В современных условиях строительство и реконструкция промышленных предприятий являются сложными и трудоемкими процессами, которые, в свою очередь, требуют высокой точности исходных данных и большого объема проектной информации. Эффективность и успех работы производства напрямую зависит от качества проектирования, а проектирование — от качества и полноты изыскательских работ. Очевидной является потребность в переходе к цифровым методам изысканий, проектирования и строительства с применением информационных моделей. Так как большинство строительных площадок находится на территории действующих промышленных производств с колоссальным количеством производственных зданий, транзитных коммуникаций и инженерных сооружений, возникает необходимость не только в выполнении работы в отношении планируемых к строительству объектов, но и в увязке с существующими сооружениями и технологическими процессами на предприятиях.
В настоящей статье мы расскажем о подходе к выполнению геодезических изысканий на территориях действующих промышленных предприятий с применением современных приборов и технологий. В последние годы в области геодезических изысканий, помимо широко распространенных электронных тахеометров и спутникового геодезического оборудования (GNSS) активно применяются беспилотные воздушные суда (сокращенно БВС, они же БПЛА, дроны, квадрокоптеры и т.д.) и лазерные сканеры, которые значительно увеличивают точность и полноту собираемых данных для проектирования, строительства и реконструкции промышленных объектов (рис. 1).
Рис. 1. Основные виды цифровых измерительных приборов и оборудования
Мы не будем описывать технологию производства классических геодезических работ, но выделим необходимые нюансы, позволяющие дополнить их применением лазерных сканеров и БПЛА. Первое, на что стоит обратить внимание при проведении таких работ, — это геодезическая основа, которая позволяет выполнить объект в единой системе координат, совместить различные результаты изысканий в едином пространстве без искажений. Геодезическая основа должна создаваться с привязкой к действующей в районе работ геодезической сети, а также с учетом созданной на предприятии геодезической основы. В последующем с использованием этой геодезической основы будет выполняться строительство и эксплуатация предприятия.
Основные этапы выполнения цифровой аэрофотосъемки и лазерного сканирования:
- Планирование:
- Составление маршрутов полетов и предварительное планирование работ с получением необходимых согласований полетов.
- Полевые работы:
- Закладка опознавательных знаков и привязка их к опорной геодезической сети.
- Выполнение полетов для целей аэрофотосъемки и панорамных фотографий.
- Полевые работы по лазерному сканированию внутри производственных помещений, а также в местах расположения коммуникаций на улице.
- Камеральные работы:
- Камеральная обработка результатов аэрофотосъемки (фотограмметрическая обработка, сшивка фотопанорам).
- Сшивка, очистка облаков лазерного сканирования.
- Комбинирование результатов работ.
- Информационное моделирование по результатам цифровых изысканий с подготовкой исполнительных моделей существующей реальности.
Перечень используемых инструментов при выполнении работ:
- беспилотное воздушное судно с фотокамерой, выполняющее полеты с воздуха для фотограмметрии и создания панорамных туров с воздуха;
- наземная панорамная фотокамера для создания фотографий на 360 (поставить значек градус) с земли и внутри помещений;
- спутниковое геодезическое оборудование и электронный тахеометр, для координирования опознавательных знаков аэрофотосъемки и лазерного сканирования, в местной системе координат;
- наземный лазерный сканер для сканирования внутри помещений, а также в местах скопления внешних коммуникаций.
В качестве результатов работ команда проекта (изыскатели, проектировщики, заказчик, подрядчики) получают следующий дополнительный набор материалов изысканий:
- панорамный тур из фотографий на 360 (поставить значек градус) с воздуха (рис. 2);
- панорамный тур внутри помещений (рис. 3);
- ортофотоплан и карта высот промышленной площадки (рис. 4);
- внешнее облако точек, полученное по результатам аэрофотосъемки (рис. 5);
- внутреннее облако точек помещений и производственных линий (рис. 6);
- информационная модель, составленная по результатам изысканий (рис. 7).
Рис. 2. Панорамный тур из фотографий на 360 (поставить значек градус) с воздуха
Рис. 3. Панорамный тур внутри помещений
Рис. 4. Ортофотоплан и карта высот промышленной площадки
Рис. 5. Внешнее облако точек, полученное по результатам аэрофотосъемки
Рис. 6. Внутреннее облако точек помещений и производственных линий
Рис. 7. Информационная модель, составленная по результатам изысканий
Применение БПЛА и лазерных сканеров при реконструкции промышленных предприятий обладает рядом преимуществ (рис. 8). Во-первых, эти технологии значительно ускоряют процесс геодезических изысканий и создания точных трехмерных моделей объектов. Они позволяют собирать исчерпывающе полные данные в кратчайшие сроки, что экономит время и ресурсы. Во-вторых, беспилотники и лазерные сканеры обеспечивают высокую точность измерений, что позволяет избежать грубых ошибок и свести к минимуму влияние человеческого фактора. В-третьих, использование автоматизированных систем сбора пространственной информации позволяет снизить риски для сотрудников, так как изыскания в опасных зонах и высотные работы могут быть выполнены беспилотниками и лазерными сканерами без непосредственного присутствия изыскателей в зоне непосредственной опасности.
Рис. 8. Сравнение преимуществ и недостатков применения лазерных сканнеров и БПЛА
Важно отметить, что недостатки в большей своей части преодолимы. Так, очевидно, что стоимость оборудования со временем будет снижаться за счет количества и оптимизации производства такого оборудования. Трудоемкость камеральной обработки возможно снизить за счет применения более совершенных методик дешифрования полевых данных и автоматической классификации полученных облаков точек. Необходимость больших вычислительных мощностей, в свою очередь, может быть удовлетворена за счет применения облачных платформ, позволяющих удаленно использовать сторонние мощности. Также очевидно, что бюрократические барьеры будут сниматься и устраняться при понимании неизбежности и эффективности таких методов производства изысканий.
БПЛА оснащены специализированными камерами и датчиками, которые могут собирать данные о местности, высоте, координатах, цвете, форме и структуре объектов. БПЛА выполняют автоматические полеты по маршрутам в заданных координатах, а полученные данные обрабатываются с помощью специализированного программного обеспечения.
Наземные лазерные сканеры, в свою очередь, обеспечивают получение высокоточных данных аэрофотосъемки на участках большого скопления коммуникаций, а также данных «внутри» помещений.
Итогом такой работы является не только инженерно-топографический план масштаба 1:500, но и ортофотопланы, карты высот, панорамные фотографии и облака точек объектов изысканий. Данные с БПЛА и лазерных сканеров позволяют в кратчайшие сроки и с высокой точностью создать информационные модели местности и предприятий, которые, в свою очередь, помогают выполнить проектирование и расчет стоимости предстоящих работ с максимальной точностью.
Стоит обратить внимание, что на сегодняшний день результатом геодезических изысканий в подавляющем большинстве случаев является топографический план, который отражает ситуацию, рельеф местности, положение (координаты) зданий и сооружений. Отличительной особенностью такого плана является то, что он выполнен условными знаками с отображением на плоской поверхности (в ортогональной проекции) качественных и количественных характеристик участка изысканий. После выполнения изысканий по этим результатам выполняется проектирование и строительство, а все это зависит от субъективного выбора изыскателем условных знаков и способа обобщения информации.
Облака точек представляют собой трехмерную модель, состоящую из множества точек, каждая из которых имеет свои координаты и атрибуты. Облако точек на многие порядки подробнее описывает объекты и характеристики объектов в пространстве, в то же время они могут содержать дополнительную информацию, такую как цвет, температура, мультиспектральные данные. Зачастую все участники строительства не нуждаются в таких подробностях и такое количество данных им не нужно. Большинство задач решаются, как правило, с помощью топографического плана на плоскости, но наличие облаков точек открывает для команды проекта широкие возможности и преимущества. Облака точек и ортофотопланы дают возможность подробнейшим образом «задокументировать» в цифровом виде ситуацию на предприятии с возможностью в любой момент вернуться и выполнить дополнительные измерения, если такая необходимость появится.
Таким образом, применение беспилотников и лазерных сканеров при строительстве и реконструкции промышленных предприятий представляет собой эффективную технологию для геодезических изысканий и контроля строительной площадки. Сегодня подавляющему числу специалистов в области изысканий, строительства и эксплуатации промышленных предприятий очевидны преимущества, которые они получают от использования облаков точек, ортофотопланов, цифровых моделей рельефа и т.д. Эти инструменты обеспечивают точность, скорость и безопасность процесса изысканий, а их применение и впредь будет иметь широкие перспективы.
