CC BY
95
УДК 528
О.А. Дементьева, А.В. Середович СГГ А, Новосибирск
ПРИМЕНЕНИЕ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ В КОМПЛЕКСЕ ИЗЫСКАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПО РЕКОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
O.A. Dementyeva, A.V. Seredovich SSGA, Novosibirsk
TERRESTRIAL LASER SCANNING APPLICATION IN THE COMPLEX OF SURVEY WORKS ON TECHNOLOGICAL OBJECTS RECONSTRUCTION
Oil and gas production units have to be regularly reconstructed or some of their elements are to be replaced. To meet this need designing companies use 3D models of already existing objects which are developed (among other means) on the basis of the terrestrial laser scanning. By the example of Van-Yegan deposit (central assembly point), with the area of 2 hectares, the main stages of 3D model development are considered, beginning with field works up to the final results.
Как известно, объекты нефтегазодобывающей отрасли регулярно нуждаются в реконструкции или замене отдельных элементов. Для решения этих задач проектные организации все чаще применяют цифровые трехмерные модели уже существующих объектов, которые создаются, в том числе и по данным наземного лазерного сканирования.
В качестве примера рассмотрим работы, выполненные сотрудниками Регионального центра лазерного сканирования для разработки рабочего проекта по замене печей нефтеперекачивающей станции. С целью получения топографо-геодезических материалов и трехмерной модели ситуации и рельефа местности, выполнено наземное лазерное сканирование участка ЦПС Ван-Еганского месторождения площадью 2 гектара. На рис. 1 показан фрагмент участка съемки.
Рис. 1. Фрагмент участка съемки
Особенности работы - на первом этапе необходимо создать цифровой топографический план, а затем трехмерную модель, при этом построение трубопроводов выполнить по внешнему контуру изоляции и с дополнительным моделированием реальных диаметров.
Съемка выполнялась с применением электронного тахеометра Leica TCR405 и наземного лазерного сканера Riegl LMS-Z420i по сложившейся методике [1]. Сканирование участка выполнено с 35 сканерных станций. Для облегчения дешифрирования на каждой станции сделан ряд фотоснимков местности, составлены абриса с указанием требуемой семантической информацией.
Камеральные работы по созданию цифровых топографического плана и трехмерной модели на основе данных наземного лазерного сканирования выполнены в следующей последовательности:
а) Ориентирование сканов в проектной системе координат и экспорт результатов в программное обеспечение (ПО) Leica Cyclone.
б) Создание цифрового топографического плана. Выполнялось в ПО Leica Cyclone с использованием технологии [1], в основе которой лежит рисовка объектов на плоскости аналогично тому, как это производится по растровым изображениям. Для наполнения объектов топографического плана семантикой использовался абрис, составленный на основе результатов наземного лазерного сканирования. На абрисе обозначены неметрические характеристики объектов (назначение и характеристики трубопроводов и кабельных линйи). Метрические характеристики были получены непосредственно по сканам в ходе обработки.
В итоге составлен цифровой топографический план в форматах ПО AutoCAD и MapInfo с соблюдением требований [2]. На рис. 2 представлен фрагмент цифрового топографического плана.
в) Следующий этап работы - построение цифровой трехмерной модели данной территории, большая часть которого выполнялась в ПО Leica Cyclone.
г)
Рис. 2. Фрагмент цифрового топографического плана
Рассмотрим технологию моделирования трубопроводов. Моделирование трубопроводов выполнялось по внешнему контуру изоляции с дополнительным моделированием реальных диаметров. Для оптимизации трудовых затрат использовалась контурная часть объектов, созданная для топографического плана. Для трубопроводов она представлена полилиниями, описывающими их оси, лежащими в заданной плоскости. ПО Leica Cyclone имеет необходимый набор инструментов для редактирования данных полилиний. При его использовании отображается реальное положение в пространстве оси каждого трубопровода, также прорисовывается кривизна отводов. Т.е. стоит задача из 2D полилиний создать 3D полилинии. При этом для каждого трубопровода тут же определялся по данным наземного лазерного сканирования диаметр изоляции и с помощью соответствующего инструмента ПО Leica Cyclone наносилась пометка с указанием диаметра. Реальный диаметр трубопровода брался из полевого абриса или технологической схемы. Далее полученные оси трубопроводов экспортировались в ПО AutoCAD, где строились на основе идентичных исходных 3D полилиний 2 модели трубопроводов с использованием технологии «выдавливания» примитивов по осям [3]. Облегчить работу с множеством осей трубопроводов помогает разнесение их по тематическим слоям, в данном случае по назначению. Это лучше всего сделать на этапе построения полилинии для топографического плана. Преимущество данного способа построения: трубопровод получается единым объектом (т.е. не состоит из набора прямолинейных цилиндров и отводов между ними). На рис. 3 показана схема построения трехмерной модели трубопроводов.
Рассмотрим способы моделирования остальных объектов в ПП Leica Cyclone. Для построения зданий использовались 2D полилинии, описывающие их контур. С помощью инструментов 1111 Leica Cyclone они превращались в плоскости, которые «выдавливались» на требуемую величину, соответствующую высоте здания по данным наземного лазерного сканирования.
Технологические площадки показывались условно. Аналогично зданиям, плоскости из контуров площадок «выдавливались» на нужное расстояние и вписывались по высоте в соответствующий массив точек. Лестницы и опоры у площадок моделировались в полуавтоматическом или интерактивном режиме такими примитивами как цилиндр и «выдавленная» плоскость. Перила и ограждения площадок показывались условно 3D полилиниями, отображая при этом их конфигурацию и высоту.
Важная часть для реконструкции это опоры под трубопроводы и кабельные линии. Они моделировалось в автоматическом или полуавтоматическом режиме условно с сохранением габаритов. Такая деталь эстакады, как полки для кабелей, моделировались набором «выдавленных» плоскостей, затем копировались и вписывались в соответствующий массив точек. На рис. 4 показан фрагмент трехмерной модели с технологической площадкой, опорами под трубопроводы и кабельной эстакадой.
Исходные 2D полилинии для топографического плана с указанием диаметра внешней изоляции
Отредактированные 2D полилинии в 3D полилинии с отображением реального положения в пространстве оси каждого трубопровода
а
Фрагмент трехмерной модели Фрагмент трехмерной модели
трубопроводов с диаметрами по трубопроводов с реальными
изоляции. диаметрами.
Рис. 3. Схема построения трехмерной модели трубопроводов
Рис. 4. Фрагмент трехмерной модели с технологической площадкой, опорами под трубопроводы и кабельной эстакадой
Задвижки на трубопроводах показывались условно с использованием примитива ПО Leica Cyclone «Valve», осветительные мачты, ограждения, оборудование, металлические шкафы и т.д. моделировались условно, с сохранением габаритов. Кабельные линии на полках не моделировались.
На последнем этапе была построена цифровая модель рельефа по методике, описанной в работе [4].
Камеральные работы проводились 1 месяц двумя исполнителями. На рисунке 5 показан общий вид созданной цифровой трехмерной модели.
Выполненная работа показала, что продукция, полученная с применением технологии наземного лазерного сканирования, в скором будущем будет очень востребована у проектировщиков, т.к. они все более опираются в своей работе на трехмерные модели объектов. Этот вывод можно отнести не только к объектам нефтегазодобывающей отрасли, а также к энергетической, строительной и прочим отраслям народного хозяйства.
Рис. 5. Общий вид построенной цифровой трехмерной модели
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Комиссаров Д.В., Середович А.В., Дементьева О.А. Технология топографической съемки промышленных объектов с применением наземного лазерного сканирования. - ГЕО-Сибирь-2005. Т. 5. Геодезия, картография, маркшейдерия: Сб. материалов научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2005», 25-29 апреля 2005 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2005.
2. Условные знаки для топографических планов масштабов 1: 5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. «Недра», Москва, 1989 г.
3. Комиссаров Д.В. Опыт применения технологии лазерного сканирования при проектировании и контроле монтажа фасадов зданий [Текст] / Комиссаров Д.В., Дементьева О.А. // ГЕО-Сибирь-2007. Том 1, Ч.2. Сб. материалов межд. науч. конгр. - Новосибирск: СГГА, 2007. - С. 126-128.
4. Комиссаров А.В. Исследование точности построения цифровой модели рельефа по данным наземного лазерного сканирования [Текст] / А.В. Комиссаров //ГЕО-Сибирь-2006. Т. 1.
Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия. Ч. 2: сб. материалов междунар. науч. конгресса. «ГЕО-Сибирь», 24 - 28 апр. 2006г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2006. - С. 150 -153.
© О.А. Дементьева, А.В. Середович, 2009
