СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ В ПРОСТРАНСТВЕ
METHOD OF IDENTIFICATION AND VISUALIZATION OF ENGINEERING COMMUNICATIONS IN SPACE

Ежегодно вследствие неудовлетворительной организации земляных работ в части идентификации и определения местонахождения подземных инженерных коммуникаций (далее по тексту - коммуникации) землеройной техникой повреждается большое количество коммуникаций - трубопроводы, кабеля, вследствие чего возникает:
- угроза жизнеобеспечения населения в случаях, если прерывается поставка электроэнергии, теплоносителя, услуг связи;
- материальный ущерб из-за остановки объектов, оборудования;
- материальный ущерб из-за необходимости проведения аварийно-восстановительных работ.
Для минимизации вышеуказанных рисков необходимо перед проведением земляных работ и других видов работ в охранной зоне коммуникации иметь достоверные, актуальные данные о ее фактическом расположении в пространстве непосредственно на местности с достаточной точностью.
В настоящее время существует множество способов определения местонахождения коммуникаций на местности:
1. С помощью приборов поиска:
- приборы, определяющие местонахождение коммуникации по степени излучения электромагнитных полей заданной частоты контактным или бесконтактным методом,
- приборы, определяющие местонахождение коммуникации по температуре поверхности участка коммуникации - тепловизоры
- приборы, определяющие местонахождение коммуникации по степени напряженности магнитного поля от коммуникации - магнитрометры.
- использование георадаров.
Недостатки: сложность процесса, высокая повторяемость работ - необходимость производства трассопоиска перед каждыми земляными работами, высокая стоимость оборудования, кратное увеличение стоимости при наличии сильных помех в виде электромагнитного, магнитного полей, зависимость точности определения от свойств грунта.
1. Сопоставления данных геодезической съемки коммуникации с данными на бумажных (карты) или электронных носителях непосредственно на местности.
Недостатки: трудности в сопоставлении местоположения коммуникации в режиме реального времени, в том числе из-за изменения ландшафта, наземной инфраструктуры, высокая погрешность определения местоположения, необходимость дополнительной шурфования коммуникаций.
2. Указание на расположение коммуникации представителей владельца коммуникации непосредственно на местности.
Недостатки: высокая вероятность человеческих ошибок, низкая точность определения местоположения коммуникаций, необходимость дополнительного шурфования коммуникаций и применения приборов поиска.
3. По заранее установленным, в месте расположения коммуникации активным или пассивным RFID меткам (маркерам), путем считывания с них информации о коммуникации специальными маркероискателями.
Недостатки - небольшой жизненный цикл меток, небольшая дальность обнаружения, зависимость дальности от состояния и состава наземного грунта, общая дороговизна схемы, необходимость проведения земляных работ для установки маркеров на существующих коммуникациях.
Известен патент №9,305,402 США, где описывается наложение аннотаций на картинку с камеры устройства в реальном времени пользователем или автоматически из локальных и сетевых источников данных. Таким устройством может быть смартфон, планшет, игровая консоль, мультимедийный проигрыватель или персональный компьютер. Аннотации могут быть текстовыми, мультимедийными или гипертекстовыми (содержащими отсылки к другим данным) и отображаются как в автоматическом режиме, так и в ответ на фиксируемые компьютером события. Перед формированием информационного слоя аннотируемые объекты должны быть идентифицированы в реальном времени - автоматически или вручную. Используемые методы идентификации включают контурное распознавание, SIFT, сопоставление шаблонов, градиентные гистограммы, внутриклассовое трансфертное обучение, эксплицитные или имплицитные трехмерные модели объектов, глобальную репрезентацию сцен, затенение, отражающую способность, текстуры, грамматику, тематические модели, оконное обнаружение, трехмерные знаки, контекст, задействование интернет-данных, бесконтрольное обучение и быструю индексацию. Для составления предварительной выборки данных может использоваться штрих- или QR-код.
Недостатки: идентификация аннотируемых объектов производится для каждого объекта в целом, т.е. систему невозможно применить в случае коммуникации длина которой значительна относительно его поперечного сечения, так как не стоится трек коммуникации в месте, где ее надо определить через камеру планшета или смартфона. Кроме того, для идентификации объекта в пространстве используется общая система координат GPS, где точность определения местонахождения составляет от одного до нескольких метров, вследствие чего, точность определения коммуникации не позволяет точно определить ее местонахождение для безопасного производства земляных работ.
Известен патент №№8,400,548 «Синхронизированные интерактивные дисплеи дополненной реальности для многофункциональных устройств» (Synchronized, Interactive Augmented Reality Displays For Multifunction Devices). Это система дополненной реальности для различных гаджетов - к примеру, смартфонов или планшетов, которая идентифицирует объекты, попавшие в поле зрения камеры мобильного устройства, и дополнять их аннотациями. Для распознавания объектов могут применяться различные методы: обнаружение краев, сравнение с шаблонами, масштабно-инвариантное трансформирование и пр. Для получения необходимой информации система сможет полагаться на локальную или сетевую базу данных. В состав аннотации предлагается включать текстовую и (или) графическую информацию, а также ссылки. Пользователь сможет самостоятельно корректировать, дополнять данные и делиться ими, скажем, через социальные сервисы. Кроме того, в патенте рассматривается возможность построения компьютерных моделей на основе получаемой через камеру картинки.
Недостатки: аналогичны указанным при описании недостатков патента №8,400,548.
Известен патент №9,488,488 на «Карты дополненной реальности» (Augmented reality maps). Это система дополненной реальности для мобильных устройств, таких как iPhone и iPad, которая идентифицирует объекты, попавшие в поле зрения камеры гаджета, и дополняет их аннотациями. Для распознавания объектов могут применяться различные датчики, встроенные в iPhone, в том числе гироскоп, цифровой компас, акселерометр и GPS-модуль. Для получения необходимой информации система сможет полагаться на локальную или сетевую базу данных. В состав аннотации предлагается включать текстовую и (или) графическую информацию, а также ссылки. Пользователь сможет самостоятельно корректировать, дополнять данные и делиться ими через социальные сети. Кроме того, в патенте рассматривается возможность построения компьютерных моделей на основе получаемой через камеру изображения.
Недостатки: аналогичны указанным при описании недостатков патента №8,400,548.
Результатом предлагаемого способа визуализации и идентификации инженерных коммуникаций в пространстве является следующее - при направлении камеры планшета, которая находится с обратной стороны от экрана планшета, на предполагаемое место фактического нахождения коммуникации (находится под землей или за другим непрозрачным препятствием) на экране планшета одновременно с изображением местности в режиме реального времени отображается линия (ломаная, кривая) или объемная фигура, показывающая фактическое расположение коммуникации в пространстве на данной местности с заданной точностью.
Изображение местности на экране планшета, которое транслируется от его камеры, зависит от положения планшета в пространстве и в случае его изменения меняется. При этом вместе с изменением изображения местности на экране планшета меняется и отображение коммуникации на его экране - оно соответствует фактическому расположению коммуникации относительно данной местности. Это происходит, когда камера планшета направлена на место фактического расположения коммуникации.
Наличие достоверной визуальной информации на экране планшета о местоположении коммуникации позволяет безопасно проводить земляные работы так как положение коммуникации отображается с достаточной точностью.
Реализация способа идентификации и визуализации инженерных коммуникаций в пространстве схематично приведена на фигуре 1, фигуре 2, фигуре 3 на которых: 1 - коммуникация, находящаяся под землей, 2 - поперечный профиль коммуникации, 3 - линия (крива, ломанная) отображаемая положение коммуникации в пространстве, 4, 5, 6, 7 - пример расположения опорных точек, 8 - обозначение уровня земли, 9 - проекция коммуникации на поверхность земли, 10 - планшет, 11 - приемник GPS, ГЛОНАСС прикрепляемый к планшету, 12 - отображаемая на экране планшета коммуникация в виде линии (ломанной, кривой), показывающая фактическое положение коммуникации в пространстве под землей, 13 - направление движения рабочего агента по коммуникации, 14 - электронная вычислительная машина (ЭВМ), 15 - стационарно установленный приемник передатчик GPS - базовая станция, 16 - навигационный спутник GPS, 17 - беспроводная связь для передачи сигналов от навигационного спутника до стационарного приемника и приемника прикрепленного к планшету, 18 - беспроводная связь для обмена информации между ЭВМ и планшетом, 19 - экран планшета
Способ реализуется следующим образом
На любой поверхности коммуникации 1 отмечаются опорные точки 4, 5, 6, 7 таким образом, чтобы при их соединении между собой полученная линия 3 (кривая, ломаная) отображала фактическое положение коммуникации в пространстве. Количество опорных точек (4, 5, 6, 7) определяется с такой дискретностью в масштабах отдельно выделенной коммуникации какой будет достаточно для отображения коммуникации в пространстве в виде линии (кривая, ломанная) с требуемой точностью. При этом опорные точки определяются в местах изменения:
- направления коммуникации - изгибы, повороты,
- размеров поперечного сечения, других физических размеров коммуникации,
- других характеристик и параметров коммуникации.
За каждой опорной точкой фиксируется следующая информация:
- координаты в пространстве: широта, долгота, высота в системе GPS, ГЛОНАСС методом спутниковых геодезических измерений,
- номер по порядку по направлению движения рабочего агента коммуникации - жидкость, газ, электрический ток.
- характеристики коммуникации в данной точке: физические размеры поперечного сечения коммуникации, параметры работы - давление, температура, напряжение, другая актуальная информация.
Вышеуказанная информация собирается в виде базы данных и заносится в электронную вычислительную машину 14 (ЭВМ).
Посредством вычислений на ЭВМ 14 на основе базы данных по опорным точкам для данной коммуникации строится трек коммуникации в виде линии (кривая, ломанная) 12 в пространстве, которая отображает реальное ее положение с требуемой точностью.
При капитальном ремонте, строительстве отметка точек производится на уложенной в траншее коммуникации перед тем как ее закопать установкой геодезического прибора поиска на опорные точки.
На действующей коммуникации, которая находится под землей, местонахождение опорных точек определяется с поверхности земли посредством существующих приборов поиска или запуском в тело коммуникации приборов, определяющих его местоположение в пространстве. При этом информация о характеристиках и параметрах коммуникации берется из исполнительной, эксплуатационной и других видов документации, а также из информации от первичных приборов, контролирующих параметры работы коммуникации.
На местности на месте нахождения коммуникации к планшету 10 крепится приемник GPS, ГЛОНАСС 11 который посредством беспроводной связи 17 с базовыми станциями 15 и навигационными спутниками 16 определяет местоположение планшета 10 в пространстве с требуемой точностью, далее планшет 10 посредством беспроводной связи 18 производит обмен данными с ЭВМ 14:
- с планшета 10 на ЭВМ 14 отправляются данные о его местонахождении - координаты в пространстве,
- с ЭВМ 14 на планшет 10 отправляются данные о коммуникациях в этом районе - координаты, наименования, характеристики, параметры работы.
Полученные данные на планшете 10 обрабатываются и при наведении камеры планшета на фактическое место нахождения коммуникации накладываются на изображение местности транслируемое через камеру планшета, которая расположена на обратной стороне от экрана планшета, в виде линии (трека) 3 или поперечного сечения коммуникации с одновременным отображение направления движения рабочей жидкости 13 (стрелка). По запросу пользователя на весь экран 19 планшета выводиться текстовая информации о характеристиках данного участка коммуникации и актуальных на данный момент параметрах ее работы.
При нахождении персонала с планшетом 10 на расстоянии более 2 метров от коммуникации на экране планшета 19 отображается трек 9, проецируемый на поверхность земли 8, а при расстоянии менее 2 метра отображается фактический трек 3 коммуникации на глубине с требуемой точностью.
Определение местоположения планшета 10 в пространстве с необходимой точностью достигается путем обмена информации посредством беспроводной связи 17 с заранее установленными базовыми станциями 15 (сеть базовых станций), представляющие собой стационарно установленные GPS приемники на местности, где находятся коммуникации, и с навигационными спутниками GPS 16.
При движении работника с планшетом 10 вдоль коммуникации с условием направления камеры планшета на местность, где она находится, отображение линии (кривой, ломанной) 3 на экране планшета 19 осуществляется согласовано изменениям местности 9 по ходу движения.
В случаях, когда изменение характеристик коммуникации, расположения ее опорных точек происходит в процессе ремонтов, строительства, реконструкции, то процесс отметки опорных точек, внесения информации о характеристиках коммуникации в базу данных повторяется.
При изменении параметров работы коммуникации в режиме реального времени в базу данных вносится актуальная информация - это позволяет работнику с планшетом получать актуальную информацию о работе коммуникации в режиме онлайн в процессе определения местонахождения коммуникации на местности.
В представленном на рассмотрение изобретении, на наш взгляд, имеются следующие элементы новизны и существенного отличия от ранее известных способов:
1. Отображение коммуникации в пространстве в виде линии (трека) производится в непрерывном режиме при движении человека с планшетом по местности.
2. В режиме реального времени имеется актуальная информация о местонахождении коммуникации в пространстве, о ее характеристиках и параметрах работы, что позволяет производить скрытые, земные работы наиболее безопасно.
3. Использование сети базовых станций позволяет определить местоположение коммуникаций и планшета в пространстве с сантиметровой точностью, что в свою очередь при проведении скрытых, земляных работ минимизирует возникновение рисков повреждения коммуникации при работе землеройной техникой или при шурфовании коммуникаций вручную.