Новогодняя история о возможностях сверхтопографии

Как у героев известного фильма была традиция накануне Нового года ходить в баню, так и у многих геодезистов существует традиция выполнения в предновогодние дни съёмки одного и того же объекта. У кого-то это очередной цикл наблюдения за деформациями, у кого-то – маркшейдерский замер объёмов полезного ископаемого в карьерах, рудниках, шахтах и местах хранения… Знакомы нам специалисты, которые это делают просто «из любви к искусству».

Восхищаясь этими увлечёнными людьми и, возможно, где-то даже в подражание им, команда TheDrone нашла такой объект и для себя.

Ежегодная съёмка этого, казалось бы, банального путепровода, может дать репрезентативное количество данных для аналитики: мониторинг состояния конструкций и дорожного полотна, деформационный мониторинг, выявление нарушений землепользования, ведение дежурного плана пересечения трасс, исполнительная съёмка коммуникаций (а их вдоль автомагистралей, как известно, целые коридоры) и даже наблюдения за режимом работы теплопроводящих коммуникаций. Аномально тёплая зима позволила даже заняться предновогодним контролем всхожести газонных посевов на укреплённых откосах. У коммерсантов уже давно стало общим местом и так же давно не воспринимается всерьёз повторение как мантры банальностей типа «раньше всё на кальках, синьках и кульманах делали месяцами, а теперь, с нашими технологиями [тут обычно идёт перечисление электронных тахеометров, спутниковых приёмников, лазерных сканеров и других давно не новых чудо-приборов] мы готовы за считанные дни…».

С кульманами, пожалуй, сравнивать не будем – уже моветон. Но какой тахеометр или лазерный сканер одновременно сможет решить все перечисленные задачи, причём в течение 20-25 минут?! Не будем меряться новизной методов. Помятуя о том, что история развивается по спирали, наши специалисты давно для себя решили взять на вооружение изобретённый более ста лет назад и потому давно проверенный метод, названный инженером С.А. Бекневым ещё в 1911 году сверхтопографией.

— Современное развитiе воздухоплаванiя невольно наводитъ на мысль о необходимости примѣнить его для фотографированiя сверху различныхъ участковъ мѣстности и таким образомъ получить точнѣйшiе планы нужныхъ участковъ, — писал Бекнев в научно-литературном издании «Геодезический и топографический журнал» (№2, 1911, стр. 26-29).

Обладая достаточным опытом в применении «сверхтопографии» с использованием «воздухоплаванiя», команда TheDrone в очередной раз, вооружившись тахеометром, ноутбуком и «летающей камерой», вместо приобретения мандаринов и нарезки оливье выдвинулась на трассу М4.

Итак, место действия: Россия, Московская область, городской округ Домодедово, Каширское шоссе, 34-й километр. Координаты: 55.458942 N, 37.757600 E. Разумеется, перед выездом на объект были составлены маршруты с использованием трёхмерной модели, составленной по данным выполненной ранее аэросъёмки. Для подготовки полётных заданий существует множество программ хороших и разных, но мы, как всегда, выбираем Bentley OpenRoads Designer – надёжность и отсутствие сюрпризов превыше всего, особенно когда бой курантов ждать не будет.

Запланировали (и, разумеется, выполнили) четыре маршрута: • в надир; • под углом 45°, отступив на необходимое расстояние для захвата снимаемого объекта; • фасадный маршрут с понижением высоты на 5 метров, с одной стороны объекта; • фасадный маршрут с понижением высоты, с другой стороны объекта.

Для чего столько маршрутов? Почему нельзя обойтись одним или двумя, ведь любая фотокамера захватывает участки пространства с избытком? Почему при современном уровне технологий нельзя сделать всё нажатием одной кнопки?

Для ответов на этот вопрос вновь предоставим слово нашему сверхтопографу, Сергею Александровичу Бекневу: «На первый взглядъ это кажется такъ просто, но при практическомъ выполненiи сразу наталкиваются на цѣлый рядъ трудностей…»

Во-первых, для выполнения съёмки по простроенным маршрутам необходимо три-четыре аккумулятора…

Рисунок 1. Маршруты согласно полётному заданию

Во-вторых, необходима планово-высотная привязка, для чего на земной поверхности и на объектах располагаются опознавательные знаки. Проект планово-высотной привязки также можно (и нужно! – скажут наши специалисты) составлять в Bentley OpenRoads Designer. Эта процедура необходима для точного вычисления элементов внешнего ориентирования.

Рисунок 2. Размещение опознаков на объекте

Опознавательные знаки (на отраслевом жаргоне – просто опознаки) – это предметы в виде креста или круга, резко отличающиеся по цвету и/или его интенсивности от подстилающей поверхности. Для планово-высотной привязки опознаков используются спутниковые геодезические приёмники или тахеометры. Привязка осуществляется к пунктам государственной геодезической сети (ГГС) или к пунктам специальных геодезических сетей (СГС).

Рисунок 3. Установка прибора на пункте ГГС

Рисунок 4. Планово-высотная привязка опознака

Рисунок 5. Размещение опознаков на опорах путепровода

Здесь надо заметить, что для детальной съёмки нижней части путепровода в дополнение к аэросъёмке выполняется наземная съёмка с использованием фотокамеры (мы пользуемся Samsung NX1000).

Рисунок 6. Съемка путепровода с помощью фотоаппарата Samsung NX1000

       О чём не знал Бекнев (а мы уже знаем!) – некоторые опознаки, размещённые на сооружениях, имеют тенденцию отклеиваться. В таких случаях выполняется привязка характерных элементов сооружения. Выполнив за три с половиной часа всю полевую работу, команда «сверхтопографов» отправилась (нет, не за мандаринами в ближайшую «Карусель» через дорогу) прямо в офис за рабочие станции. Обработка 1067 фотоснимков в программном продукте Bentley ContextCapture дала следующие результаты: •     ортофотоплан объекта (тут, да, есть гордость, хотя и преувеличенная, сравнить с «кальками», то есть с возможностями аэросъёмки с аэростатов и воздушных шаров);

Рисунок 7. Аэроснимок 1910-х гг. Источник: Геодезический и топографический журнал, №2, 1911, стр. 27. Российская государственная библиотека, основное хранилище

Рисунок 8. Аэроснимок 2019 г. Путепровод, г.о. Домодедово

• трёхмерная цифровая модель участка местности.

Рисунок 9. Трёхмерная цифровая модель путепровода

Наши постоянные читатели и пользователи наших продуктов и услуг уже знают где можно использовать такие модели. Но вот, например, не совсем традиционное применение: исполнительная съёмка строительства многярусной подпорной стенки. Выполнение такой съёмки тахеометром займёт достаточно продолжительное время.

Рисунок 10. Трёхмерная модель подпорной стенки путепровода

Гораздо более важной задачей является контроль состояния мостовых конструкций. При определённых навыках и строгом соблюдении выверенной методики и параметров съёмки может быть достигнута субсантиметровая точность (подробнее об этом в статье о фасадной фотограмметрии на нашем сайте).

Рисунок 11. Трёхмерная модель мостовых конструкций

Выбор программного обеспечения для обработки данных, как правило, обуславливается требованиями к детальности моделей и скорости их построения. Поскольку задачей являлось получение высокой детализации, а фотоснимков было достаточно много, этот объект обрабатывался в Bentley ContextCapture. Необходимо заметить, что для быстрой и детальной обработки необходимо иметь вычислительную станцию с определёнными характеристиками. Мы пользовались следующей: • портативный компьютер DELL G5 5590. • процессор Intel Core i7 9750H 2600 МГц. • видеокарта Intel UHD Graphics 630, NVIDIA GeForce RTX 2060. • оперативная память 16 ГБ DDR4 2666 МГц. Временные затраты на полный цикл построения модели: • 2 часа на подготовку проекта; • 3,5 часа на полевую работу; • 18 часов на полную обработку в программном обеспечении.

Рисунок 12. Модель путепровода может быть использована для составления плана пересечений с другими дорогами и коммуникациями

Теперь ответ на главный вопрос – о погрешности построений. По измеренным опорным точкам погрешность построения моделей получилась в плане ±26 мм, по высоте ±21 мм. Полученные значения погрешностей по вертикальной оси обуславливаются разнесением опознаков не только в плане, но и по высоте на полные габариты объекта. Само собой, модель может быть использована по своему классическому назначению – для создания инженерно-топографических планов масштаба 1:500 и даже 1:200. Достигнутые погрешности высотной составляющей позволяют создавать топографические планы с сечением рельефа горизонталями через 0.25 м.

Рисунок 13. Пространственное разрешение и точность модели позволяет использовать её для любых топографических задач

Важно, что для использования трёхмерных цифровых моделей для решения всех перечисленных инженерных задач не требуется, в отличие от классической геодезии, выполнения нескольких съёмок различными способами и приборами. Один маршрут полёта беспилотного летательного аппарата приносит материал, достаточный для одновременного использования в различных направлениях. В отличие от профессиональных иллюзионистов, мы не скрываем секреты мастерства. Ждём всех заинтересованных специалистов на наших вебинарах, курсах и программах внедрения технологии в производственный процесс. При разовых потребностях весь цикл работ возьмём на себя.

А скептиков, сомневающихся в чудодейственности сверхтопографии, возможно, убедит тот факт, что инженер Бекнев своими трудами заслужил от советского Правительства в 1920-х гг. квартиру на Лубянском проезде с собственным телефоном и работал в системе ВСНХ (источник: Адресная и справочная книга «Вся Москва» на 1927 год. V отдел). Не каждый, знаете ли, инженер, проживал на Лубянке. Что в те годы, что в эти…

Рисунок 14. Модель дорожного покрытия