Проекты

Выбор метода исполнительной геодезической съемки для контроля реставрационных работ проводимых на скульптуре «Родина-мать зовет!» 

         Выполнение исполнительной геодезической съемки традиционными методами сопряжено с использованием как общераспространенных геодезических приборов (теодолит, нивелир), так и средства специального изготовления (стальные струны, разметочный шнур, капроновые лески, плоскомеры оптические, лазерные визиры и др.). Производство измерений комплексом вышеуказанного оборудования представляет большую сложность, а измерение отдельных труднодоступных элементов практически невозможно. Альтернативным вариантом является использование метода наземного лазерного сканирования, являющегося, на сегодняшний день, новейшим в области маркшейдерских и геодезических измерений.

        Сегодня лазерное сканирование  получило широкое распространение во многих областях  – в проектировании и строительстве, маркшейдерии, геодезии, картографии, в  формировании географических информационных систем (ГИС) и разработке дизайнерских решений на любой стадии производства работ.

        Лазерный сканер – прибор для автоматизированного измерения полярным способом и в определенной последовательности положения точек объекта (местности) во внутренней системе координат сканера. Основными элементами лазерного сканера являются - лазерный дальномер и механическая система развертки направления визирования. Важной частью методики съемки является решение задачи внешнего ориентирования результатов измерений.

        Основное предназначение и области применения лазерного сканера:

  • трехмерная съемка зданий, инженерных сооружений и сложных поверхностей; 
  • геологическая и индустриальная съемка; 
  • топографическая съемка открытых выработок, шахт, рудников, туннелей и т.п.;
  • определение размеров и объемов отвалов, котлованов, резервуаров, трубопроводов;
  • создание сцен виртуальной реальности для приложений трехмерного моделирования

       Кроме того, использование наземного сканера зачастую является единственным методом съемки сложных технологических сооружений (электроподстанции под напряжением, цеха с большим количеством оборудования), фасадов и интерьеров зданий с последующим созданием цифровых моделей для дальнейшего проектирования строительства или реконструкции.

        Дистанционный мониторинг опасных природных процессов (оползни, деформации, просадки) с применением методов лазерного сканирования, является высокоточным, безопасным, высокотехнологическим, многофункциональным процессом.

        Метод наземного сканирования  не имеет себе равных по полноте и точности данных. Время производства полевых работ сокращается до минимума.

        Исходя из вышесказанного, можно заключить, что метод наземного лазерного сканирования наиболее оптимальный способ производства геодезического контроля строительства.

     Состав работ по производству съемки скульптуры “Родина-мать зовет!”.

        Согласно техническому заданию на выполнение работ, требовалось произвести  исполнительную геодезическую скульптуры расположенной на Мамаевом кургане: «Родина мать – зовет!»

        Работа проводилась в два этапа:

        I этап. На площади работ был произведен комплекс полевых работ по наземному лазерному сканированию вышеуказанного объекта, состоящий из следующих видов работ:

        1. Рекогносцировка. Съемочные работы с использованием наземной лазерной сканирующей системы начинающиеся со сбора вспомогательной информации. Далее самостоятельно и/или с представителем заказчика проводится рекогносцировка объекта.

        2. Развитие съемочного обоснования в условной системе координат.

       Осуществляется традиционными методами с использованием электронного безотражательного тахеометра компании Nikon. Съемочная сеть создавалась путем проложения теодолитных ходов вокруг памятника. Точки теодолитного хода закреплялись на характерных точках местности: в данном случае на крышках колодцев.

       3. Создание и координирование сети опорных марок, - необходимых элементов внешнего ориентирования сканера. Отражающие марки закреплялись на конструктивных элементах памятника и вокруг сканера на специальных вешках оборудованных отражателями.

       4. Сканирование. Сканирование выполняется с помощью наземной лазерной сканирующей системы RIEGL LMS-Z420i.


II этап. Обработка цифровых данных.

        1. Трансформация (посадка) сканов, с использованием файлов условных координат.

        2. Создание цифровой модели здания. Обработка результатов сканирования выполнялась с помощью программного обеспечения RISCAN PRO.

Методика производства полевых работ

Приборы, оборудование и программное обеспечение

        Сканирование объекта производилось наземным лазерным сканером Riеgl LMS-Z 420i. (Австрия). Преимущества метода наземного лазерного сканирования перед тахеометрической съемкой и другими наземными видами съемки:

  • портативность, прочность, экономичность; обслуживается одним человеком;
  • управляется любым стандартным PC или ноутбуком; мгновенная трехмерная визуализация;
  • высокая точность; несравнимо более полные результаты; быстрый сбор данных;
  • обеспечение безопасности при съемке труднодоступных и опасных объектов

Материальные затраты по сбору данных и моделированию объекта методами трехмерного наземного лазерного сканирования на небольших участках и объектах сопоставимы с традиционными методами съемки, а на участках большой площади или протяженности - ниже. Даже при сопоставимых расходах на съемку, полнота и точность результатов наземного лазерного сканирования позволяют избежать дополнительных расходов. Сравнение временных затрат просто бессмысленно - счет идет на порядки.

Параметр

Значение

Максимальное измеряемое  расстояние

до 1000 м

Минимальное измеряемое  расстояние

2 м

Точность:

измерения расстояния

5мм на 800м

определения положения в пространстве

6мм на 100м

Скорость  сканирования

от 3000 точек/сек
до 12000 точек/сек

Поле зрение сканирования

80x360 градусов

Расходимость  лазерного луча

0.25 мрад

Класс безопасности

1

Класс защиты

IP 64

Рабочее  напряжение

15-28 В постоянного тока

Потребляемая  мощность

до 70 Вт

Диапазон температур 
- рабочий 
- при термостабилизации


0 °C +50 °C
-25 °C +50 °C

Основные размеры

210x463 мм (диаметр x высота)

Вес

14,5 кг


Рис.2 Основные геометрические параметры лазерного сканера Riegl LMS-Z420i

Управление сканированием и трансформация системы координат сканера осуществляется программным обеспечением RISCAN PRO, поставляемым в комплекте со сканером.

Развитие съемочного обоснования и координирование опорных марок осуществлялось с использованием электронного безотражательного тахеометра Nikon. Обработка результатов измерения производилась на программном приложении CREDO.

Опорные отражательные марки входят в комплект сканера и имеют две конфигурации:

  • цилиндрические опорные марки (диаметром 50 и 100 мм);
  • плоские клеящиеся опорные марки (диаметром 50 мм). 

Рекогносцировка объекта работ

Съемочные работы с использованием наземной лазерной сканирующей системы начинаются со сбора вспомогательной информации.

На этапе рекогносцировки объекта, выполнялись следующие работы:

  • визуальная оценка объекта;
  • составление проектной схемы расстановки сканов;
  • уточнение границ объекта.

Создание и координирование сети опорных марок

Создание и координирование сети опорных марок, - необходимых элементов внешнего ориентирования сканера. Отражающие марки закреплялись на конструктивных элементах памятника на время проведения работ. Вокруг сканера опорные марки размещаются на вехах.

Координирование марок выполнялось электронным тахеометром с пунктов съемочного обоснования полярным способом.

Отражающие марки размещались по всему полю зрения панорамного скана. При диаметре опорных марок в поперечном сечении до R см  - предельное расстояние от сканера до опорной марки не превышало R*15 метров (или R*1500 в см). Так для марок с диаметром 5 см предельное расстояние составляет 75 м. Опорные марки располагались не ближе 15 м относительно сканера. 

Точность координирования центров опорных (отражающих) марок, относительно пунктов съемочного обоснования, не должна превышает  10 мм.  Для смежных сканов предусматривалась создание контрольных марок. Контрольной маркой называется опорная (отражающая) марка, координаты которой определены с различных пунктов съемочного обоснования (имеют двойное определение координат).  Координирование и размещение опорных марок обеспечивало в поле зрения каждого скана наличие 1-2 контрольных марок.

Для каждого скана определялись координаты не менее 6 марок.

Марки закрепляются на зданиях, сооружениях, трубопроводах, колоннах, опорах эстакад и ЛЭП и т.п. (рисунок 3, 4), покрывая все поле зрения сканера на данной точке, на разной высоте, и разном расстоянии от сканера. Марки закреплялись перпендикулярно лучу сканирования и четко читаться на сканах в градации по коэффициенту отражения.

Рис.3 Размещение опорных марок на вехе

Рис.4 Размещение клеящихся опорных марок

Сканирование объекта

Сканирование выполняется с помощью наземной лазерной сканирующей системы RIEGL LMS-Z420i (рисунок 5). Управление сканированием осуществляется в RISCAN PRO.

Основные характеристики сканирования:

Сканирование осуществлялось с угловым шагом не более 80 mgon (примерно 4 минуты) и фиксацией "последнего отражения" с максимальными угловыми развертками;

  • Расстояние между станциями (сканами) - не более 50 метров;
  • Расстояние до объектов, подлежащих сканированию - не более 50 метров.

Для сканирования статуи потребовалось 5 точек стояния. Размещение соответствует следующим требованиям:

На сканах четко видна область сканирования по статуе подлежащая отображению. Те конструктивные элементы, которые недоступны сканированию (скрыты внутренней отделкой, либо заграждены оборудованием и т.д.) на сканах не распознаются и в дальнейшем не идут в обработку;

Сканирование на каждой станции осуществлялось в 3 этапа:

1. Выполнение панорамного скана;

2. Распознавание на панорамном скане отражающих марок и сканирование их с высокой плотностью для повышения точности определения марок;

3. Выделение на панорамном скане области, подлежащей съемке, и выполнение ее сканирования с необходимой плотностью (рисунок 6).

Рис.6 Скан - облака точек лазерных отражений

Рис.7 Сканы в единой системе координат (сшитые сканы)

               Создание цифровой модели

Трансформированные сшитые сканы по своей сути уже являются цифровой моделью (рисунок 7), так как сканы состоят из точек, имеющих реальные 3D координаты, в принятой условной системе координат проекта.

Модель, построенная при постобработке в RISCAN PRO, имеет среднюю плотность -4 точки на 10 см2. Такая плотность позволяет нам иметь полноценное представление о фактических геометрических параметрах элементов статуи.

Рис.8 Скан – точечного разрушения с фотопривязкой

              Тоже точечное разрушение вид другого скана.

Рис.9 Скан – точечного разрушения с фотопривязкой

В результате по данным программы RICSAN PRO можно вычислить объем V=6900 м3, площадь сканируемого объекта S= 2795.788м2, получить различную метрическую информацию об исследуемых точках объекта, которая может быть использована при проведении реконструкционных работ и инженерных расчетов.

Возврат к списку