Перспективные средства сбора геодезической информации

УДК 528.42

В.А. Середович, Д.А. Ферулев СГГ А, Новосибирск

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СРЕДСТВА СБОРА ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Целью данной работы является анализ существующих моделей и комбинаций различных геодезических приборов и определение путей перспективного развития геодезических средств измерений в ближайшем времени.

Комбинация приборов, электронный тахеометр, спутниковая система, наземный лазерный сканер, цифровая модель местности.

1. Современные средства выполнения полевых геодезических работ.

1.1. Электронные тахеометры и спутниковые системы.

В настоящее время в России все большую часть всех полевых съемочных работ выполняется электронными средствами измерений. Эти приборы в течение последнего времени внедряют наиболее прогрессивные организации.

Ведущие производители спутниковых систем Trimble или Magellan/Ashtech, рассматривают электронные тахеометры как геодезические системы вторичного значения, заведомо отдавая предпочтение спутниковым системам реального времени (RTK) как первостепенным геодезическим системам.

Производители электронных тахеометрических систем: Leica

(Швейцария), Sokkia, Topcon, Nikon, Pentax (Япония), рассматривают последние как геодезические системы первичного значения, функциональные возможности которых могут создавать комбинации со спутниковыми приемниками. Сегодня две основные концепции развития полевых геодезических систем определяют появление новых приборов и систем. Какая концепция будет преобладать в будущем и какие принципиально новые системы поступят на рынок геодезического оборудования, покажет время. Жесткая конкуренция на международном рынке электронных тахеометров обусловливает их непрерывное совершенствование, заставляя производителей находить все более эффективные решения, упрощать процессы измерений и использовать максимально удобные пользовательские интерфейсы, создавать интегрированные системы, комбинирующие функции компьютеров, тахеометров, спутниковых приемников, инерциальных систем. Современные тахеометры значительно различаются не только своими техническими характеристиками, конструктивными особенностями, но и прежде всего ориентацией на конкретного пользователя или определенную сферу применения. Точность и дальность измерений в данном случае уже не играют существенной роли. Определяющим становится фактор эффективности применения прибора для решения конкретного типа задач. Также желательно иметь возможности обновления и модернизации системы

— добавление новых функций, программ и даже изменение технических характеристик. Этим условиям полностью соответствуют тахеометры, имеющие модульное строение. Две базовые модели тахеометров этой серии

— механическая и имеющая сервоприводы, позволяющие автоматизировать не только наведение на призму, но и слежение за перемещающимся отражателем. В последнее время широкое распространение получили тахеометры с дальномером, позволяющим измерять расстояния непосредственно до объекта без отражателя. К недостаткам данных систем следует отнести зависимость точности измерений от свойств отражающей поверхности и отсутствие надежной фиксации точки измерения. Тем не менее следует ожидать дальнейшего их совершенствования. Таким совершенствованием является тахеометр со встроенной видеокамерой, которая четко фиксирует положение наведения лазера на точку.

Важной составляющей электронного тахеометра является модуль контроллера — встроенного или внешнего.

В последнее время в качестве контроллеров широко применяются полевые графические пен-компьютеры или компьютеры с активным экраном. С их помощью можно не только управлять работой тахеометра и/или геодезического спутникового приемника, но и обработать на месте и просмотреть графическое отображение результатов съемок на экране пен-компьютера.

Программное обеспечение решает большинство CAD-задач непосредственно в поле, позволяют вести трехмерную базу съемочных данных, что дает возможность строить цифровую модель рельефа и отображать ее в виде горизонталей, строить разрезы, сечения, профили, решать задачи координатной геометрии и многие другие. Обмен с персональным компьютером, экспорт/импорт файлов в формате DXF обеспечивают эффективность разбивочных работ по заранее подготовленным проектам.

В целом применение роботизированных технологий повышает эффективность работ практически вдвое по сравнению с использованием механических тахеометров, что дает возможность значительно сократить трудовые затраты, свести к минимуму ошибки полевых измерений и оптимально провести камеральные работы, что в итоге позволяет, по крайней мере, удвоить годовые объемы подрядных геодезических работ.

1.2.Наземные лазерные сканеры.

В настоящее время разработкой приборов для трехмерного лазерного сканирования занимаются ведущие фирмы, производящие геодезическое оборудование, основные из которых Trimble (США), Riegl Laser Measurement Systems GmbH (Австрия), Optech (Канада), Mensi (Франция), Leica (США) и др. Все вышеперечисленные фирмы выпускают сканеры для различных целей. Цели, решаемые отдельной моделью трехмерного лазерного сканера, определяются его техническими характеристиками:

1. Точность измерения расстояний; 2. Точность измерения вертикальных и горизонтальных углов; 3. Максимальное угловое разрешение (или шаг

сканирования); 4. Дальность действия; 5. Скорость сканирования; 6. Класс безопасности; 7. Угол поля зрения; 8. Расхождение лазерного пучка; 9. Портативность.

Компании Trimble(США) и Riegl Laser Measurement Systems GmbH (Австрия) на данный момент являются одними из самых крупнейших производителей геодезического оборудования. Их принцип действия основан, как и у практически всех сканеров, на безотражательном определении дальности импульсным методом. Конструктивной особенностью данных сканеров является то, что внутри головки объединены: блок развертки, цифровая видеокамера, датчик наклона прибора (инклинометр), электронный компас и блок управления. Сканер оснащен системой, которая обеспечивает внутренний контроль и автоматический ввод атмосферных поправок. Данная модель сканера может работать в перевернутом положении.

Сканеры GS200 имеют встроенную видеокамеру, с помощью которой можно получить цветовую информацию об объекте. Эта информация впоследствии позволяет придать получаемым точкам реальный цвет, либо наложить текстуру на сетевую модель (Mesh). Одним из основных достоинств GS200, по сравнению с другими моделями сканеров, является возможность фокусировки лазерного пучка двумя способами: вручную и автоматически.

Производством и продажей трехмерных лазерных сканеров занимается такая известная фирма в геодезии, как Leica. Лазерный сканер Leica HDS 4500 имеет очень высокую скорость сканирования (6250000 точек/сек), в то время, как у других сканеров она составляет порядка 1000-8000 точек/сек. При этом его точность сравнима с точностью других сканеров. У модели HDS 4500 расширено поле зрения в вертикальной плоскости до 310°, следовательно, при сканировании не создается «мертвых» зон вокруг точки стояния сканера. Отличительной особенностью данного сканера является то, что здесь в основу измерения расстояний положен фазовый метод. В будущем в сканерах будет применяться матрица отображения вместо линейки. Будет происходить уменьшение стоимости, повышаться качество съемки, большая миниатюризация приборов.

2. Автоматизация обработки крупномасштабных съёмок.

Основным конечным продуктом топографо-геодезического производства до настоящего времени являлась графическая информация о местности в виде карт и планов различных масштабов. Интенсивное использование электронно-вычислительной техники в последнее время создало предпосылку для хранения и использования информации о местности в цифровом виде взамен или в дополнение к традиционным графическим документам.

Усложнение задач инженерно-геодезических изысканий, непрерывный рост объёмов крупномасштабных съёмок и других инженерно-геодезических работ вызвало необходимость создания цифровых моделей местности (ЦММ). Графическая точность обычных карт и топопланов составляет примерно 0,5 мм. в плановом отношении, а по высоте — одну треть высоты

сечения, что для многих современных задач становится недостаточным. Кроме того густота нанесения горизонталей, контуров, пояснительных надписей существенно ограничена условиями удобства работы с графическим документом, технологией графического исполнения и другими факторами.

Способы цифрового и аналитического представления информации о местности в основном свободны от этих недостатков и ограничений. Точность плановых координат и высот определяется лишь методами получения первичной информации. Объём памяти современных оперативных и внешних запоминающих устройств позваляет хранить информацию о контурах, ситуации и топографических объектах с любой густотой их расположения на местности.

Однако в широкой постановке создания цифровых и аналитических способов представления информации о местности является чрезвычайно сложной научно- технической проблемой. Поэтому технико-экономическая целесообразность перехода к цифровому представлению топографической информации может проявиться лишь при комплексной автоматизации всех видов работ и разработке систем автоматизированного проектирования. Создание ЦММ, формирование банка цифровых топографо-геодезических данных, выдача информации по требованию потребителя в графическом виде связано с использованием современных ЭВМ.

Таким образом, перспективными геодезическими средствами измерений для выполнения крупномасштабных топографических съемок являются: электронные тахеометры, спутниковые системы и наземные лазерные сканеры, а также их комбинации.

© В.А. Середович, Д.А. Ферулев