Новый подход к сканированию дорожного полотна и инфраструктуры дороги

Сканер для дорог

  Сканирование – динамический процесс сбора геопространственных данных. На движущемся со скоростью потока автомобиле одновременно работают несколько синхронизированных между собой систем и датчиков. Результатом сканирования является облако точек. Массив точек – трехмерная модель трассы и прилегающей полосы. Иногда приходится слышать мнение, что сканирование подходит только для обследования или обзора исследуемого объекта. На самом деле мобильное лазерное сканирование является высокоточным методом, применяемым многими геодезистами страны для топографических съемок M 1:2000, 1:1000 и даже 1:500. Геодезическая привязка данных сканирования к системам координат осуществляется спутниковым методом в соответствии с утвержденными методиками обработки спутниковых измерений.

Технология сканирования

Мобильные системы уже на протяжении многих лет вносятся в государственный реестр средств измерений и позволяют собирать данные с геодезической точностью. Причем мобильное сканирование постепенно вытесняет традиционные методы съемки из-за целого ряда факторов, к которым в том числе относится и более низкая стоимость километра съемки. В результате камеральной обработки облако точек подвергается преобразованиям. Классификация точек по типам объектов, автоматическое распознавание контуров (где это возможно), построение продольных профилей и поперечников, горизонталей, а также целый ряд функций, которые ста- ли возможны благодаря набору данных высокой плотности, – это лишь краткое перечисление некоторых стандартных возможностей обработки. Плотность съемки мобильного сканирования можно количественно охарактеризовать, как несколько миллионов точек (пикетов) на отрезке съемки в 30 м. В сравнении с традиционной геодезической съемкой количество таких пикетов на всю ширину полосы съемки будет в пределах 50 точек на прямых участках и может быть немного плотнее в поворотах. Таким образом, мы получаем геодезические данные более чем в 20 тыс. раз подробнее, чем обычная топосъемка.

Система сканирования

Ядром системы сканирования Phoenix является спутниковая (GPS/ГЛОНАСС) навигационная инерциальная система INS. Она отвечает за точное определение место- положения и параметров ориентации в любой момент времени, непрерывно на протяжении всего сканирования. Существует прямая связь между стоимостью системы INS и стабильностью работы, качеством данных. Чем INS дороже, тем быстрее происходит восстановление точности после потери спутниковых сигналов, точнее данные, лучше работа в сложных условиях (вблизи высотных зданий и на узких улицах городов, промышленных территориях с многочисленными эстакадами, рядом с высоким лесом, в туннелях). Системы лазерного сканирования Phoenix спроектированы таким образом, что пользователь в зависимости от бюджета и объема предстоящих работ может выбрать одну из предлагаемых INS. Следующим по значимости датчиком является лазерный сканер LiDAR (лидар). Он осуществляет сканирование за счет вращения лазера на 360°. По своей сути сканер – это скоростной лазерный дальномер, посылающий в секунду до миллиона импульсов и принимающий сигналы обратно, отраженные от поверхностей окружающих объектов. В зависимости от решаемой задачи, система лазерного сканирования может быть оснащена разными типами лидаров. На их стоимость влияют: – производительность – скорость измерений в секунду может достигать значения 1 млн/с.; – дальность – верхняя граница рабочего диапазона может достигать 60–70 м, а на некоторых моделях даже 500–700 м; – точность – погрешность определения расстояния может достигать нескольких миллиметров. Еще одним важным, но опциональным (исключаемым в случае экономии) элементом системы является цветная панорамная фотокамера. Она отвечает за непрерывную фотосъемку на протяжении всего маршрута. В дальнейшем фотоснимки позволят окрасить облака точек в цвета объектов, зафиксированные при фотосъемке, что придаст облаку точек еще большую наглядность и натуральность. Данные сканирования и фотосъемки полностью синхронизированы со спутниковой инерциальной системой. Это позволяет получать истинное местоположение объектов и контуров после непродолжительной обработки.

Зачем сканировать?

1. Сканирование дорог постепенно занимает место обычной топографической съемки. И, безусловно, может использоваться в качестве исполнительной съемки новых дорог, мостов, развязок. Но возможности сканирования выходят за рамки обычных геодезических съемок.
2. Плотность сканирования такова, что все повреждения полотна видны в мельчайших подробностях. Глубина, контур, площадь и расположение выбоин определяются по облаку точек с миллиметровой точностью. Хорошо видны трещины и любые неровности дорожного покрытия. Такая информация будет полезна для планирования ремонта, определения объема работ, материалов и их стоимости.
3. Особенно удачно технологии мобильного сканирования применяются в ремонте дорожного покрытия на участках с колейностью. Для того чтобы автоматизированная дорожная техника могла срезать минимально достаточное количество асфальтового покрытия, требуется загрузить существующую фактическую поверхность и задать уровенную поверхность, до которой следует срезать. С этой за- дачей как нельзя лучше справляется система мобильного лазерного сканирования Phoenix. Достаточно одного про- езда по обследуемой дороге, после чего данные обрабатываются и полигональная поверхность передается в систему автоматизированного управления грейдера. Система высот в таком случае у мобильного сканера совпадает с автоматизированной системой грейдера. Ошибка определения колейности на местности будет в пределах нескольких миллиметров.
4. Кроме возможностей для ремонта нужно обратить внимание на пользу системы для целей инвентаризации. Дорожные знаки и объекты инфраструктуры (столбы, ограждения и т. д.) видны на фотовидеосъемке. Их габариты и местоположение определяются в один клик. Фактическое значение и состояние дорожного знака считывается с фото- изображения и может быть легко проверено на соответствие нормам и правилам. За день работы одна система мобильного сканирования Phoenix может провести обследование сотен километров трасс.

В чем выгода?

Прежде всего поражает разница в качестве данных и скорости их получения. За день автомобиль с установленной системой мобильного сканирования Phoenix может выполнить 200–400 и более километров съемки высокого разрешения. Прямая выгода для пользователя здесь заключается помимо скорости и полноты данных еще и в высокой мобильности решения. Для организации полевых работ достаточно водителя и одного оператора системы, в то вре- мя как выполнение аналогичного класса съемки (масштаба 1:2000 – 1:500) при помощи тахеометров и GPS-приемников за такие же сроки потребует привлечения десятков исполнителей. При этом содержание в штате одной бригады исполнителей обходится минимум около 150 тыс. рублей в месяц, что в год составляет примерно 2 млн. Расходы же на содержание такого оборудования минимальны. Все оборудование уместится на одной полке стел- лажа или рядом с письменным столом. Если у организации, занимающейся строительством, проектированием, ремонтом или эксплуатацией дорог и связанными с этими видами работ обследованиями есть возможность ежегодно выполнять большой объем работ, то при- обретение мобильной системы приводит к исключительной эффективности и производительности. Приобретение подобной системы становится практически неизбежным для производственных компаний дорожной отрасли в ближайшем будущем или в краткосрочной перспективе нескольких лет. Еще одним важным аспектом является автоматизация работы с данными, о чем скажем далее. В чем преимущество? Несмотря на кажущуюся экзотичность технологии сканирования в применении к дорогам, надо отметить, что уже несколько десятков частных, муниципальных, областных и госкомпаний используют мобильные системы сканирования для обследования дорог. И каждую весну они выходят на дорогу. Непродолжительный полевой сезон в России в целом и в северных районах особенно позволяет компаниям, использующим систему мобильного сканирования, в течение по- левого сезона: – выполнять съемки дорог в промышленных масштабах на своих объектах; – выступать в качестве субподрядчика у более крупных компаний для ускорения работ; – получать объемы работ в качестве генподрядчика; – опережать конкурентов в конкурсах за счет более

прогрессивных методов работы и скорости выполнения работ; – выигрывать конкурсы за счет невысокой себестоимости 1 км дороги; – работая по стандартным расценкам, существенно увеличивать прибыль за счет сведения расходов на полевые работы к минимуму. Какие данные и материалы могут быть получены после проведения сканирования? Главные результаты работ – геопривязанное облако то- чек и снимки. Технология сканирования предлагает не толь- ко автоматизацию сбора данных, но и автоматизацию процесса обработки данных. В частности, в программе Trimble MX для обработки данных сканирования реализованы функции автоматического и полуавтоматического распознавания линий дорожной разметки, края дорожного полотна, края бровки, расстановка столбов, построения продольных профилей и поперечников. Как пользоваться данными? Элементы, построенные в программе предварительной обработки Trimble MX, могут быть экспортированы в такие популярные сегодня программные комплексы для изыскателей и проектировщиков, как Civil 3D, Map 3D, Revit, AutoCAD и ReCap от Autodesk, MicroStation от Bentley, CREDO 3D СКАН и другие популярные программы от компании «Кредо-Диалог», а также IndorCAD от компании IndorSoft.

Какие существуют опасения?

1 Сканирование – не геодезический метод. Вовсе нет. У навигационной системы сканера существует известная и поверяемая погрешность определения место- положения, так же как и у лидара погрешность определения расстояния. Заявляемые параметры поверяются и точность соответствует требуемым масштабам съемки. Вычисление траектории производится в специализированном геодезическом ПО, где движение системы рассчитывается совместно с данными с базового спутникового ГНСС-приемника. Все данные заказчику передаются в необходимой ему системе координат.

2. Мобильная система сканирования очень дорога. И да и нет. Начальная стоимость простой системы с дву- мя спутниковыми антеннами, простой INS, рабочей максимальной дальностью сканирования 50–60 м стоит несколько миллионов рублей. Эта цена вполне сопоставима с ценами на наземные сканеры. Предел по стоимости систем Phoenix можно задать в 30–35 млн. Но не следует забывать, что самая дорогая система нужна далеко не всем пользователям. В заданном интервале всегда можно подобрать решение для задач пользователя.

Безопасность

В заключение скажем несколько слов о важном факторе при выполнении любых видов изысканий – безопасности. Для выполнения сканирования с автомобиля не
требуется остановок, геодезисты не выходят на полосу автодороги и не работа- ют вдоль обочины. Риск для здоровья и жизни сотрудников минимален. Автомобиль, двигаясь со средней скоростью потока, выполняет съемку, снижая любые риски работы на дороге. Существует ряд объектов, где приостановить движение даже на короткий промежуток времени представляется весьма проблематичным, а выйти с отражателем на середину дороги и вовсе опасно для жизни, например на МКАДе и Третьем транс- портном кольце в Москве, федеральных трассах, оживленных улицах крупных городов. Для работ на таких объектах мобильные сканирующие комплексы сканирования незаменимы.

В. Цуканов, ООО «Технокауф», lidar@technokauf.ru

https://technokauf.ru/

 

[/fusion_text]