Лазерное сканирование при строительстве и реконструкции мостовых переходов

	Рис. 1. Строящийся мост (Свердловская обл.).

В ноябре 2006 года специалистами отдела лазерного сканирования компании НАВГЕОКОМ были выполнены работы по сканированию и трехмерному моделированию уникального инженерного объекта - мостового перехода через реку Туру (г. Туринск, Свердловская обл.).

По оценке специалистов к 2008 году, когда объект будет сдан в эксплуатацию, это будет самый протяженный мост в азиатской части России. Его длина составит 1964,60 м. Кроме того, вокруг моста будет построено огромное кольцо транспортной развязки протяженностью 6 км, которое свяжет направления на Тавду, Ирбит, Туринск, Туринскую Слободу и Благовещенское. По задумке проектировщиков будущий мост поразит всех не только размерами, но и красотой. При его обустройстве планируется использование современных строительных материалов. Мост будет иметь широкое дорожное полотно и шесть высотных осветительных вышек, которые придадут сооружению впечатляющий вид.

Перед специалистами компании НАВГЕОКОМ были поставлены следующие задачи:

• получить набор измерений (координаты нижних точек швов главных балок и координаты точек опирания главных балок);

  	Рис. 2,3. Модель моста и поверхности земли.

• построить модель моста в формате AutoCAD.

Для съёмки использовался наземный лазерный сканер Trimble GX.

 Координирование точек стояния сканера и марок ориентации осуществлялось безотражательным электронным тахеометром с пунктов мостовой триангуляционной сети.

Наличие у Trimble GX встроенного двухосевого компенсатора позволило использовать для геодезической привязки метод известной станции. Таким образом, для геопривязки всех 4 сканов понадобилось всего две марки, что в значительной степени сократило время, затраченное на полевые работы и последующую сшивку сканов.

В ходе выполнения камеральной обработки результатов лазерного сканирования объекта были получены:

1. Трехмерная цифровая модель моста и прилегающих территорий шириной 70 м в обе стороны от оси моста (см. рис. 2,3).
2. Набор точечных измерений. Точность координат требуемых точек трехмерной модели составила 10 мм. Схема размещения измеренных точек на модели показана на рис. 4.

Технология съёмки и обработки данных лазерного сканирования подразумевает использование специализированного программного обеспечения. В этом проекте использовалось следующее программное обеспечение:

	Рис. 4. Схема расположения контрольных точек на модели моста.

Trimble PointScape 3.1

С помощью программного обеспечения PointScape был выполнен сбор измерительной информации и осуществлена геопривязка сканов методом известной станции. При этом использовались координаты точек стояния сканера и ориентирующих марок, полученные электронным тахеометром в ходе полевых работ.

Trimble 3Dipsos

С помощью Trimble 3Dipsos осуществляется разбиение облака точек проекта на смысловые части для удобства дешифрирования и моделирования. Также производится разряжение точечной модели для обеспечения визуализации полученного результата в других приложениях, в частности в ACAD. Средствами 3Dipsos выполнено 3D-моделирование объекта. Модель пролетных конструкций моста и промежуточных опор была получена методом встраивания примитивов в соответствующие облака точек.

Поскольку главные балки мостового перехода представляли собой достаточно сложные геометрические элементы, связанные между собой и с соседними сварными и болтовыми соединениями, каждый такой элемент моделировался из нескольких геометрических примитивов. Фактором, повлиявшим на сложность дешифрирования главных элементов конструкции, явилось наличие большого числа вспомогательных конструктивных элементов. В дальнейшем по полученной модели проводились измерения координат характерных точек: нижних точек швов главных балок и точек их опирания.

Измерения возможно проводить и по точечной модели, минуя процесс моделирования, однако в этом случае точность определения координат будет заведомо хуже, поскольку встраивание геометрических примитивов, кроме незначительной ошибки встраивания, привносит и значительный фактор осреднения.

	Рис. 5. Точечная модель участка моста через р. Тускарь (г. Курск).

Модель прилегающей территории представлена в виде TIN (нерегулярной триангуляционной сети).

Затраты на камеральный этап составили 5 чел.*дней.

Пилот-проект по сканированию участка моста через реку Тускарь в г. Курске был выполнен сотрудниками ЗАО НПП "НАВГЕОКОМ" в целях демонстрации возможностей технологии лазерного сканирования при проведении изыскательских работ.

Сварной железобетонный транспортный мост связывает центр города с одним из трёх округов Курска. В связи с ветхим состоянием моста, требующим капитального ремонта, городскими властями было принято решение о строительстве на этом месте нового моста. При этом проезжую часть существующей магистрали предполагается существенно расширить. Строительство нового моста обойдётся бюджету в 1 миллиард рублей.

В результате полевого этапа, длительностью 6 часов, с шести станций был отсканирован участок моста, полоса прилегающей территории площадью 2 га и полотно существующей дороги. Для геопривязки данных сканирования использовался метод базовой станции.

	Рис. 6,7. Триангуляционная модель моста и прилегающей территории.

Трудность проведения полевого этапа заключалась в наличии практически на всей площади съёмки густой растительности. Для сканирования марок ориентации приходилось вырубать визирные просеки. В остальном принцип избыточности измерений позволил снять поверхность земли даже сквозь кустарник (поскольку съёмка проводилась в январе, лиственный покров на кустарнике отсутствовал). При постобработке точки растительности были выделены и удалены из общего массива точек.

В ходе выполнения камеральной обработки результатов лазерного сканирования участка моста в программном обеспечении Trimble RealWorks Survey были получены следующие данные:

• точечная модель участка мостового перехода и прилегающей территории (облако точек, см. рис. 5);
• триангуляционная модель участка моста и прилегающей территории (рис. 6, рис. 7);
• сечения рельефа и полотна дороги, построенные перпендикулярно оси дороги через 5 м (см. рис. 8).

Полученные в обоих проектах пространственные данные являются весьма ценными, как для проектирования новых, так и для реконструкции существующих инженерных сооружений.

Однако, строительные нормы и правила предъявляют достаточно высокие требования к точности измерений мостовых конструкций, доходящие на некоторые элементы до 2 мм. Такие высокие требования определения координат точек выходят за пределы технических возможностей любого из существующих сегодня лазерных сканеров геодезического класса средней и высокой дальности. В настоящий момент такие измерения выполняются высокоточными тахеометрами только в отражательном режиме.

Возможно, в будущем появятся сканирующие приборы, способные обеспечить меньшую погрешность измерений при сохранении высокой скорости съёмки. Тем не менее использование лазерной сканирующей системы Trimble GX позволило быстро, с малыми производственными затратами и с высочайшей подробностью получить цифровые модели объектов с сантиметровой точностью.

	Рис. 8. Поперечные сечения.