ІННОВАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В СКЛАДАННІ ЦИФРОВОЇ МОДЕЛІ ПОВЕХНІ ЗЕМЛІ

Про матеріал

В останні кілька років картографія характеризується технологічними проривами в області приладобудування, а зокрема, інноваційними технологіями збору, обробки та надання інформації.

Перегляд файлу

ІННОВАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ В СКЛАДАННІ ЦИФРОВОЇ МОДЕЛІ ПОВЕХНІ ЗЕМЛІ

Все більш поширеними стають такі види інноваційних технологій в складанні карт місцевості як цифрова аерофотозйомка та лазерне сканування. Їх перевага в тому, що вони забезпечують повноту, точність і своєчасність інформації, що має величезне значення для більш оперативного прийняття стратегічних рішень. [4, стор. 9].

Інноваційний лазерний сканер [1, стор. 229-234] являє собою вимірювальний прилад, який працює за допомогою вимірювання кутів і відстаней до точок лазерного відображення шляхом лазерного випромінювання. З допомогою лазерного сканера виконуються високочастотні вимірювання просторових координат точок лазерного відображення. Частота вимірювання доходить до сотень тисяч в секунду. Результатом лазерного сканування стають координатні дані великого обсягу, з допомогою яких відтворюється просторова цифрова модель об'єкта вимірювання.

Принцип роботи лазерного сканера полягає в перенесенні сукупності характеристик в цифровий вигляд реальних поверхонь, в результаті чого відбувається надання результату в просторовій системі координат. Даний прилад складається з високошвидкісного безвідбивного лазерного далекоміра і системи вимірювання напрямку променя лазера. Щільність точок може варіюватися в межах 0,25 мм - 1 м і більше. Застосування даного обладнання дає можливість отримати масив точок, що має просторові координати X Y Z. Прилад має дві невід'ємні частини: високошвидкісний безвідбивний далекомір і поворотне дзеркало, що змінює спрямованість променя.

В результаті лазерного сканування та цифрової аерофотозйомки виходять цифрові продукти: просторові моделі рельєфу, топографічні плани і карти, ортофотоснимки і просторові моделі інженерних об'єктів.

Лазерні сканери діляться на наземні і повітряні. За допомогою лазерних сканерів повітряного базування проводиться зйомка з борту повітряного транспорту. За відповідним видом сканера повітряні і наземні технології розрізняються по області застосування і точності інформації. Як правило, повітряне сканування проводиться разом з цифровою аерофотозйомкою.

В даний час розробкою приладів для тривимірного лазерного сканування займається безліч фірм: широко відомі Trimble (США) і Leica Geosystems (Швейцарія), а також Riegl (Австрія), I-Site (Австралія), Zoller+Frohlich (Німеччина) та ін Всі ці фірми випускають сканери для різних цілей. Завдання, що вирішуються конкретною моделлю наземних лазерних сканерів (НЛС), визначаються його технічними характеристиками.

Як приклад наведені характеристики лазерних сканерів Leica [6]

Сфери застосування лазерних сканерів

1.Зйомка площадних об'єктів з багатою інфраструктурою (території промислових підприємств).

2. Створення цифрових моделей рельєфу.

3. Плани в міському кадастрі.

4. Реконструкція та будівництво будинків і споруд.

5. Зйомка лінійних об'єктів (доріг, мостів, тунелів, магістральних водопроводів, колекторів)а

6. Гірнича промисловість.

7. Архітектура, будівництво та археологія.

Повітряне лазерне сканування у поєднанні з цифровою аерофотозйомкою, безперечно, найефективніший метод зйомки великих за площею і протяжністю об'єктів.

При великих обсягах вартість робіт в рази і навіть десятки разів нижче, ніж традиційна зйомка. Використання повітряного лазерного сканування дозволяє за годину відзняти до 140 км2 при щільності до 6 точок на м2, що дає значну економію часу і коштів для замовника.

Повітряне лазерне сканування раціонально виконувати при вишукуваннях і моніторингу протяжних лінійних об'єктів, таких як нафто - і газопроводи, ЛЕП, при зйомці великих площинних об'єктів (від десятків до тисяч квадратних кілометрів), при зйомці заселеної місцевості, отримуючи істинний рельєф поверхні землі навіть під кронами дерев без втрати точності.

Принцип повітряного лазерного сканування [1, стор. 397].:

Лазерний високочастотний далекомір, встановлений на носії, визначає відстань до об'єктів шляхом вимірювання часу проходження імпульсів інфрачервоного лазерного випромінювання, що розподіляються обертовим полігональними або хитним дзеркалом. Точні географічні координати будь-якої точки лазерного відображення обчислюються на основі точних координат положення і кутів, в якому перебувала вся система в момент вимірювання, а так же відстані до об'єкта, та інформації про кут розвороту дзеркала.

Лазерне сканування площі в кілька тисяч квадратних кілометрів за допомогою сканерів повітряного базування проводиться всього за два тижні, а виходить цифрова тривимірна модель території. При класичному підході знадобилось би кілька місяців або навіть років для виконання такої роботи, не обійшлося би без виснажливих і дорогих експедицій.

Економічний ефект

Технологія повітряного лазерного сканування дозволяє в короткий термін виконувати польові роботи, а основну обробку проводити в камеральних умовах. При виконанні аерозйомочних робіт є можливість провести збір геоінформації з запасом щодо меж об'єкта вишукувань, що дозволить, при необхідності, змінювати місце розташування проходження проектованої траси. Після обробки даних, отриманих ортофотопланам, цифрового рельєфу місцевості та додаткової інформації, що міститься в наборі отриманих геопросторових даних, є можливість виконувати камеральне розміщення лінійних і площинних інженерних споруд, без створення остаточних топографічних планів, а необхідні для проектування топографічні матеріали надати на остаточний варіант розміщення об'єкта. Це дозволяє заощадити матеріальні та трудові ресурси. [4, стор. 31].

Рентабельність

Рентабельність застосування методу повітряного лазерного сканування з метою створення топографічних планів починається з 500 га, а в особливо складних топографічних умовах (гірська місцевість, болота) з 200 га.

Із збільшенням площі території рентабельність зростає в лінійній залежності – чим більше площа – більше рентабельність використання методу.

Рентабельність методу полягає в короткому, менш ресурсовитратному періоді польових робіт і можливості провести збір геоінформації з запасом щодо меж об'єкта вишукувань. Це дозволить, при зміні місця розташування проектованого об'єкта (в межах меж зйомки) отримати топооснову без додаткових польових робіт в повному обсязі. Досить провести дешифрування місцевості і при необхідності обстеження території на наявність підземних комунікацій.

Дешифрування місцевості вишукувань з метою виявлення геологічних процесів дозволить виявити небезпечні геологічні процеси і провести розміщення об'єктів з урахуванням наявності цих геологічних процесів, що підвищує рентабельність вишукувань в цілому за рахунок зниження побічних обсягів робіт, пов'язаних із зміною місця розташування об'єкта проектування.

Також були проведені розрахунки:

Місто Маріуполь [5] (Площа 166 км2) за допомогою повітряного лазерного сканування можна відзняти за 1годину 24хвилину.

Можна сміливо стверджувати, що за цифровою технологією — майбутнє геодезії, адже вона має безсумнівні переваги перед традиційними засобами і прийомами геодезії. Лазерне сканування і цифрова аерофотозйомка видають більш детальні дані про об'єкт, ніж це роблять традиційні методи геодезії. Також до їх безперечних переваг відносяться велика ефективність у виділенні земного рельєфу при густій рослинності, знаходженні розташування і визначення форми складних об'єктів, створенні топографічних карт і планів у безорієнтовній місцевості, точності і детальності знімків рельєфу дна.

ДЖЕРЕЛА ТА ЛІТЕРАТУРА

Шевченко Т.Г. Геодезичні прилади / Т.Г. Шевченко, О.І. Мороз,

І.С. Тревого. —Л. : Львівська політехніка, 2006. —459 с.

Зацерковний В. І., Бурачек В. Г., Железняк О. О., Терещенко А. О. Геоінформаційні системи і бази даних : монографія. –Кн. 2 /В. І. Зацерковний, В. Г. Бурачек, О. О. Железняк, А. О. Терещенко. –Ніжин :НДУ ім. М. Гоголя, 2017. –237 с.
Саранча Г.Я. Метрологія, стандартизація та управління якістю / Г.Я. Саранча, Г.К. Якимчук. —К. : Основа, 2004. —376с