CC BY
104
ТЕХНОЛОГИЯ МОБИЛЬНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИХ РАБОТ
Алексей Александрович Деговцов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет путей сообщения» (СГУПС), 630049, г. Новосибирск-49, ул. Дуси Ковальчук, 191, тел. +7-923-18000-46, e-mail: [email protected]
В статье представлена технология выполнения мобильного лазерного сканирования АПК «Сканпуть», его калибровка, технологии обработки полученных данных и построения облака точек в специализированых программных продуктах.
Ключевые слова: мобильное лазерное сканирование, капитальный ремонт пути, технология сканирования, облако точек, обработка данных, калибровка, трехмерная модель, геометрические параметры железной дороги, ГИС.
MOBILE LASER SCANNING TECHNOLOGY FOR A DESIGN ANDSURVEY WORKS
Alexey A. Degovcov
Federal government budgetary institution of higher education “Siberian Transport University”, 630049, city Novosibirsk, Dusi Kovalchuk street, 191, engineer in research engineering railway center, tel. +7-923-180-00-46, e-mail: [email protected]
The article presents implementation of mobile technology laser scanning HSC "Skanput", its calibration, technology of data processing and the construction of cloud of points using of specialized software products.
Key words: mobile laser scanning, major overhaul the railway, scanning technology, cloud of points, data processing, calibration, three-dimensional model, geometric parameters of the railway, GIS.
Особым значением в проектно-изыскательских работах всегда выделялись объекты линейного характера, такие как автомобильные и железные дороги, ЛЭП, трубопроводы и т.п. Особенность проектно-изыскательских работ на таких объектах заключается в том, что они имеют большую протяженность, а для получения актуальной пространственной информации об их состоянии традиционными методами, требуются большое количество времени и трудовых затрат связанных с многократным перемещением вдоль трассы. С целью повышения производительности выполнения проектно-изыскательских работ на линейных объектах дорожным центром НИДЦ СГУПС был создан аппаратно-программный комплекс «Сканпуть» (АПК «Сканпуть»), который оснащен двумя лазерными сканерами, блоком гироскопов, спутниковой аппаратурой и видеокамерой.
Принцип работы АПК «Сканпуть» заключается в лазерном сканировании и координатном способе привязке всей получаемой пространственной информации.
Аккумуляторные батареи Коммутационный блок
Рис. 1. Внешний вид АПК «Сканпуть»
Технология мобильного лазерного сканирования с помощью АПК «Сканпуть» имеет существенные преимущества, так как в отличие от технологии лазерного сканирования с использованием стационарных сканеров нет необходимости в расстановке перед каждым запуском комплекса специальных светоотражающих марок, которые являются связующими точками при объединении сканов в единую точечную модель и исключены работы связанные с переустановкой лазерного сканера.
Основными этапами технологии мобильного лазерного сканирования АПК «Сканпуть» являются:
1. Закрепление точки базовой станции спутниковой аппаратуры.
Место закрепления базовой станции выбирается исходя из возможностей используемой модели спутниковой аппаратуры и видимости горизонта.
2. Монтаж комплекса. Монтаж комплекса выполняется непосредственно на местности, в начале съемочного участка. На данном этапе выполняют сборку ходовой тележки комплекса, закрепляют на его раме геодезическое оборудование (два сканера, видеокамера, комплект спутниковой аппаратуры, блоки гироскопов и коммутации, аккумуляторные батареи и подставку для управляющего ноутбука).
3. Подготовка к сканированию. На данном этапе проверяют работоспособность отдельных элементов комплекса после монтажа. Все навесное оборудование комплекса подключают к блоку коммутаций и к
аккумуляторным батареям. Устанавливают параметры сканирования - угол и шаг, проверяют работу видеокамеры, создают рабочие проекты для записи данных на ноутбуке.
4. Калибровка нулей блока гироскопов. Для калибровки нулей комплекс ставят на рельсы в начало съемочного участка. Калибровка выполняется программно, путем выбора соответствующего режима в управляющем программном обеспечении (ПО). Данный этап выполняется с целью определения текущих истинных значений углов комплекса, к которым при движении комплекса будут прибавляться соответствующие приращения.
5. Сканирование. После выполнения подготовительных работ производят общий запуск оборудования комплекса.
6. Съемка искусственных сооружений.
При съемке железнодорожного полотна, как правило, необходима координатная геодезическая привязка всех искусственных сооружений (ИССО) (светофоры, трубы, стрелки, изостыки, предельные столбики и т.п.). С этой целью комплекс останавливают напротив ИССО и не завершая его работу с помощью контроллера спутниковой аппаратуры записывают координаты точки оси пути с кодом соответствующего сооружения.
7. Завершение съемки. Программно останавливают сбор и запись пространственных данных комплекса. Производится демонтаж комплекса.
В результате съемки комплексом получают набор файлов состоящий из двух фалов с лазерных сканеров, файла блока гироскопов и файл со спутниковой аппаратуры.
Обработать полученные данные и построить облако точек можно как в полевых условиях на управляющем ноутбуке, так и в камеральной обстановке.
Для построения облака точек по результатам съемки АПК "Сканпуть", полученные файлы необходимо загрузить в специализированное программное обеспечение (ПО). Основной принцип, используемый программой для построения облака точек это координатная привязка всей получаемой пространственной информации. Для реализации этого принципа был разработан алгоритм построения высокоточной цифровой модели пути (ВЦМП). Данный алгоритм, использует комплексные исходные данные со спутниковой аппаратуры и блока гироскопов рассчитывает с миллиметровой точностью ось железнодорожного пути. Построенная ВЦМП используется для привязки пространственных данных получаемых лазерными сканерами комплекса.
Используя временную синхронизацию данных с гироскопов, лазерных сканеров и спутниковой аппаратуры рассчитывают положение и углы ориентирования комплекса в каждый момент времени, учитывая при этом геометрические параметры ходовой тележки, а также смещение и положение сканера на раме комплекса. Затем данные полученные с лазерных сканеров совмещаются с ВЦМП и ориентируют по параметрам полученных при синхронизации данных.
В результате таких программных преобразований получают один файл в текстовом формате, содержащий пространственные координаты местности.
Для построения облака точек используют программный продукт Cyclone фирмы Leica Geosystems, в который посредством импорта загружают полученный файл в текстовом формате. В итоге получают трехмерную точечную модель съемочного участка пути в заданной системе координат.
Рис. 2. Точечная модель пути
Полученное облако точек позволяет определять различные геометрические параметры железнодорожного полотна, такие как габариты приближений, межпутное расстояние, высоту и состояние балластной призмы и т.п.
Используя инструментальные возможности 1111 Cyclone возможно получение поперечных профилей железной дороги. Для работы с облаком точек данная программа имеет широкий инструментальный набор, который позволяет выполнять различные построения на основе облака точек. Один из таких инструментов позволяет получить сечения облака точек по заданному пути. Используя этот инструмент и ВЦМП (ось пути) получают поперечные сечения железнодорожного пути с заданным шагом. Полученные сечения программа отображает в векторном виде (объект: линия), которые легко экспортируются с помощью обменного формата в программную среду AutoCad, для последующего их редактирования. В программе AutoCad полученные сечения редактируются и оформляются в соответствии с ГОСТ Р 21.1702-96.
На сегодняшний день перспективным направлением использования полученной точечной модели местности считается построение трехмерной модели. Полученные трехмерные модели железнодорожных путей планируется использовать для создания и использования в железнодорожной ГИС. ГИС для железной дороги, который объединяет в себе трехмерную модель пути, подземные, наземные и воздушные коммуникации, различную семантическую информацию о типах используемых шпал, рельс, соединений, материалов, состоянии пути и его инженерных сооружений и т.п. Подобная система во
многом увеличит производительность взаимодействия различных структур железной дороги при разработке проектов модернизации и проектирования.
Рис. 3. Поперечное сечение пути
© А.А. Деговцов, 2012
