Инновационный проект компании «Йена Инструмент» по применению технологии мобильного лазерного сканирования для съемки железных дорог

В целях реализации распоряжения Президента ОАО «РЖД» В. И. Якунина по обеспечению сбора, актуализации и передачи в Комплексную Систему Пространственных Данных Инфраструктуры Железнодорожного Транспорта (КСПД ИЖ) цифровых данных о состоянии пути и объектов инфраструктуры на железных дорогах, получаемых в результате измерений с использованием современных измерительных средств, впервые в России «Росжелдорпроект» совместно с компанией «Йена Инструмент» применили уникальную технологию мобильного лазерного сканирования на важнейшем участке Октябрьской железной дороги Москва – Санкт-Петербург.

Традиционный метод топографической съемки железной дороги, железнодорожных станций и узлов предполагает проведение сложных подготовительных работ по оформлению и составлению программы измерений. Далее создается съемочная геодезическая сеть и производится наземная топографическая съемка железнодорожных станций и перегонов. Выполняется съемка плана и профиля существующего железнодорожного пути, съемки продольных профилей дороги по ветвям и дополнительным путям на станциях и т.д. После этого происходит камеральная обработка данных и сдача отчетной документации.

Такая работа требует участия нескольких съемочных бригад для проведения нивелирования по полотну железной дороги и долгосрочных работ по тахеометрической съемке опор ЛЭП, ж/д узлов и станций. При этом производительность измерений остается довольно низкой, так как для проведения топографической съемки ж/д узлов и станций требуются нескольких недель (и более) полевых работ.

Метод высокоточного мобильного лазерного сканирования представляет собой относительно новый метод съемки. Во многом он аналогичен методу воздушного лазерного сканирования, особенно в части используемой аппаратуры. Действительно, точно также используется лазерные сканеры, система прямого геопозиционирования, блок управления Системой. Однако имеются и отличия. Как правило, мобильная сканирующая система отличается большей точностью измерений, так как дальность действия ее дальномерного блока ограничена двумя сотнями метров. Кроме того, обычно используется два лазерных сканера, установленные на мобильной платформе таким образом, чтобы обеспечить максимально полное покрытие окружающего пространства. Очень важное отличие заключается в использовании безопасного для зрения излучения – класс 1 для сканеров Optech. Это актуально, поскольку мобильная съемка, как правило, ведется в присутствии других участников движения, пешеходов.

изыскания и проектирование железных дорог

Мобильная сканирующая система, установленная на поезде

Компания «Йена Инструмент» успешно использует мобильный сканер LYNX Mobile Mapper при проведении съемки линейных объектов, в особенности железных и автодорог, а также линий электропередач и прилегающей к дорогам инфраструктуры. Сущность мобильного лазерного сканирования заключается в следующем: 1. Бортовой GPS приемник регистрирует траекторию движения мобильной лаборатории. В последующем GPS данные подвергаются дифференциальной коррекции на основе данных неподвижной базовой GPS станции. 2. Лазерные импульсы отражаются от поверхности земли, зданий, объектов инфраструктуры и др., регистрируются приемником излучения и преобразуются в цифровую форму. 3. Продольная развертка осуществляется за счет движения платформы. 4. Инерциальная система обеспечивает измерение и регистрацию параметров угловой ориентации платформы. 5. Каждый из 2-х сканеров реализует круговую развертку в 360° и при отсутствии препятствий обеспечивает получение съемочных данных в сфере радиусом до 200 м. Параллельно с проведением мобильного лазерного сканирования есть возможность проведения фотосъемки. Получаемые снимки привязаны к траектории движения сканирующей системы. Все получаемые в процессе съемки данные лазерного сканирования и цифровой фотосъемки поступают на блок управления, который контролирует работу лазерных сканеров и калиброванных фотокамер. Оператор управляет системой с помощью компьютера. Все данные сохраняются на сменных жестких дисках высокой надежности.

Для реализации поставленных задач по съемке железнодорожного пути Москва – Санкт-Петербург компанией «Йена Инструмент» была использована система мобильного картографирования LYNX Mobile Mapper M1, которая позволяет выполнять измерения в диапазоне до 200 м, с частотой излучения лазера до 500 кГц, с абсолютной точностью до 10 мм при скорости движения платформы около 100 км/ч.

Этап подготовительных и полевых работ занял всего несколько дней, после того как был согласован график проезда сканирующей системы по измеряемому участку железной дороги. Для реализации дифференциального режима работы GPS, установленного на ж/д платформе и базовых станций, было произведено наземное геодезическое обеспечение мобильного сканирования, представляющего собой выполнение спутниковых измерений в статическом режиме. Важным этапом подготовительных работ было также определение результирующей плотности облака точек, а также скорости проезда мобильной системы по железной дороге. После этого выполнялось собственно лазерное сканирование.

Лазерные сканеры, размещенные на мобильной платформе, работают в режиме круговой, 360-градусной двухмерной развертки. За счет поступательного движения платформы и непрерывной работы сканеров, обеспечивается 3-х мерная съемка всей территории. Непосредственно в процессе съемки осуществлялся контроль работы всего оборудования, определялось качество GPS – сигнала. Для этого требовался всего один человек, следящий за статусом Системы с помощью бортового компьютера. При этом отсутствовала необходимость в привлечении бригад геодезистов, значительно повышалась безопасность работ, так как весь персонал, за исключением специалистов, следящих за работой базовых станций, размещался в мобильной лаборатории. И что очень важно, в отличие от традиционной тахеометрической съемки, работы могли проводиться в ночное время.

Непосредственно после проведения полевых работ осуществлялась предкамеральная обработка данных.

Она заключалась в уравнивании точек лазерных отражений и их классификации. Специалистами компании «Йена Инструмент» было специально разработано программное обеспечение для обработки данных. На завершающем этапе обработки данных создавались трехмерные цифровые модели пути и инфраструктура железной дороги.

облако точек от мобильные лазерные системы

Классификация облака точек лазерных отражений

определения параметров пути по облаку точек

Определение параметров пути по облаку точек лазерных отражений

Определение габаритов железной дороги

Определение метрических параметров и габаритов объектов железнодорожной инфраструктуры

Определения параметров пути железной дороги

3D модель железнодорожного полотна и инфраструктуры

Вернуться