Изучая возможность использования
ЛЛ метода для съемки ЛЭП можно
указать на ряд существенных преимуществ,
обеспечиваемых этим методом по сравнению
с традиционными подходами:
1) Производительность ЛЛ
метода чрезвычайно высока. На
практике достигнута производительность
съемки в 500-600 км за один аэросъемочный день для магистральных высоковольтных
(220 кВ и более) ЛЭП и 150-200 км для низковольтных
и распределительных сетей. Во всех случаях
в маршрутном режиме обеспечивается съемка
всей ширины полосы отчуждения для выбранного
класса ЛЭП, определяемой Правилами Устройства
Электроустановок (ПУЭ). Здесь следует
отметить, что камеральная обработка результатов
съемки при реализации ЛЛ метода, как правило,
по продолжительности сравнима со временем
выполнения авиационных работ, что позволяет
выполнять такую обработку оперативно
на месте проведения работ. Это, в свою
очередь, позволяет эффективно контролировать
качество съемки и при необходимости выполнять
повторную съемку. Понятно, что подобная
производительность значительно превосходит
возможности традиционных аэросъемочных технологий, которые требует сложной
камеральной обработки, требующей значительного
времени.
2) ЛЛ метод не требует
выполнения наземных геодезических
работ по планово-высотному обоснованию
результатов аэросъемки. Необходимость выполнения
таких работ может составить серьезную
проблему при реализации традиционных
методов съемки, особенно для удаленных
и труднодоступных районов.
Классические стереофотограмметрические
методы в их аналитической или
цифровой реализациях обеспечивают возможность
проведения высокоточных измерений компонентов
сцены. Однако с помощью таких методов
не удается автоматизировать воспроизведение
формы сложных инженерных объектов, прежде
всего опор ЛЭП. Кроме того, из-за особенностей
пространственного положения проводов
и тросов, измерение значений их стрел
провеса, габаритов и координат точек
подвески стереофотограмметрическим
методами в значительной степени затруднено,
в результате чего точность измерения
этих значений оказывается неудовлетворительной.
В силу того, что ЛЛ метод реализует прямое
измерение всех компонентов сцены, он
является полностью свободным от указанных
ограничений. Более того, как показано
в Гл. 3 программная обработка первичных
ЛЛ данных позволяет достичь очень высокого
уровня точности по этим параметрам, в
частности для стрел провеса 5-7 см. В то
же время, ЛЛ измерение всегда создает
пространственный образ объекта - «облако» лазерных точек, отраженных
от поверхности объекта. Такое «облако» само по себе значительно облегчает
визуальный анализ формы изображаемого
объекта и позволяет выполнять все необходимые
первичные геометрические измерения на
базовом уровне точности метода, т.е. 15-20
см. Более важно то, что данные, представленные
в такой форме, могут быть эффективно использованы
для программного анализа и построения
векторных моделей, что по указанным выше
причинам крайне существенно для реализации
современных подходов проектирования
ЛЭП. Так, программные пакеты обработки
ЛЛ данных позволяют автоматически распознавать
тип опоры ЛЭП и координаты ее пространственного
положения с точностью 10-15 см. Кроме того,
автоматически могут быть определены
такие важные параметры как высота подставки,
длины гирлянд, наличие нарушений в конструкции
и др. ЛЛ метод в отличие от классических
методов в значительной степени свободен
от сезонных ограничений, связанных с
наличием лиственного покрова. В Гл. 3 будет
показано, что ЛЛ измерения в большинстве
случаев применимы к объектам, расположенных
под кронами деревьев.
Без всяких ограничений возможно
проведение ЛЛ съемки для сцен с
отсутствующей или слабовыраженной
текстурой поверхности - песчаных пляжей,
заснеженных и водных поверхностей.
Известно, что стереофотограмметрические
измерения таких сцен не возможны
по причине невозможности установления
соответственных точек в стереопаре.
В практике обследования ЛЭП подобные ландшафты встречаются достаточно часто.
Говоря о прикладном аспекте
ЛЛ методов, можно с некоторой
долей условности выделить два главных
направления. Первым является топографическое
направление, которое предполагает
использование ЛЛ данных для восстановления
рельефа, а также для рисовки
важнейших контуров, подлежащих изображению
на топографических картах и планах.
Другим главным направлением является
широкий круг задач, непосредственно
не связанных с топографией. В
рамках решения таких задач ЛЛ
данные используются для построения
векторных моделей и определения
набора морфологических свойств
разнообразных естественных или
искусственных образований. В большинстве
случаев сбор информации такого рода
является составной частью инженерных
изысканий. В любом случае при
проведении анализа прикладного
значения ЛЛ метод логично рассматривать,
прежде всего, как альтернативу стереотопографическому методу создания карт и планов или его
аналогам, основанных на методах наземной
(ближней) фотограмметрии. Соответственно
технологические и экономические достоинства
ЛЛ метода будет правильно анализировать,
используя именно стереотопографический
метод в качестве объекта сравнения. В
пользу выбора стереотопографического
метода в качестве базиса для оценки эффективности
ЛЛ метода можно привести следующие аргументы:
- Стереотопографический
метод до настоящего времени
является главным технологическим
звеном производства и обновления
топографических данных в самом
общем смысле. Использование этого
метода является обязательным, что
закреплено официально действующими
нормативными документами. В то
же время ЛЛ методы по характеру
получаемых данных, степени их
полноты и точности в значительной
степени обеспечивают решение
тех же задач, что и классический
стереотопографический метод, предполагающий
выполнение аэрофотосъемки, работ
по геодезическому обоснованию
и комплекса процедурфотограмметрической обработки. В этом смысле, сравнение ЛЛ
методов и стереотопографического метода
корректно. Дополнительным аргументом
в пользу этого являются результаты основных
тенденций внедрения ЛЛ методов в практику
производства топографических материалов.
Здесь отчетливо прослеживается тенденция
вытеснения стереофотограмметрических
методов лазерно-локационными при составлении
топографических планов, при кадастровых
работах, а также при проведении инженерных
изысканий в таких отраслях как электроэнергетика,
нефтегазовая промышленность, строительство.
Вообще говоря, правильнее говорить не
о вытеснении, а об эволюции стереотопографического
метода, в части прямого усвоения данных
по рельефу и по важнейшим контурам, полученных
JIJI методом.
- Сравнение ЛЛ методов
с другими известными в настоящее
время методами авиационного
дистанционного зондирования, обеспечивающих
прямое получение трехмерных
данных, в частности с интерферометрическими
радиолокационными (РЛ) системами
бокового обзора, не может считаться
вполне корректным. Здесь следует
иметь в виду следующее. Очень
грубо, радиолокационное изображение
представляет распределение по
сцене вариаций электрической
и магнитной проницаемости, так
что интенсивность отраженного
сигнала прямо определяется значением
произведения диэлектрической и
магнитной проницаемости среды.
На распределение интенсивности РЛ изображения
также оказывают самое существенное влияние
такие факторы как морфологическое состояние
поверхности (рябь на поверхности водоема),
наличие загрязнений и др. Главным практическим
следствием этого является тот факт, что
интерферометрические РЛ системы хотя
и обеспечивают прямое измерение геометрии
рельефа, но занимают отличную от ЛЛ средств
экологическую нишу и поэтому не могут
рассматриваться как аналог при выполнении
сравнения по техническим и экономическим
показателям. По своим главным параметрам
- разрешение при высоте полета 2000 м на
уровне первых метров, точность определения
геодезической высоты на уровне 3-7 м, РЛ
данные находят применение в целом ряде
областей, например, в геологии.
С учетом вышеизложенного, представляется
уместным говорить о лазерно-локационном
методе, понимая под этим термином совокупность
методических приемов, связанных с применением
ЛЛ и сопутствующих средств в топографии
и при проведении изысканий. ЛЛ метод составляют
следующие тематические группы:
1) Исследование применимости ЛЛ
средств для той или иной группы объектов
и сцен.
2) Вопросы организации аэросъемочного
процесса и выбора оптимальных режимов
работы аппаратуры в соответствии с некоторой
заранее определенной целевой функцией.
3) Оценка точности и достоверности
получаемых данных.
4) Обеспечение совместимости ЛЛ
данных и их комплексирование
с данными других видов дистанционного
зондирования и результатов наземных
измерений, а также обработка
данных с целью их дальнейшего
использования в различных тематических
приложениях.
ЛЛ метод описан выше в наиболее
общей форме. Понятно, что все
представленные положения нуждаются
в конкретизации, применительно
к условиям конкретного исследования.
Задачи исследования
Задачей настоящей работы является
изучение возможно применения ЛЛ методов
для целей сбора пространственных
данных при выполнении проектирования
и реконструкции ЛЭП. Вопросы
применимости ЛЛ метода рассматриваются
в двух аспектах:
1) Разработка общих методических
вопросов, связанных с использованием
лазерных локаторов как средства
авиационного дистанционного зондирования.
Сюда входят вопросы оценки
геодезической точности ЛЛ метода
на основе исследования принципов
работы навигационного комплекса,
выявление метеорологических и
других ограничений, а также
вопросы информационной совместимости
ЛЛ данных с данными цифровой
аэрофотосъемки и некоторые другие
вопросы методического плана.
2) Разработка методики использование
ЛЛ средств для съемки воздушных ЛЭП.
Здесь, прежде всего, рассматриваются
вопросы оптимизации режимов сканирования
в целях сбора максимума информационных
характеристик, применительно к объектам
такого рода. Другой группой вопросов
здесь является подготовка ЛЛ и сопутствующих
данных для дальнейшей обработки в ГИС
и CAD системах в соответствии со сложившимися
требованиями сообщества пользователей
в этой сфере.
3) Изучение возможности использования
ЛЛ методов в смежных областях,
таких как
- В лесном хозяйстве для выполнения
таксации.
- В гидрографии для оценки
и прогнозирования зон затопления,
оценки объема снежной массы.
- В горнодобывающей промышленности
для оценки объема выработанного
грунта и морфологического анализа
открытых месторождений.
4) Создание специализированного
программного обеспечения по
сбору и обработке данных на
различных технологических стадиях
их получения. Создаваемые в
рамках этого метода исследования
программные продукты, обеспечивают
реализацию широкого класса алгоритмов,
главным образом по обеспечению
надлежащей точности данных, по
выделению информационных характеристик
объектов.
Методы исследования
В работе использовались в
основном аппарат физической оптики
и фотометрии, фотограмметрическиеметоды, а также различные прикладные
математические методы -линейная алгебра,
математическая статистика, численные
методы. Для экспериментальной проверки
теоретических выводов по параметрам
оптимизации режимов съемки, полученных
с помощью упомянутых выше аналитических
и вероятностных методов, использовалось
полунатурное моделирование.
Научная новизна
1. На основе анализа принципов
функционирования бортового навигационного
комплекса выявлен характер погрешностей
определения пространственных и
угловых координат носителя. На
основе этого разработан набор
процедур метрологического контроля,
обеспечивающих достижение максимально
возможной точности траекторных
данных.
2. Предложена математическая модель
первичного ЛЛ измерения, учитывающая
специфику передающего и принимающего
блоков локатора, пропускания атмосферы,
а также оптических свойств провода
ЛЭП как основного объекта исследования.
На основе построенной модели предложена
методика оптимизации выбора параметров
ЛЛ съемки, обеспечивающих максимальную
информативность и точность.
3. Проведена экспериментальная
проверка результатов применения разработанной
методики выбора оптимальных параметров
ЛЛ съемки.
4. Предложен набор метрологических
процедур, обеспечивающих возможность
совместного использования лазерного
локатора и цифрового аэрофотоаппарата, в результате чего выполняется прямоеортотрансформирование и геопозиционирование аэрофотоснимков
в автоматическом режиме с результирующей
точностью 1-2 м при высотах полета до 1000
м.
5. Исследованы физические ограничения
лазерно-локационного метода. Предложены
методологические и программные
методы их преодоления.
6. Разработана методика численной
оценки ряда лесотехнических
параметров по JTJT данным.
7. Разработан программный комплекс,
обеспечивающий обработку результатов
ЛЛ съемки ЛЭП и экспорт
результатов в CAD и ГИС системы
для дальнейшей тематической
обработки.
Практическая значимость
В рамках настоящей работы
было выполнено большое количество
работ, направленных на обеспечение
возможности практического использования
результатов исследований. Предложенная
методика воздушного обследования ЛЭП
в настоящее время признана штатной
в практике работы межрегиональных
сетевых компаний, входящих в РАО ЕЭС России. В течение 1999-2002 гг.
было выполнено обследование более 15 тыс.
км сетей.
Апробация работы
Достигнутые результаты по теме диссертационной
работы обсуждались на следующих
российских и международных конференциях:
- Первая специализированная конференция
«Современные информационные технологии
в урбанистике, градостроительстве
и региональном планировании», Москва,
1997 г.
- Четвертая международная выставка
и конференция по авиационному
дистанционному зондированию, Оттава,
Канада, 1999 г.
- Пятая международная выставка
и конференция по авиационному
дистанционному зондированию, Сан-Франциско,
США, 2001 г.
- Конгресс CIGRE, SC22, Париж, Франция, 2000
г.
- Сессия 6-ой рабочей группы ISPRS,
Любляна, Словения, 2000 г.