Будущая ЦКАД: настоящий полигон лазерной локации

Вернуться к списку статей

«Дороги» № 44 2015 г.

к. т. н. Виноградов К. П.

Будущая ЦКАД: настоящий полигон лазерной локации

Особенностью пятого этапа строительства Центральной кольцевой автомобильной дороги (ЦКАД) является сочетание разных видов работ, а значит, и подходов к ним. Строительная длина (I очередь) — 76,4 км, в том числе: новое строительство — 28,3 км, реконструкция — 41,9 км. Протяженность участка, запроектированного по параметрам магистральной улицы, составляет 6,3 км.

В настоящее время ООО «НПП «БЕНТА» выполняет на этом объекте весь комплекс изыскательских работ. В данной статье речь пойдет об особенностях топографогеодезических работ, площадь которых составляет 1860 га, в том числе 1030 га — масштаба 1:500.

Любые инженерные изыскания начинаются с создания геодезических сетей. Основой спутниковых геодезических наблюдений являются базовые станции СНГО г. Москвы. Работы включают этапы создания каркасной сети, с закреплением пунктов каждые 7-12 км, и развитие сети сгущения (геодезической разбивочной основы) с плотностью два пункта на каждый километр трассы.

С самых первых дней встал вопрос о выборе метода съемки. Большие по площади и протяженности топографические съемки уже традиционно выполняются методом воздушного лазерного сканирования (ВЛС) и аэрофотосъемки, однако снег является препятствием, а до начала полевого сезона еще полгода. Наземные методы съемки — хорошо, но качественная и полная работа требует неприемлемых трудозатрат и времени, а ситуация и рельеф по всей трассе нужны уже «вчера». Поэтому было предложено «нестандартное» для таких задач комбинированное решение: выполнить съемку методом мобильного лазерного сканирования в начале весны, а затем воздушное — после схода снега. Такой подход, помимо стандартных контрольных процедур каждого метода, дает дополнительную возможность в сравнении контролировать их качество. Твердое покрытие существующих дорог, наличие воздушных линий и других объектов являются идеальным полигоном для оценки точности результатов этих независимых методов.

Для съемки методом мобильного лазерного сканирования (МЛС) нами используется система Riegl VMX 450 — наиболее современная по параметрам точности, надежности и технологическим особенностям. Комплекс устанавливается на автомобиль, состоит из двух сканирующих элементов (расположенных под углом друг к другу), четырех цифровых камер, одометра, измерительного блока и системы прямого геопозиционирования. МЛС на скорости до 100 км/ч обеспечивает точность, необходимую для съемки масштаба 1:100-1:200, и плотность до 4000 точек/м2. Это позволяет использовать его не только как средство топографической съемки (масштабы 1:500-1:2000), но и как средство оценки качества дорожного покрытия с относительной погрешностью менее см. Фотосъемка выполняется через каждые 5 м в четырех направлениях.

По сравнению с традиционными геодезическими методами, МЛС позволяет, во-первых, получить беспрецедентную плотность съемки — до нескольких тысяч точек на метр. На сканах легко увидеть дорожную раз- метку, разные по величине дефекты и даже колейность покрытия. Вторым преимуществом является высокая точность. Она обеспечивается работой инерциальной системы, отслеживающей положение прибора и его ускорения 500 раз в секунду. Как правило, съемка одного участка дороги выполняется проездом в двух направлениях или дважды в каждом направлении. Точность повышается (и контролируется) за счет математической обработки «двойных проходов». И наконец, третий «плюс» — скорость съемки. Прибор работает с частотой до 1 млн измерений в секунду, что позволяет детально снимать десятки километров автодорог в день.

Основным и, возможно, единственным недостатком МЛС являются искусственные и естественные препятствия в направлениях сканирования — забор или густая растительность вдоль дороги создают мертвые зоны, хотя дальность работы сканеров составляет несколько сотен метров. Поэтому съемка с воздуха всегда будет востребована. Луч воздушного лазерного сканера имеет почти прямой угол падения к поверхности, и обеспечивает более полное и равномерное покрытие участка съемки. Поскольку ЦКАД имеет участки нового строительства (вне существующих дорог), использование ВЛС не имеет альтернативы по эффективности. Традиционная наземная съемка, которую обычно применяют для экономии, в условиях ограниченного времени даст узкую полосу фактически продольный профиль, а не всю ширину полосы варьирования с плотностью 5-10 точек на м2.

В настоящее время создание плотных цифровых моделей рельефа (ЦМР) является обязательным требованием заказчика на всех этапах строительства, их детальные характеристики прописываются в ТЗ. ЦМР позволяет мгновенно создавать продольные и поперечные профили любого участка, вычислять объемы с высокой точностью. В этом смысле лазерное сканирование незаменимо: автоматические методы получения координат огромного количества точек позволяют измерить поверхность г очень высокой плотностью.

Однако получение качественных ЦМР по данным любого лазерного санирования — это не такое простое дело, как может показаться на первый взгляд. Процесс состоит из нескольких этапов, часть из которых выполняется полуавтоматически или вручную. Вначале необходимо выполнить фильтрацию и классификацию точек лазерных отражений, затем удалить точки переотражений и точки, находящиеся ниже земли. Затем нужно выделить ключевые точки рельефа, описывающие поверхность, максимально приближенно к реальной. Для предотвращения «сглаживания» модели на перегибах рельефа необходимо выполнить векторизацию структурных линий и включить их в модель.

Особенностью любого сканирования является то, что его результаты не зависят от человеческого фактора. Поэтому особую ценность представляют не только результаты обработки сканов, но и исходные данные (облако тачек, снимки). Так, непосредственно теле съемки МПС есть возможность «мерить и быстро передать заказчику координаты интересующих его объектов. Например, расставить на плане отметки проводов и габариты искусственных сооружений на протяжении «нескольких километров. Уже сейчас специалисты ведущих проектных организаций, в частности ЗАО «Институт Стройпроект», хотят и умеют использовать непосредственно цветные облака точек при работе в САПР. Другими словами, важным и перспективным аспектом использования результатов МЛС и ВЛС в проектной деятельности является внедрение «виртуальной реальности». Облака точек лазерных отражений (загруженные в САПР) обеспечивают эффект присутствия «на местности». Это очень важно, учитывая то, что не все элементы сцены являются объектами картографирования. Перспективы обработки данных МЛС связаны с автоматизацией создания чертежей и трехмерных моделей по облакам точек.

Таким образом, использование современных средств съемки (комплекса воздушного и мобильного лазерного сканирования) для работы на ЦКАД оказалось экономически оправданным с точки зрения оптимизации сроков и сокращения времени работы полевых бригад. С другой стороны, обследование, съемка, процесс согласования подземных коммуникаций, дешифрирование обязательно требуют значительного объема работ в поле, без которого невозможно выполнение качественных топографо-геодезических изысканий.

Вернуться к списку статей