Научная статья о мобильном лазерном сканировании

В третьем квартале 2011 года ООО НИПИСтройТЭК выполнил полевые работы для компании ЗАО "ИнтехГеоТранс" по мобильному лазерному сканированию (МЛС) четырех направлений железных дорог: Октябрьское, Рязанское, Смоленское и Брянское, общей протяжённостью 1400км. Съемка была выполнена за 11 рабочих дней в прямом и обратном направлениях на скорости 60-70 км/ч. Работы выполнялись мобильным сканером (системой мобильного лазерного сканирования), установленным на крыше железнодорожной автомотрисы (автономный вагон с дизельным двигателем). Базовые GNSS (ГНСС) - станции для привязки траекторных данных размещались каждые 20 км на заранее заложенных опорных пунктах представленных РЖД.

Использованный нами мобильный лазерный сканер способен выполнять съемку c частотой до 600тыс. измерений (600 кГц) в секунду, с внутренней точностью съёмки 10 мм. Благодаря компактности и удобной конструкции крепления мы можем установить систему МЛС на любые виды транспортных средств: автомобиль, железнодорожные поезда\вагоны, катер или паром. Высокая частота сканирования позволяет осуществлять сбор данных при высокой скорости движения транспортного средства и без существенных потерь в плотности измерений. Помимо лазерного сканирования система производит фотосъемку территории снимаемого объекта при помощи 4-х широкоугольных фотокамер, со скоростью съёмки до 12-ти кадров в секунду. Благодаря наличию автоматической коррекции яркости фотосъемки в зависимости от освещенности снимаемой территории и водонепроницаемости сканирующей системы, она способна выполнять съемку при любых погодных условиях и в любое время суток, даже ночью при наличии на местности искусственного освещения. Мобильная система производит сканирование местности в таком диапазоне, который полностью поглощается водой, что позволяет свести к минимуму наличие шумов и переотражений сигнала в данных, выполнять съемку во время дождя.

Так же неоспоримым преимуществом использованной нам системы является конструктивная особенность размещения всех компонентов относительно друг друга на одной жестко закрепленной платформе, что исключает раскалибровку системы при ее эксплуатации. В свою очередь это исключает необходимость определения калибровочных параметров для каждого проекта.

По сравнению с традиционной топографической съемкой система МЛС позволяет существенно сократить сроки сбора информации и максимально уменьшить время нахождения исполнителей на особо опасных объектах.

Например: классическая топосъёмка м-ба 1:500, выполненная на том же участке железной дороги десятью бригадами геодезистов. Даже при самых благоприятных условиях работы подобные изыскания займут не менее 135 рабочих дней. Не маловажны и риски, которым подвергаются работники полевых бригад.

Также, необходимо учесть, что при съемке, к примеру, железнодорожной инфраструктуры, данные полученные классическими методами будут иметь минимальную детальность. А в случае многоуровненных комплексных объектов, к примеру контактная сеть на крупных железнодорожных станциях, получить необходимые данные с требуемой точностью будет сложно, а зачастую невозможно. Подобные задачи с лёгкостью решаются методом мобильного лазерного сканирования, который позволяет за короткий промежуток времени получить высоко детальную трехмерную информацию обо всех объектах находящихся в зоне видимости сканирующей системы с точностью на уровне нескольких сантиметров и плотностью - около 2000 точек на м2 (при скорости съемки 70 км\ч).

В результате выполнения мобильной лазерной съемки получается следующий набор данных:

* точки лазерных отражений;
* гео-привязанные фотографии.
* траектории движения сканирующей системы
* данные GNSS наблюдений на базовых станциях

В результате обработки данных создаются:

* 3D модель местности в формате AutoCAD и ArcGIS c занесением в базу данных атрибутивных характеристик объектов инфраструктуры железных дорог.
* цифровые модели рельефа в формате ESRI GRID и ASCII.
* топографические планы масштаба 1:1000

По результатам обработки данных возможно решать следующие задачи:

* Создание комплексной системы пространственных данных инфраструктуры железнодорожного транспорта (КСПД ИЖТ).
* Построение продольных и поперечных профилей.
* Планирование и расчёт траекторий движения ЖД транспорта.
* Анализ параметров объектов инфраструктуры железных дорог и сопоставление их с нормативными значениями.
* Выявление участков на железнодорожном полотне и балластной призме требующих ремонта или реконструкции.
* Определениегабаритов объектов инфраструктуры вдоль железнодорожного пути и вычисление критически опасных значений (определение провиса проводов контактной сети и близ весящих ЛЭП, деформации объектов инфраструктуры ЖД, обвалов земельного полотна).
* Инвентаризация объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта.

При выполнении выше перечисленной обработки данных в ООО НИПИСтройТЭК особое внимание уделено автоматизации производственных процессов. Для этого программистами компании создан комплекс программных средств позволяющий с максимальной точностью и автоматизацией выполнять трехмерную обработку данных лазерного сканирования. Помимо этого на производстве применяются самые последние программные разработки в области цифровой картографии, САПР и ГИС от известных производителей Autodesk, Bentley, TechNet, ESRI, RIEGL, InnovMetric, TerraSolid и др.

Отдельно следует отметить программный продукт SiRailScan разработки немецкой компании TechNet позволяющий в автоматическом режиме по облаку точек лазерного отражения проверять габариты железнодорожных путей и формировать подробные отчеты о выявленных нарушениях. В дальнейшем, данные отчеты могут быть использованы при реконструкции и ремонтных работах на железной дороге. Появление на мировом рынке подобных программных продуктов существенно повышает эффективность применения лазерного сканирования в железнодорожной отрасли.

Для всестороннего изучения объектов железной дороги в т.ч. объектов ИССО (мосты, трубы под ЖД, станции и др.), а также для устранения "теневых" зон, неизбежно возникающих по пути следования сканирующей системы, данные мобильного сканирования могут быть дополнены данными воздушного лазерного сканирования (ВЛС), аэрофотосъемки и наземного лазерного сканирования (НЛС).

ООО НИПИСтройТЭК на выбранном участке выполнил комплекс работ по совмещению данных мобильного лазерного сканирования с данными других видов съемки в системе координат железной дороги. Первоначальное совмещение данных осуществлялось по результатам обработки траекторных данных и GNSS-наблюдений на базовых станциях полученных в ходе выполнения аэрофотосъемки, ВЛС и НЛС. При этом съемки МЛС и НЛС проходили одновременно и для их полевого обеспечения использовались одни и те же GNSS базовые станции. Во время выполнения аэрофотосъемки и воздушного лазерного сканирования базовые станции устанавливались на тех же местах, которые использовались при съемке МЛС и НЛС. Данный метод позволил повысить точность получаемых данных. Затем, для точного совмещения всех видов данных применялись связующие точки, выбираемые в зонах перекрытия данных. В качестве исходной информации для набора связующих точек выступали данные Мобильного лазерного сканирования. Одновременно со связующими точками, использовались дополнительные контрольные точки, полученные в ходе выполнения тахеометрической съемки. Для каждой точки стояния наземного сканера (сканпозиции) выбиралось не менее 5 связующих точек и не менее 3 контрольных заранее замаркированных на местности. Для совмещения данных аэрофотосъемки и воздушного сканирования с данными МЛС использовалось не менее 3 связующих и не менее 1 контрольной точки на пог.км. В результате, абсолютная точность совмещения данных составила: для данных аэрофотосъемки и воздушного лазерного сканирования – 5 см.; для данных наземного лазерного сканирования – 3 см.

Использование современного оборудования и инновационных технологий открывают новые возможности для решения разнообразных задач на железной дороге. И уже ни для кого не секрет, что это не прихоть и не неоправданная растрата казённых средств, а насущная необходимость, без которой невозможно не только продуктивное движение вперёд, но и безопасная деятельность на нынешнем этапе развития ЖД транспорта.

В настоящее время, наш институт планирует создания единой ГИС системы, в которой будет осуществлена интеграция облаков точек, 3D моделей и 2D планов ЖД со своими условными знаками и базами данных. Одним из её несомненных преимуществ является ясность картины, достигаемая за счет работы с данными в трехмерном пространстве. Это позволит осуществлять оперативный просчёт траектории движения поездов, проектирование реконструкции железнодорожных путей, планирование и проведение инвентаризации, расчёт всевозможных геометрических параметров объектов ЖД инфраструктуры и выполнение множества других насущных задач.

ООО «НИПИСтройТЭК» располагает большим парком современного оборудования, технологий и знаний позволяющих качественно и в кротчайшие сроки решать любые инженерные задачи, такие как проектирование, мониторинг, инвентаризация и реконструкция объектов транспортной, градостроительной, энергетической и добывающей инфраструктуры..

Источник:
www.nipistroytek.ru