Особенности создания цифровых моделей городских территорий средствами наземного лазерного сканирования

УДК 528

В.А. Середович, А.В. Середович, А.В. Комиссаров, А.В. Радченко,

О.А. Дементьева, Л.К. Радченко, А.В. Усиков СГГ А, Новосибирск

ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ СРЕДСТВАМИ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ

V.A. Seredovich, A. V. Seredovich, A.V. Komissarov, A.V. Radchenko,

O.A. Dementyeva, L.K. Radchenko, A.V. Usikov SSGA, Novosibirsk

FEATURES OF CITY TERRITORIES DIGITAL MODEL DEVELOPMENT BY TERRESTRIAL LASER SCANNING

The techniques and experience of terrestrial laser scanning have been practiced time and again for developing digital terrain models and topographical plans on the oil and gas production units. As we know from the experience, the similar works on the built-on city territories have some peculiarities, which should be taken into account. They are described in the given paper. The conclusions are made on the basis of the engineering and topographical plans (1:500 scale) and digital terrain model developed for the central part of Tomsk.

В публикациях [1], [2], [3], [4] уже описывалась методика и опыт использования наземного лазерного сканирования для создания цифровых моделей местности и топографических планов на объектах нефтегазодобычи. Как показал опыт, выполнение аналогичных работ на застроенных городских территориях имеет некоторые особенности, которые необходимо учитывать, и которые хотелось бы представить в данной публикации.

Выводы сделаны на основе опыта создания инженерно -топографических планов масштаба 1:500 и цифровой модели местности на центральную часть г. Томска. В ходе работ, за период июль - октябрь 2008 г. тремя бригадами из 8 человек в полном объеме выполнена съемка на площади в 200 га. Для съемки использовались: наземные лазерные сканеры Riegl LMS -Z420i и Riegl LMS-Z210; электронные тахеометры Leica TCR4205 и TCR1205; комплект спутниковой аппаратуры Trimble 5700 с GSM-модемом. Количество точек планово-высотного обоснования (ПВО), закрепленных на местности знаками временного типа составило порядка 1,1 тысяч. Координирование ПВО осуществлено спутниковыми приемниками и электронными тахеометрами. Съемка выполнена с 1424 сканерных станций. Создание цифровой модели местности и топографического плана выполнено коллективом из 8 человек в период с сентября 2008 г. по февраль 2009 г.

Несмотря на то, что работы выполнялись по уже опробованной технологии [4], [2], [3] следует отметить их некоторые особенности, применительно к застроенным городским территориям:

1. Городские застроенные территории характеризуются высокой плотностью объектов. Например, на участке работ были сняты порядка 5,15

тысяч различных зданий и сооружений. Причем плотность этих объектов значительна на всей территории съемки, а не на локальных участках (рис. 1). В этой связи происходит увеличение необходимого количества сканерных станций и объемов дополнительной тахеометрической съемки. Так если вычислить среднюю площадь съемки с одной сканерной станции i, по формуле:

I = 5 й / п

общ станции

где Sобщ - общая площадь съемки;

станции

количество сканерных станций.

получим i = 200 га/1424 станции = 0,14 га. Сравнение данного значения с [4], показывает, что трудозатраты на съемку застроенной городской территории сопоставимы с трудозатратами на съемку наиболее сложных локальных участков нефтяных перекачивающих станций.

Рис. 1. Фрагмент цифровой модели застроенной территории

2. Вследствие загруженности территории и затруднений с обеспечением прямой видимости на некоторые объекты, такие как люки колодцев инженерных коммуникаций, бордюрные камни, пешеходные дорожки, выходы кабелей, трубопроводы особенно остро стоит задача координирования данных объектов при помощи электронного тахеометра. Однако, следует отметить, что тахеометрические измерения выполняются в комплексе со сканерной съемкой и несмотря на увеличение трудозатрат дополнительного времени работ не требуют.

3. В городах, как правило, наблюдается значительное количество парковых зон и отдельно стоящих деревьев и кустарников, подлежащих подеревному отображению на топографических планах. В этом случае лазерное сканирование несомненно является эффективным, в сравнении с обычной тахеометрической съемкой. Например, только на площади 200 га центральной части г. Томска были отображены порядка 8,5 тысяч отдельно стоящих деревьев

и кустарников, т.е в среднем 42,5 объекта на 1 гектар. Пример топографического плана парковой зоны представлен на рис. 2.

Рис. 2. Фрагмент топографического плана парковой территории с подеревным

отображением объектов

4. Большим затруднением при выполнении съемочных работ в городе явился высокий транспортный поток, особенно на узких улицах с большим количеством офисных и общественных зданий. Припаркованные и стоящие в пробках автомобили создавали затруднения при выборе мест установки сканера, съемке окружающих объектов, обследовании подземных коммуникаций. Выходом их данной ситуации был перенос работ на время, когда дороги наименее загружены, т.е. ночное и раннее утреннее время.

5. При выполнении съемки сложности возникают также с территориями частной застройки. На таких территориях затруднен, а подчас и невозможен проход к объектам съемки, отсутствует прямая видимость на них. При выполнении работ в г. Томске лазерное сканирование показало свою высокую эффективность именно на таких объектах. Благодаря дистанционному методу съемки, а также установке сканера на автомобиль, удалось значительно повысить производительность работ. Съемка велась с высоты около 4,5 м, за счет чего глухие ограждения и надворные постройки не создавали помех для прямой видимости, и задача прохода на частные владения не стояла. На участке работ из 200 га частный сектор занимал порядка 60 га, т.е. порядка одной трети площади. Таким образом, сокращение времени работ по отношению к тахеометрической съемке было ощутимым.

6. Городские застроенные территории характеризуются высокой плотностью подземных коммуникаций (рис. 3).

К жилым и промышленным зданиям подведены: вода, тепло,

электричество, связь, газ. Для отвода бытовых и ливневых стоков используется развитая сеть канализации. Все эти коммуникации располагаются

преимущественно под землей. В ходе описываемых работ были обследованы, закоординированы и отображены на топографическом плане и цифровой модели местности порядка 4500 колодцев на коммуникациях, 113,6 км трубопроводов и 101,8 км кабельных линий. Обследование коммуникаций, в отличие от нефтегазовых площадок [4], заняло у отдельной бригады из 2 человек время, сопоставимое со временем сканерной съемки.

Рис. 3. Фрагмент топографического плана с подземными коммуникациями

Цифровая модель местности и топографический план в масштабе 1:500 создавались на основе данных съемки, обследования коммуникаций и абрисов в формате ГИС MapInfo. Структура таблиц MapInfo была выполнена в соответствии с утвержденным классификатором, что позволит осуществить экспорт модели в другие ГИС. Построение векторной части осуществлялось в специализированном программном продукте Leica Cyclone, затем данные импортировались в MapInfo, где осуществлялось редактирование объектов в соответствии с принятыми условными знаками [5] и наполнение объектов семантической информацией в соответствии с утвержденным классификатором. Общее время, затраченное на создание цифровой модели местности и топографического плана составило 6 месяцев при работе 8 человек.

На основе объемов и сроках выполнения работ были определены приближенные комплексные нормы времени на создание цифровых моделей местности и цифровых топографических планов на городские территории с плотной застройкой, которые составили значения, представленные в табл. 1.

Таким образом, из данных таблицы следует, что время, затрачиваемое на весь комплекс полевых работ по съемке 1 га застроенных городских территорий для бригады из 3 человек составляет 8,47 бр.-ч, что в 2,1 раза больше, чем для нефтегазовых объектов. Время на создание 1 га цифровой модели местности и топографического плана в масштабе 1:500 для бригады из 3 человек составляет

11,2 бр.-ч, что в 3,5 раза больше, чем для нефтегазовых объектов.

Таблица 1. Сравнительные нормы времени на полевые и камеральные работы по созданию цифровых моделей местности и топографических планов в масштабе 1:500 городских застроенных территорий и территорий нефтегазовых

объектов с применением наземного лазерного сканирования

Норма времени на 1 га, бр.-ч

Процесс Городские застроенные территории Нефтегазовые объекты

Создание ПВО 0,59 Н< 0,59

Составление абрисов 1,00 0,63*

Выполнение сканерной съемки 3,44 И« 2,85

Обследование инженерных коммуникаций 3,44 ** 0

Создание ЦТП 11,2 н< 3,18

Примечание: - получено из [4]; - входит в процесс составления

абрисов.

Представленные особенности и сравнительные нормы времени в полной мере позволяют оценить сложность топографо-геодезических работ на городских территориях. Тем не менее, применение наземного лазерного сканирования в совокупности с отработанной методикой ведения полевых и камеральных работ позволили выполнить такие работы в сжатые сроки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Середович А.В. Методика топографической съемки застроенных территорий с применением наземного лазерного сканирования [Текст] / А.В. Середович // Изв. Вузов. Горн. Журнал. - Екатеринбург, 2004. - № 6. - С. 3-8.

2. Комиссаров Д.В., Середович А.В., Дементьева О.А. Технология топографической съемки промышленных объектов с применением наземного лазерного сканирования. - ГЕО-Сибирь-2005. Т. 5. Геодезия, картография, маркшейдерия: Сб. материалов научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2005», 25-29 апреля 2005 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2005.

3. Г.А. Уставич, В.А. Середович, Я.Г. Пошивайло, А.В. Середович, А.В. Иванов Комбинированный способ создания инженерно-топографических планов масштаба 1:500 промышленных территорий и отдельных промплощадок [Текст] // Геодезия и картография. -М., 2009. - № 1. - С. 31-27.

4. Середович, А.В. Методика создания цифровых моделей объектов нефтегазопромыслов средствами наземного лазерного сканирования // автореф. диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук: 25.00.32 - "Геодезия", Новосибирск: СГГА, 2007. - 25 с.

5. Условные знаки для топографических планов масштабов 1 : 5000, 1 : 2000, 1 : 1000, 1 : 500. «Недра», Москва, 1989 г.

© В.А. Середович, А.В. Середович, А.В. Комиссаров, А.В. Радченко, О.А. Дементьева, Л.К. Радченко, А.В. Усиков, 2009