CC BY
83
ПРОВЕРКА ВНУТРЕННЕГО ОЧЕРТАНИЯ ТОННЕЛЯ ПРИ ПОМОЩИ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНЕРА
Екатерина Игоревна Горохова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного,10, инженер РЦЛС СГГА, тел. (383)361-00-66, e-mail: ekaterina.gorohova@gmail.com
Инна Викторовна Алешина
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного,10, инженер РЦЛС СГГА, тел. (383)361-00-66, e-mail: i.v.aleshina@gmail.com
Елена Вячеславна Романович
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного,10, инженер РЦЛС СГГА, тел. (383)361-00-66, e-mail: e.v.romanovich@mail.ru
Андрей Васильевич Иванов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного,10, ведущий инженер РЦЛС СГГА, тел. (383)361-00-66, e-mail: geoid@ngs.ru
Артем Романович Мифтафудинов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул. Плахотного,10, техник РЦЛС СГГА, тел. (383)361-00-66.
В статье описан опыт практического применения наземного лазерного сканирования для сквозной проверки внутреннего очертания тоннеля.
Ключевые слова: внутреннее очертание тоннеля, 3D - модель, поперечные сечения, точность, наземное лазерное сканирование.
TUNNEL INNER OUTLINE CONTROL BY TERRESTRIAL LASER SCANNING
Yekaterina I. Gorokhova
engineer, SSGA, 10 Plakhotnogo st., Novosibirsk 630008, phone: (383)361-00-66, e-mail:
ekaterina.gorohova@gmail .com
Inna V. Alyoshina
engineer, SSGA, 10 Plakhotnogo st., Novosibirsk 630008, phone: (383)361-00-66, e-mail:
i.v.aleshina@gmail.com
Elena V. Romanovich
engineer, SSGA, 10 Plakhotnogo st., Novosibirsk 630008, phone: (383)361-00-66, e-mail:
e.v.romanovich@mail.ru
Andrey V. Ivanov
senior engineer, SSGA, 10 Plakhotnogo st., Novosibirsk 630008, phone: (383)361-00-66, e-mail: geoid@ngs.ru
Artyom R. Miftafudinov
technicians, SSGA, 10 Plakhotnogo st., Novosibirsk 630008, phone; (383)361-00-66
Practical application experience in the terrestrial laser scanning for tunnel inner outline end-to-end testing is described.
Key words: tunnel inner outline, 3D-model, cross-section, accuracy, terrestrial laser scanning.
В конце 2011 года Региональным центром лазерного сканирования выполнена инженерно-геодезическая наземная лазерная съемка с целью выполнения сквозной проверки внутреннего очертания тоннелей нечетного пути участка Агрыз-Дружинино, Горьковской железной дороги протяженностью 512,7 м и 775 м соответственно. Съемка выполнялась в пределах западного и восточного портала тоннеля.
Наземное лазерное сканирование железнодорожного тоннеля выполнялось сканером RIEGL VZ-400 с плотностью «Panorama 40». Сканерные станции устанавливались напротив ниш (среднее расстояние между нишами 30м) (рис.1).
Рис. 1. Место установки сканерных станций, вид сверху
Для отображения геометрических параметров порталов и прилегающей территории было сделано две дополнительные сканерных станции (рис.2).
Для взаимной привязки сканерных станций использовались сферические марки. Они устанавливались между сканерными станциями на расстоянии, примерно, 15 метром (рис.3).
Внешнее ориентирование сканерных станций осуществлялось при помощи светоотражающей цилиндрической марки, которая устанавливалась на точки планово-высотного обоснования (ПВО). Точки ПВО были закреплены напротив ниш в виде гвоздей, забытых в шпалы железнодорожных путей, отмеченных яркой лентой и подписанных краской. Так как точки ПВО находились напротив
ниш, для сканирования светоотражающей марки, пришлось делать дополнительные сканерные станции, примерно в 6-8 метрах от нее (рис.4).
После сканирования дополнительной станции, выполнялся автоматический поиск светоотражающей марки для точного определения ее координат.
Также осуществлялись промеры лотков с помощью измерительной рулетки.
Рис. 2. Портал тоннеля
Рис. 3. Место установки сферических марок
Рис. 4. Место установки светоотражающей марки и дополнительной сканерной
станции
В результате съемки требовалось создать триангулированную трехмерную модель и чертежи сечений внутреннего очертания тоннеля с шагом 10 м, кроме того, сечения в местах изменения очертания и конструкции обделки, расположения ниш и камер, больших разрушений и образований наледи, также на чертежах сечений отобразить обделку тоннеля, рельсы, шпалы, кабельные полки (рис. 6). Триангулированная 3D модель внутреннего очертания тоннеля аналогично должна содержать все элементы, представленные на чертежах сечений.
Построение сечений было выполнено в ПП Cyclone, а окончательное оформление в AutoCAD, в соответствие с требованиями заказчика.
Создание чертежей внутреннего очертания тоннеля выполнялось в полуавтоматическом режиме и состояло из следующих процессов:
1. Фильтрация и разряжение точечной модели для цели формирования профилей в автоматическом режиме;
2. Построение и редактирование чертежей внутреннего очертания тоннеля.
Готовые поперечные сечения оформлялись в ПП AutoCAD по шаблону согласованному с заказчиком (рис. 5)
В процессе обработки сканерных данных для построения 3D модели внутренней обделки тоннеля требовалось сегментирование и разряжение данных в связи с большим количеством точек лазерных отражений, описывающих поверхность тоннеля. Далее каждая сегментированная часть фильтровалась от измерений, не принадлежащих поверхности внутренней обделки тоннеля (портал, провода, освещение, рельсы, шпалы и др.), а также от
шумовых измерений, возникающих при неправильном или повторном отражении сигнала. Целью данной фильтрации является отображение триангуляционной поверхностью только внутренней обделки тоннеля.
Рис. 5. Пример оформления поперечного сечения в ПП AutoCAD
Рис. 6. Поперечное сечение внутреннего очертания тоннеля
Рис. 7. Все поперечные сечения внутреннего очертания тоннеля в ПП АШюСАО
После выполнения интерактивной фильтрации сегментов, они объединялись в единую точечную модель, которая в формате *.pts экспортировалась в ПП RapidForm, где и производилось построение трехмерной модели тоннеля.
Для моделирования Mesh-поверхности внутренней обделки тоннеля, в большей степени соответствующей цилиндрической форме, в модуле «Scan», во вкладке «Build» использовалась функция «Mesh Optimization Batch Process», применяемая к отфильтрованной точечной модели, подгруженной в RapidForm. Данная функция позволяет выполнить автоматическое комплексное построение трехмерной модели, которое включает следующие этапы:
- Тонкая фильтрация данных;
- Разрежение точечной модели;
- Построение поверхности тоннеля;
- Автоматическое сглаживание триангуляционной поверхности;
- Разрежение триангуляционной модели до состояния, не нарушающего общей формы тоннеля, когда могут вписаться максимально большие треугольники;
- Автоматическая максимальная заливка пропущенных и неправильных треугольников - «дырок»;
- Сгущение триангуляционной сети (уменьшение длин сторон треугольников делением одного треугольника на четыре).
Таким образом, получаем сглаженную Mesh-поверхность внутренней обделки тоннеля, передающую его основную форму. Для детализации полученной полигональной модели в имеющийся проект ПП Rapid Form подгружаются отфильтрованные, не разреженные сканерные данные - точки, принадлежащие поверхности тоннеля.
C целью корректной, более детальной передачи формы выстилающей поверхности тоннеля при помощью функции «Fit Shell to» в модуле «Polygon», вкладке «Tools» выполняется притягивание каждой вершины треугольника к точкам. Тем самым трехмерная модель, описывающая поверхность тоннеля (Mesh) получается более детальной, что автоматически делает ее более точной. Именно этот параметр готовой модели является главным для контроля деформации тоннеля.
Текстурирование модели внутренней обделки тоннеля выполнялось на основе псевдоцветов (интенсивность отраженного сигнала в черно-белом представлении), полученных наземным лазерным сканером.
¿4 AutoCAD 2007 - [CAUsersVAflMHHncTpaTop\Desktop\Ha_диск тоннельІЛТр/ангул/рованная 3D модель TOHHenbI.dwg] 1 Ч Ж' Ж ж "JäIeHL 1 яДд||1ИЫЗд|
Файл Правка Вид Слияние Формат Сервис Черчение Размеры Изменить Окно Справка Express СОЕ CloudWorx -!« «]
|Ґ«^ Standard ■» Sf Standard » rj» CJ JV Классический AutoCAD - и ж
0|ЭЭ0Эв£Р|^ФФФ|Ы'<" ha 'jQft*BB0 ж ^ ^ J ! И Послою ▼ Continuous ▼ 1 Послою "Г 1 Поивету
Рис. 8. Общий вид триангулированной 3D- модели тоннеля в ПП АШюСАО
После выполнения работ выполнен контроль точности. Выявленные погрешности построения BD-модели и чертежей сечений тоннеля в плане и по высоте не превышало заданную точность в 2 см.
Трехмерные модели проводов и рельсов создавались по следующему алгоритму:
1. В ПП Cyclone создавались поперечные сечения и оси для каждого провода и рельса.
2. В ПП AutoCAD производилось выдавливание трехмерных объектов по имеющимся линиям.
На окончательном этапе построения трехмерной модели тоннеля, для соответствия ее техническому заданию, полученные модели внутренней обделки тоннеля и моделей, составляющих элементов тоннеля, экспортировались в формат Autodesk AutoCAD (расширение.dvg), где объединялись и отправлялись Заказчику.
Трехмерная модель внутреннего очертания тоннелей позволяет выполнить сквозную проверку, и определить деформацию в любой точке тоннеля, чего не позволяют выполнить чертежи сечения тоннеля, полученные через 10м.
© Е.И. Горохова, И.В. Алешина, Е.В. Романович, А.В. Иванов, А.Р. Мифтахудинов, 2012
