В данной статье мы поделимся практическим опытом эксплуатации системы мобильного сканирования Trimble MX9 нашей компанией на основе сравнительных тестов, проведенных ООО «Технокауф» совместно с сотрудниками ФАУ «РОСДОРНИИ» , а также ряда наших внутренних тестов данной системы.
Область применения
Система мобильного лазерного сканирования Trimble MX9 (далее по тексту СМЛС Trimble MX9) имеет широкий спектр применений например, для картографирования объектов местности и протяженных инженерных сооружений с целью реализации крупных изыскательских проектов или при создании и наполнении ГИС, выполнения топографической съемки и решения инжиниринговых задач на всех этапах проектов от проектирования до мониторинга и контроля при эксплуатации. При этом использование высокоскоростной СМЛС Trimble MX9, обладающей возможностью сканирования со скоростью 2 млн.точек в секунду, позволяет реализовывать задачи в данных направлениях не только точно, но и быстро. Особенностью данной системы является то, что это законченное решение для мобильного лазерного сканирования, сочетающее в себе уникальное современное оборудование, интуитивно понятное полевое ПО и надежный программный пакет для постобработки данных.
Наиболее распространенным применением данных систем является сканирование протяженных линейных объектов, например автомобильных и железных дорог, нефтяной и газовой транспортной инфраструктуры, линий электропередач. Также метод мобильного лазерного сканирования позволяет быстро получить данные по площадным объектам, например, в области добычи полезных ископаемых, таких как угольные разрезы и различные карьеры, с целью инвентаризации, подсчета объемов и мониторинга возможных изменений.
Применительно к дорожному хозяйству данные мобильного сканирования применяются для создания цифровых моделей автомобильных дорог с целью диагностики и инженерных изысканий, контроля целостности и оценки качества дорожного полотна и разметки, инвентаризации объектов дорожного хозяйства и прилегающей инфраструктуры, создания топографической основы перед реконструкцией или при выполнении исполнительной съемки. Результатом мобильного лазерного сканирования являются, прежде всего, «облака точек» в цвете и фотоизображения. «Облака точек» содержат лазерные отражения дорожного полотна в полосе съемки. Среди преимуществ такой съемки стоит отметить: высокую производительность полевых работ, отсутствие необходимости остановок на дороге, повышение безопасности работ, сбор информации о состоянии объектов инфраструктуры, возможность проведения измерений до любого объекта в «облаке точек», просмотр панорамных фотоматериалов, измерение высот пролетов мостов и других габаритов, фиксация и координирование всей дорожной ситуации.
Система Trimble MX9 может устанавливаться на различных типах транспортных средств, таких как автомобили, подвижные составы железных дорог, квадроциклы и даже самоходные установки. При движении транспортного средства одновременно выполняется сканирование прилегающей территории и позиционирование траектории движения, что обеспечивает получение трехмерного массива точек лазерных отражений с их пространственной привязкой (геопространственные данные). За счет совмещения геопространственных данных, получаемых системой Trimble MX9, с технологиями цифровой фотограмметрии, точного спутникового позиционирования, анализа снимков, обработки полевых данных в офисных программах, достигается комплексное решение для преобразования геопространственных данных в единую универсальную информационную систему. Полученные таким образом трехмерные данные позволяют в десятки раз повысить производительность и эффективность работ для различных пользователей, включая изыскательские, проектные, строительные и ГИС ориентированные сервисные компании, государственные и муниципальные организации, коммунальные и транспортные предприятия.
Основные технические характеристики СМЛС Trimble MX9
Заявленные производителем технические показатели заинтриговали не только представителей Заказчика, но и представителей компании ООО «Технокауф».
Рассмотрим подробнее систему мобильного сканирования Trimble MX9.
В основе системы Trimble MX9 лежат два лазерных сканера с максимальной скоростью измерений 1 млн. точек в секунду каждый. При максимальной частоте дальность сканирования достигает 235 м. С понижением частоты эффективное расстояние увеличивается до 420 м. Точность измерений 5 мм, повторяемость – 3 мм. Для позиционирования в системе Trimble MX9 установлена высокоточная инерциальная система навигации Applanix AP60. С помощью интеграции высокоточного IMU и GNSS приемника точность измерения позиции и ориентации достигает 1 см и 0.0025 град. Для повышения точности навигации предусмотрена возможность подключения второй антенны GAMS (GNSS Azimuth Measurement System) датчика пройденного пути DMI (Distance Measuring Instrument).
рис.1 Общий вид cистемы Trimble MX9
Благодаря возможности изменения положения лазерных сканеров, всегда можно выбрать то положение, при котором гарантируется наилучший сбор данных и расширяется потенциал применения системы.
Камера LadyBug 5 Plus позволяет получать 360-градусные бесшовные изображения. Версия Plus оснащена матрицами с улучшенной светочувствительностью, повышая качество фотографий в условиях недостаточной освещённости. Современная камера позволяет выполнять RGB окрашивание облаков точек, извлечение 3D объектов, считывание дополнительной атрибутивной информации. Система MX9 также оборудована тремя дополнительными 5 Мп камерами. Две боковые камеры имеют поворотную конструкцию для возможности их установки точно в направлении интересующих объектов. Третья камера зафиксирована в направлении вниз-назад для съемки дорожного покрытия.
Система Trimble MX9 позволяет интегрировать стороннее оборудование и датчики посредством передачи метки времени (PPS) и координат (сообщение NMEA).
Trimble MX9 построена по принципу «ВКЛЮЧИЛ – РАБОТАЙ» и поставляется с выполненными заводскими калибровками и в нормальных условиях эксплуатации не требует от исполнителя каких-либо корректировок. Исполнитель имеет возможность зафиксировать лазеры в одном из трех положений по горизонтали и по вертикали, указав эти положения в настройках программы.
Результаты тестовых испытаний в России
В марте 2019 года в Краснодарском крае ООО «Технокауф» совместно с сотрудниками ФАУ «РОСДОРНИИ» провели полевые испытания по применению СМЛС в области строительства и эксплуатации дорог для определения заявленной производителем точности, оценки возможностей и рациональной методики применения систем мобильного лазерного сканирования с целью создания цифровых моделей автомобильных дорог на этапах диагностики и инженерных изысканий.
Задачами полевых испытаний являлись:
- Оценка точности определения пространственного положения (плановое и высотное положение) объектов (элементы обустройства, дефекты и др.) по облаку точек лазерного сканирования и фото-видеоизображениям, записанным соответственно системой мобильного лазерного сканирования:
- Определение искусственных сооружений (местоположение, тип, протяженность и габариты мостов, путепроводов, эстакад, тоннелей; наличие и высота бордюров; наличие, размеры и состояние водопропускных труб)
- Определение оборудования и обустройства дорог (километровые знаки и сигнальные столбики
- Дорожные знаки, их дислокация, состояние и соответствие нормам и правилам размещения
- Разметка дороги, ее состояние и соответствие нормам и правилам нанесения
- Ограждения, их конструкция, место расположения, протяженность, состояние, соответствие нормам и правилам установки; освещение; примыкания, пересечения с автомобильными и железными дорогами, их тип, местоположение, соответствие нормам проектирования; автобусные остановки и павильоны, площадки отдыха, площадки для остановки и стоянки автомобилей, их основные параметры и их соответствие нормативным требованиям; дополнительные полосы проезжей части и переходно-скоростные полосы, их основные параметры; характеристики.
- Оценка точности определения геометрических элементов автомобильной дороги:
- Определение продольной и поперечной ровности покрытия;
- Определение геометрических параметров дорог (ширина проезжей части, продольные уклоны, радиусы кривых в плане и профиле, уклоны виражей и расстояние видимости)
На тестовом участке через каждые 300 м были заложены контрольные точки. Координаты центров контрольных точек были определены традиционными геодезическим методами с применением спутниковых приемников Trimble R8s и электронного тахеометра Trimble C5. Общая протяженность тестового участка составляла 3 км.
Система мобильного лазерного сканирования Trimble MX9 устанавливалась на автомобиль Фольксваген Каравелла.
Рис.2. СМЛС Trimble MX9, установленная на автомобиль.
Установка системы на автомобиль производится в 2 этапа. Сначала устанавливается специальное крепления на крышу автомобиля. Установка специального крепления осуществлялось на стандартный автомобильный багажник, состоящий из двух закрепленных поперечин.
Рис.3. Крепление СМЛС Trimble MX9 на рейлинги автомобиля
Затем на крепление устанавливается непосредственно система Trimble MX9. Сначала система вставляется в нижние точки крепления, затем в верхние до срабатывания фиксирующих защелок. Установка блока на крепление выполнялась двумя исполнителями.
Настройки системы и управление процессом съемки осуществлялась с помощью программного обеспечения (ПО) Trimble Mobile Imaging (TMI), входящего в комплект поставки и предустановленного на компьютере Блока управления. Подключение к Блоку управления может осуществляться посредством беспроводного соединения (WiFi) или по кабелю (стандартный Ethernet кабель).
Процесс сбора полевых данных в системе Trimble MX9 максимально автоматизирован. Программное обеспечение TMI отличается простым и дружественным интерфейсом. Функции оператора фактически свелись к контролю за работой основных модулей.
Оператор имел возможность в реальном времени наблюдать за качеством навигационного решения, работой фотокамер, работой лазерных сканеров (левого и правого в отдельности).
Trimble Mobile Imaging (TMI) позволяет в любой момент останавливать и возобновлять сбор данных. В момент паузы в сборе данных оператор может изменить параметры работы как фотокамер, так и лазеров и продолжить съемку уже с новыми настройками.
Общая схема работы во время проезда была следующей:
- Включение системы.
- Первичная инициализация.
- Проезд по тестовому участку в двух направлениях (туда-обратно).
- Заключительная инициализация.
- Выключение системы.
Для инициализации системы была выбрана удобная площадка вблизи тестового участка. После каждого проезда система полностью выключалась и перед началом следующего проезда запускалась заново. Сбор данных фотокамер и лазерных сканеров начинался перед началом тестового участка и останавливался по его окончании. Сбор навигационных данных осуществлялся непрерывно от момента начала первичной инициализации до завершения заключительной.
На первом и втором проездах движение осуществлялось на скоростях 50-60 км/ч. На третьем проезде скорость достигала 80 км/ч. Движение осуществлялось в плотном транспортном потоке. Максимальная скорость проезда составляет 110 км/ч.
Первым этапом камеральной обработки было вычисление точной траектории движения автомобиля, выполнявшееся в программе Applanix POSPac MMS. Вычисление траектории осуществлялось от базовой станции, координаты которой были определены совместно с контрольными точками.
Вторым этапом камеральной обработки было получение облаков точек в программном комплексе Trimble Business Center Mobile Mapping Bundle. Система Trimble MX9 полностью совместима с существующим программным обеспечением Trimble Business Center. Благодаря этому, в одном проекте возможно объединить данные наземной топографической съемки, выполненной классическими геодезическими инструментами, данные наземных лазерных сканеров, данные мобильной сканирующей системы и т.д.
Рис.4 Облако точек, совмещенное с данными панорамной камеры.
После загрузки данных мобильного сканирования в ПО TBC, были получены облака точек с тестовых проездов и дешифрированы контрольные точки.
Рис.6. Облака точек, раскрашенные в RGB по данным панорамной камеры.
Полученные результаты подтвердили точностные характеристики мобильной системы Trimble MX9, заявленные производителем и показали простоту и удобство установки, сбора и камеральной обработки данных, закрепляя новые стандарты отрасли.
Выражаем благодарность компании ООО «Руснавгеосеть» и ФАУ «РОСДОРНИИ» за возможность проведения данных испытаний и оказанную поддержку.
Система мобильного сканирования Trimble MX9 доступна к заказу, демонстрациям и аренде. Приглашаем всех заинтересованных в технологии мобильного сканирования провести совместные испытания и убедиться в применимости СМЛС Trimble MX9 к решению задач, описанных в данной статье.
