the R.F the problem of the motor roads construction and repair is an urgent one. The works of this kind being rather costly and technically complex, a close control over the use of construction materials and observation of the works technologies is required. One of the ways to solve these problems is terrestrial laser scanning application, which permits developing 3D vectoral models of the roadway, substrate or the terrain at all the stages of work.
Работы на автомобильных дорогах должны быть направлены на достижение их высоких транспортно-эксплуатационных качеств, и, по возможности, при минимальных материалоемкости и стоимости строительства и ремонта. При этом дорожное покрытие является одним из наиболее дорогих (затраты часто составляют более половины стоимости дороги в целом) и ответственных элементов автомобильных дорог, в значительной степени определяющих их стоимость и транспортно-эксплуатационные качества. От качества и текущего состояния дорожного покрытия во многом зависят надежность эксплуатации, эксплуатационные расходы, эстетические достоинства дороги и безопасность движения. Поэтому, дорожное покрытие должно удовлетворять целому ряду требований: прочности, ровности, долговечности и экономичности.
Традиционные методы контроля строительства и ремонта дорог уже не удовлетворяют современным требованиям по точности и оперативности получения информации. Поэтому все большее распространение (актуальность) приобретают новейшие методы геодезических измерений.
В Региональном центре лазерного сканирования СГГА разработана и апробирована технология контроля строительства и ремонта автомобильных дорог на основе данных наземного лазерного сканирования, состоящая из следующих этапов.
1. Съемка дорожного полотна с применением наземного лазерного сканера.
Съемку дорожного полотна следует выполнять с точек, расположенных как можно выше относительно проезжей части. Для этого сканер необходимо помещать на прилегающие к дороге сооружения, использовать особенности рельефа или устанавливать его на крышу автомобиля. При наличии высокого транспортного потока сканирование на каждой станции необходимо выполнять в несколько сеансов для исключения теневых зон. Съемку особенно загруженных участков целесообразно выполнять в ночное время. При создании планово-высотного обоснования, пункты закрепляются с учетом их максимальной сохранности, например в виде стенных реперов, что позволяет выполнять несколько циклов измерений. Для внешнего ориентирования сканов, особенно при отсутствии в сканере компенсатора или инклинометра (горизонтирующего устройства прибора), необходимо использовать не менее 6-8 сканерных марок, устанавливаемых по кругу на достаточном удалении от прибора. За счет такого расположения марок достигается более высокая точность горизонтирования и увязки сканов, что является важным условием для определения объемов дорожных работ. Результатом сканирования является точечная модель автомобильной дороги (рис. 1).
Рис. 1. Точечная модель автомобильной дороги
2. Фильтрация данных наземного лазерного сканирования.
Фильтрация точечной модели выполняется с целью удаления точек лазерных отражений, не принадлежащих поверхности дорожного полотна (рис. 2).
Этот этап работ является наиболее трудоемким. Для снижения трудозатрат при фильтрации необходимо пользоваться специализированными программными продуктами или узконаправленными прикладными программами, позволяющими автоматизировать данный процесс. В процессе фильтрации необходимо оставлять на точечной модели смотровые люки подземных коммуникаций, сточные решетки ливневой канализации, а также бордюрный камень, ограничивающий автомобильную дорогу.
Точечная модель ЦМР
Рис. 2. Фильтрация данных лазерного сканирования
3. Представление результатов съемки автомобильной дороги Полученная в процессе фильтрации точечная модель дорожного покрытия служит для создания полигональной трехмерной модели автомобильной дороги в виде ТШ-поверхности, которая может использоваться для решения следующих задач:
а) Создание чертежей дорожного полотна, с рассечением горизонталями с любым заданным шагом. Выбор шага сечения необходимо подбирать в зависимости от особенностей дороги с таким учетом, чтобы отобразить дефекты и общую геометрию дорожного полотна (рис. 2);
Рис. 2. Чертеж дорожного полотна с сечением горизонталями с шагом 1 см
б) Создание вертикальных продольных и поперечных сечений дорожного полотна. Сечения могут выполняться с любым заданным шагом. При этом существует возможность детализации наиболее поврежденных участков дороги (рис. 3);
Рис. 3. Поперечные сечения дорожного полотна с детализацией наиболее
поврежденных участков
в) Определение объемов ремонта. Данная задача решается на основе вычисления объема между трехмерными моделями дороги, полученными в результате нескольких циклов наблюдений (до и после ремонта автодорожного полотна). Таким образом можно контролировать фактический объем работ, выполненных дорожными службами;
Сотрудниками СГГА в 2009 г. была выполнена съемка дорожного полотна нескольких улиц г. Новосибирска с целью определения их состояния и подсчета объема ремонтных работ, в ходе которой проведена апробация представленной технологии. В результате работ определены следующие возможности применения наземного лазерного сканирования при контроле строительства и ремонта автомобильных дорог:
1. Документирование состояния дорожного полотна с представлением отчетных материалов в виде трехмерных моделей и чертежей (горизонтальные сечения, продольный и поперечные профили);
2. Проектирование строительства и ремонта;
3. Контроль объемов строительства и ремонта, точный учет затраченных материалов.
© В.А. Середович, А.В. Иванов, А.В. Середович, Е.И. Горохова,
И.В. Бородулина, Е.В. Романович, 2010
