Воздушная лазерно-локационная съемка и ее применение в геодезии, топографии и инженерных изысканиях

- Международная конференция  «Классификация и динамика лесов дальнего востока», Владивосток, 2001 г.

- Третья международная  конференция по геопространственной информации в сельском и лесном хозяйстве, Денвер, США, 2001 г.

- Первый международный симпозиум  по лесной таксации, Сиэтл, США, 2001 г.

Структура работы

Диссертационная работа состоит  из трех глав, введения, заключения, двух приложений и списка использованной литературы, содержащего 71 наименование. Основная часть работы изложена на 182 страницах, включая 98 рисунков и 16 таблиц.

Заключение: 

3.8 Выводы

В Гл. 3 рассмотрены вопросы  практического использования лазерно-локационных  методов съемки применительно к  обследованию воздушных ЛЭП и в ряде смежных областей.

Разработана методика определения  координат наземных объектов по ЛЛ данным. Методика обеспечивает полный пересчет данных из внутренней вспомогательной  системы координат сканерного блока в конкретную картографическую СК, выбранную пользователем для окончательного представления результатов съемки. Предложен набор методических процедур, реализующих метрологическое обеспечение аэросъемочногокомплекса. Разработана методика измерения выставочных параметров, определяющих взаимное положение GPS антенны и сенсора IMU. Обеспечивается точность измерения на уровне первых сантиметров при отсутствии прямой видимости между антенной и сенсором.

Предложены стандартная (ручная) и  автоматическая методики и соответствующее  программное обеспечение к ним  для выполнения летной калибровочной  процедуры. В результате выполнения калибровочной процедуры определяются значения угловых поправок по углам  крена, тангажа и рысканья Re, Ре, Не, которые учитываются на этапе расчета окончательных координат лазерных точек. При реализации стандартной калибровочной процедуры, за счет использования специализированного программного обеспечения оператор имеет возможность вручную подобрать значения поправок Re, Ре, Не, основываясь на визуальном анализе ЛЛ изображений калибровочного объекта.

При реализации автоматической методики калибровки значения Re, Ре, Не определяются без участия оператора. В этом случае в качестве калибровочного объекта выбирается один пролет воздушной ЛЭП.

Разработана система контроля качества пилотирования, позволяющая  по аэросъемочным данным оценить выполнение экипажем заданных режимов съемки. Система обеспечивает автоматическое обнаружение участков с теми или иными отклонениями от заданных условий съемки, которые требуют выполнения повторной съемки.

Для комплексной обработки  результатов ЛЛ съемки и создания векторных моделей ЛЭП разработана  программная среда ALTEX 3.1, которая  обеспечивает полный цикл обработки  вплоть до выдачи окончательных результатов  в форматах ГИС или CAD проектов. Результаты обработки включают векторную модель ЛЭП, содержащую модели опор, проводов и TIN(GRID) модель поверхности истинной земли. Кроме того, по результатам моделирования определяются значения ряда важнейших параметров, характеризующих техническое состояние линии, знание которых необходимо для правильной эксплуатации. Определяются значения следующих параметров: длина пролета, стрела провеса, габариты до земли и растительности, тяжение проводов и тросов и др. Кроме того, на трассу ЛЭП в программной среде ALTEX 3.1 формируется ортофото мозаика цифровых аэрофотоснимков.

Изучены вопросы применения ЛЛ методов  для оценки состояния растительности вдоль трассы ЛЭП. Разработана методика построения модели огибающей полога растительности по ЛЛ данным. Такой  подход позволил осуществить количественную оценку важных лесотехнических характеристик, знание которых дает возможность  более достоверно прогнозировать вероятность  отключения линии из-за короткого  замыкания и планировать мероприятия  по расчистке просеки.

Заключение

В результате проведенных исследований разработана технология топографо-геодезических  работ при инвентаризации и реконструкции  воздушных линий электропередачи  по материалам авиационной лазерно-локационной  съемки. В рамках основного направления  исследований были поставлены и решены следующие задачи:

1) На основе детального изучения  устройства и принципов функционирования  современных лазерных локаторов  была выработана математическая  полностью формализованная модель  первичного лазерно-локационного  измерения, адекватно описывающая  все физические процессы, составляющие  излучение зондирующего импульса, его распространение в атмосфере,  отражение от объекта и регистрацию  приемником излучения. Применительно  к задачам съемки ЛЭП, такой  подход позволил ввести количественные  критерии оценки качества съемки, основанные на определении вероятности  обнаружения провода ЛЭП, который  является наиболее информативным  объектом. На основе предложенного  математического аппарата была  разработана методика выбора  оптимальных условий съемки для ЛЭП различного класса, позволяющая получать численные значения параметров съемки - высоты и скорости полета, режима сканирования, обеспечивающих наиболее достоверную и точную съемку проводов и других компонентов ЛЭП при выполнении лазерно-локационных обследований.

2) Для подтверждения полученных  теоретических выводов был проведен  полунатурный стендовый эксперимент,  в котором моделировался процесс  лазерно-локационной съемки проводов  ЛЭП. Этот эксперимент позволил  накопить статистические данные  по различным типам проводов  в условиях варьирования моделируемых  условий съемки - высоты полета, частоты  сканирования, положения сканирующего  блока. В результате обработки  экспериментальных данных определялись  реальные значения численных  показателей качества съемки, таких  вероятность обнаружения провода,  количество отражений на единицу  длины провода, точность определения  пространственных координат. Полученные  экспериментальные данные подвергались  сравнению с соответствующими  теоретическими значениями, что,  в основном подтвердило правильность  выбранного метода оптимизации  условий съемки ЛЭП.

Была обоснована целесообразность использования высокочастотного метода сканирования при съемке ЛЭП. В результате применения такого метода сканирования удается получать высокоинформативные  ЛЛ изображения, в которых наряду с проводами адекватно представлены опоры ЛЭП, пересекающие линии, поверхность  земли и наземные объекты. При  низкочастотном режиме сканирования, применявшемся ранее, имелась возможность  получать данные фактически только по проводам, но не по другим компонентам  сцены.

На основе анализа реальных ЛЛ данных, собранных за пять лет практической деятельности, были выявлены и систематизированы  физические ограничения ЛЛ метода съемки, которые выражаются в тех или  иных искажениях получаемых ЛЛ изображений  или в снижении точности определения  координат. Представлена теоретическая  интерпретация каждого такого явления. Предложены методические и программные  процедуры по преодолению физических ограничений.

Разработана процедура измерения  выставочных (off-set) параметров сканерного блока по отношению к фазовому центру GPS антенны. Гарантируется точность измерения на уровне первых сантиметров, что обеспечивает максимально достижимую точность данных лазерно-локационной съемки. Для практической реализации данной процедуры разработано соответствующее методическое и программное обеспечение.

Исследованы аппаратные и  методические источники появления  малых аддитивных погрешностей в  поставляемых инерциальной системой данных по углам ориентации носителя. Предложена методика оценки значений указанных  погрешностей за счет проведения летной калибровочной процедуры. Рассмотрены  два возможных режима выполнения калибровочной процедуры -традиционный (ручной), при котором набор значений поправок осуществляется оператором вручную на основе визуального анализа ЛЛ изображения, и автоматический, при котором значения поправок вычисляются специальной программой без участия оператора. Выработаны рекомендации по выбору калибровочного объекта. Для практической реализации калибровочной процедуры разработано необходимое программное и методическое обеспечение. Разработан комплекс программного обеспечения ALTEX, реализующий широкий набор алгоритмов обработки ЛЛ данных. Комплекс обеспечивает создание в автоматизированном режиме векторных моделей опор и проводов ЛЭП, поверхности земли, растительности, а также создание ортофото планов по ЛЛ и цифровымаэрофотографическим данным. Результаты обработки данных в программном комплексе ALTEX могут быть экспортированы в многочисленные CAD и ГИС системы для дальнейшей тематической обработки.

8) Предложена методика, позволяющая  по ЛЛ данным оценивать набор  важных лесотехнических параметров, характеризующих растительность  вдоль трассы ЛЭП. Для реализации  данной методики разработано  соответствующее программное обеспечение.  Определяются значения следующих  параметров: высота растительного  покрова, эффективная ширина просеки,  габариты до растительности и  др. Знание значений этих параметров  позволяет более эффективно прогнозировать  отключения линии из-за короткого  замыкания, а также планировать  мероприятия по очистке просеки.  Для верификации полученных теоретических  выводов по этому направлению  было проведено натурное исследование  на территории Красноярского  края совместно с Международным  институтом леса.

Теоретические и экспериментальные  выводы, полученные в ходе выполнения настоящей работы, позволяют заключить, что применение ЛЛ методов в топографо-геодезических  работах, связанных с обследованием  воздушных ЛЭП, представляется целесообразным в смысле объема, полноты и точности собираемых данных. Применение таких  методов представляется также экономически обоснованным. Они обеспечивают получение  качественных данных, в наибольшей мере соответствующих современному инженерному уровню в области  проектирования и эксплуатации воздушных ЛЭП.

Список литературы: 

1.В. Геодезия. Учебник для вузов. - М.: Недра, 1980. 277 с.

2. Большаков В.Д., Деймлих Ф., Голубев А.Н., Васильев В.П., Радиогеодезические и электрооптические измерения.-М.: Недра, 1985.-3003 с.

3. Бугаевский Л.М., Математическая картография: Учебник для вузов. М: 1998. -400 с.

4. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576 с.

5. Воробьев В.И. Оптическая локация для радиоинженеров.-М: Радио и связь, 1983.-176 с.

6. Данилин И.М., Медведев Е.М., "Изучение структуры лесного покрова методом лазерной аэросъемки", Лесная таксация и лесоустройство, Межвузовский сборник научных трудов, Красноярск, 2000, с. 157.

7. Данилин И.М., Медведев Е.М., Сведа Т., "Метод лазерного зондирования для целей таксации и мониторинга лесов", Классификация и динамика лесов дальнего востока, Материалы международной конференции, Владивосток, 2001, с. 144.

8. Интерактивная обработка  данных лазернолокационной и цифровой аэротопографической съемки ALTEX версия 3.1/DOS, Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 990468, Авторы: Медведев Е.М., Пестов К.А., Москва, 01.07.1999 г.

9. Лобанов А.Н. Аэрофототопография. Изд. 2 доп. М.:, «Недра», 1978. 575 с.

10. Медведев Е.М., "К вопросу о значимости данных дистанционного зондирования при создании ГИС.", Москва, "ГИС-обозрение" № 3-4(9), 1996, с. 28.

11. Медведев Е.М., "Современные методы авиационного дистанционного зондирования в градостроительстве", Материалы конференции Современные информационные технологии в урбанистике, градостроительстве и региональном планировании, Москва, 1997, с. 77.

12. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1977. - 600 с.

13. Серапинас Б.Б. Основы спутникового позиционирования . М.:Издательство МГУ, 1998.-82 с.

14. Урмаев М.С. Орбитальные методы космической геодезии. М.: Недра, 1981,-256 с.

15. Харисов В.Н. и др. Глобальная спутниковая радионавигационная система16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕХНОЛОГИЯ INTEGRATED SURVEYING

Технология Integrated Surveying компании Trimble была представлена в 1998 году. Ядром технологии являются контроллер, полевое и офисное программное обеспечение, что в свою очередь дает возможность создания комбинированного файла данных полученных как при помощи GPS-приемника, так и традиционных средств геодезических измерений. Информация с такого устройства сохранялась и корректировалась в одном рабочем файле (job-file) и позволяла определять местоположение как при помощи традиционных средств, так при использовании спутниковых данных. В настоящее время данная технология более усовершенствована и применяется при выполнении современных инженерно - геодезических задач, давая пользователям возможность подключаться и управлять геодезическими приборами, не меняя типы полевых приборов и программного обеспечения.

Технология Integrated Surveying имеет существенные преимущества:

• 1. Пользователи имеют возможность управления оборудованием в режимах постобработки, RTK и традиционной съемки при помощи одного контроллера и его программного обеспечения. В дополнении к этому, полевые данные могут быть объединены и обработаны в одном файле для получения эффективной однородной оценки точности выполненных работ. Полученная информация может комбинироваться как в поле, так и в офисе с целью получения интегрированного решения.
• 2. GPS-технологии могут расширить возможности съемки. При этом исключается необходимость прокладывания ходов, что в свою очередь значительно увеличивает производительность.
• 3. Пользователи имеют более “гибкие” условия проведения топографической съемки в зависимости от района работ. К примеру, GPS измерения выполняются на открытых участках, в то время как для съемки участков с закрытым небосводом или густым растительным покровом могут быть применены традиционные средства измерений.
• 4. При работе на строительных площадках, где здания могут быть помехой в использовании GPS или традиционных технологий, данная технология может оказаться полезной при разбивке и выносе в натуру требуемых объектов, Таким образом, геодезист может применять наиболее подходящую методику выполнения работ, используя один и тот же накопитель информации и рабочий файл. Это опять же способствует значительному сокращению времени работы и минимизаци погрешностей. Информация может комбинироваться как в поле, так и в офисе с целью получения интегрированного решения.