Баученков Сергей Андреевич Цифровые методы топографических съёмок и их применение в учебном процессе
|
Скачать 1.09 Mb.
|
| САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Баученков Сергей Андреевич Цифровые методы топографических съёмок и их применение в учебном процессе Магистерская диссертация «К ЗАЩИТЕ» Научный руководитель: доц., к.г.н. С. В. Тюрин _________________ ______________________ «__»_________2016 Заведующий кафедрой: доц., к.г.н. Е. Г. Капралов ___________________________________ «__»_________2016 Санкт-Петербург 2016 Содержание: Введение 2 Глава 1. Обзор современного состояния отрасли крупномасштабной топографической съёмки ____________________________________________4 Глава 2. Современные технологии полевых работ при проведении крупномасштабной топографической съёмки___________________________________________13 2.1.Технология производства топографической съёмки с использованием электронного тахеометра ___________________________________________________________13 2.1.1. Метод развития ПВО «в углах» ________________________________________18 2.1.2. Метод развития «в координатах» _______________________________________19 2.1.3. Развитие ПВО методом «свободной станции»_____________________________20 2.2. Технология производства топографической съёмки с использованием спутниковых приёмников___________________________________________________________21 2.2.1. Требования к созданию ПВО и съёмке методами GNSS_____________________21 2.2.2. Технология съёмки с использованием одиночной базовой станции ___________29 2.2.3. Технология съёмки в сетях точного позиционирования _____________________32 Глава 3. Анализ технологии полевого кодирования______________________________50 Глава 4. Съёмка и обследование смотровых колодцев подземных коммуникаций ____58 Глава 5. Современные технологии камеральной обработки данных полевых измерений_________________________________________________66 5.1. Обработка геодезических измерений в программе CredoDAT _________________69 5.2. Обработка измерений в программе TopoCAD_______________________________72 5.3. Вычерчивание топографического плана в программе TopoCAD________________73 5.4. Вычерчивание топографического плана в программах AutoCAD и GeoniCS _____74 5.5. Пример написания приложения на языке AutoLISP __________________________75 Глава 6. Анализ соответствия условных знаков для топографических планов современным требованиям науки и производства________________________83 6.1. Сравнение условных знаков ГУГК, Треста ГРИИ и ГУП «Мосгортрест»________85 6.2. Сравнение свода отечественных условных знаков масштабов 1:500 – 1:5000 с зарубежными аналогами________________________________________________92 Заключение…………………………………………………………………………………100 Список литературы и источников…………………………………………………...……102 Приложения……………………………………………………...…………………………107 Введение Методы создания топографических карт и планов постоянно совершенствуются. Меняются как технологии полевых работ, так и камеральная обработка полевых материалов. Так, например, наряду с применением электронных тахеометров все большее распространение получает съемка с использованием спутниковых приемников в режиме реального времени (RTK). В камеральных работах соответственно появляются новые программные комплексы (или совершенствуются старые), позволяющие автоматизировать обработку полевых данных, полученных с различных видов геодезических приборов. В результате изменений возникают новые технологические схемы выполнения топографической съёмки. Кроме того, к настоящему времени назрела необходимость анализа картографической составляющей изучаемого вопроса, а именно – соответствие действующей системы условных обозначений для топографических планов современным требованиям науки и производства. Данная работа посвящена рассмотрению этих схем, оценки их эффективности в различных условиях, а также анализу действующих условных обозначений для топографических планов и созданию методических материалов для обучения студентов и начинающих топографов. Объект исследования: Современные методы создания крупномасштабных топографических планов. Предмет исследования: Современные технологии создания топографических планов и их внедрение в учебный процесс. Цели: • Изучение современных методов создания топографических планов 1:500-1:5000. • Анализ условных знаков для топографических планов масштабов 1:500-1:5000 на предмет соответствия современным требованиям науки и производства. • Написание методического пособия по съёмке топографических планов, предназначенного для студентов 2 курса кафедры картографии и начинающих топографов. Задачи: • Общее описание работ при производстве топографической съёмки, составление списка нормативных документов и актов, регулирующих данную отрасль. • Описание современных методов ведения топографической съёмки: создания съёмочного обоснования, съёмки ситуации и рельефа, обследования подземных коммуникаций. Изучение технологии топографической съёмки с использованием спутниковых приёмников (съёмка с использованием одиночной базовой станции и работа в сетях точного позиционирования) • Сравнение технологий съёмки с использованием полевого кодирования и без использования данного метода. • Описание современных методов обработки данных полевых измерений с использованием программных комплексов Credo_DAT и AutoCAD. • Анализ условных знаков ГУГК и треста ГРИИ на предмет их соответствия современным требованиям науки и производства. • Составление методического руководства по созданию топографических планов для студентов 2 курса с привлечением современных материалов. Глава 1. Обзор современного состояния отрасли крупномасштабной топографической съёмки. Топографическая съёмка — комплекс работ, выполняемых с целью получения съёмочного оригинала топографических карт или планов местности, а также получение топографической информации в другой форме. Результатом топографической съёмки является топографический план. Топографическими планами принято называть картографические изображения на плоскости в ортогональной проекции ограниченного участка местности, в пределах которой кривизна уровенной поверхности не учитывается (Верещака, 2002).. На рис.1. приведена схема, отражающая место и назначение топографических планов в общей системе топографо-геодезических работ.  Рис.1. Место топографических планов в общей классификации топографо-геодезических работ (Верещака, 2002). Перечень нормативных документов с требованиями к производству топографической съёмки приведён в методическом руководстве (приложение 1). В общем виде, современное производство топографических планов состоит из нескольких этапов (рис.2): • Получение технического задания, составление смет и программы работ. • Рекогносцировка, получение выписок координат пунктов ГГС и заказ топографических планшетов на территорию съёмки. • Развитие съёмочного обоснования на участок съёмки. • Съёмка планово-высотной части и выходов подземных коммуникаций (I часть полевых работ). • Математическая обработка результатов измерений, вычерчивание ситуации и построение рельефа в САПР. • Обследование подземных коммуникаций и ведение журнала обследования (II часть полевых работ). • Нанесение результатов обследования подземных коммуникаций на план • Согласование результатов обследования с эксплуатирующими организациями (рис.3). • Передача одного экземпляра готового топографического плана заказчику и второго – в картографо-геодезический фонд. Уничтожение выписок координат пунктов ГГС и подписание акта об уничтожении. Обычно, топографическая съёмка производится для следующих целей: • Для проектирования (в том числе – ландшафтного) • Для подключения коммуникаций (газ, водопровод, электричество) • Для составления градостроительного плана • Для целей инвентаризации • Для расчёта земляных масс • Для межевания* *Межевание - геодезический способ определения границ земельного участка в горизонтальной плоскости. В современных условиях, крупномасштабный топографический план может быть создан с использованием самых разнообразных инструментов и методов, а также их комбинаций. Появилось множество технологических схем производства полевых работ и камеральной обработки результатов выполненных измерений. Для получения исходных пространственно-координированных данных в настоящий момент используется не только традиционный метод (производство топографической съёмки с использованием электронного тахеометра от пунктов ГГС), но и приёмы крупномасштабной аэрофотосъёмки с использованием БПЛА (беспилотных летательных аппаратов), а также методы наземного, воздушного и мобильного лазерного сканирования, и съёмка с применением ГНСС-технологий. В настоящей работе подробно рассматриваются методы съёмки с применением геодезического ГНСС-приёмника и электронного тахеометра (главы 2,3,5). Такие методы, как лазерное сканирование и применение БПЛА рассмотрены в краткой форме.  Рис.2. Современная схема создания топографических планов.  Рис.3. Порядок сдачи топографического плана в КГА и схема согласования нанесённых на план коммуникаций с эксплуатирующими организациями. Рассмотрим подробнее такие методы создания топографического плана, как лазерное сканирование и крупномасштабная съёмка с использованием БПЛА. Наземное лазерное сканирование. При применении этого метода, съёмочное обоснование создаётся посредством прокладки сканерных ходов или создания сканерной сети от опорных пунктов, определённых традиционными геодезическими методами, пункты сканерной сети закрепляются на местности марками (рис.4).  Рис.4. Съёмочное обоснование при производстве сканерной съёмки (Канашин, 2014). При этом, в случае использования опорных марок, точность такого хода или сети не только будет полностью удовлетворять требованиям нормативных документов, но и позволит сократить объём работ при создании съёмочной сети для топографической съёмки. Суть метода лазерного сканирования сводится к получению модели местности, состоящей из точек отражений множества лазерных лучей, описывающих как поверхность земли, так и все расположенные на ней объекты в виде координат (X;Y;Z), которые имеет каждая полученная точка. При всех своих достоинствах (высокая скорость и точность съёмки, простота применения в полевых условиях), у данного метода есть и недостатки, такие как: высокая стоимость оборудования и программного обеспечения (цена НЛС и его периферии составляет несколько миллионов рублей, и, чтобы такое вложение окупилось, нужен стабильно высокий объём работ, что, при современном состоянии рынка, обеспечивается не всегда), сложность и большой объём камеральной обработки данных измерений, невысокая дальность измерений и низкая эффективность работы на территории лесных массивов (даже в осенний и ранний весенний период), которые составляют львиную долю всех объектов, где требуется проведение топографической съёмки. Точность наземного лазерного сканирования зависит от метода, с помощью которого определяются расстояния (импульсный или фазовый), и колеблется в пределах от нескольких миллиметров до первых сантиметров, в зависимости от расстояния. Воздушное лазерное сканирование (лидарная аэросъёмка). Выполняется с воздушного судна, обычно, самолёта или вертолёта. В топографо-геодезических работах применяется при съёмке рельефа. Благодаря большому количеству снимаемых точек на единицу площади и возможности сканирования под разными углами, можно получить координаты точек лазерных отражений, находящихся под кронами деревьев. Процесс воздушного лазерного сканирования – комплексный. Кроме самого лазерного сканера, в процессе съёмки участвует инерциальная система и приборы спутникового позиционирования. Для каждого лазерного импульса измеряется время между отправкой и приемом, по этой разнице измеряется расстояние. Также измеряется угол сканирования, координаты и высота воздушного судна. На борту самолёта находится приёмник GPS, который регистрирует его положение (X;Y;Z) через фиксированные интервалы времени. Инерциальная измерительная навигационная система используется для непрерывного определения таких параметров положения воздушного судна в воздухе, как наклон относительно поперечной оси, рыскание и крен. Вычисление координат точек отражения каждого лазерного луча производится путём совместной обработки текущих координат воздушного носителя, ориентации лазерного сканера в пространстве и измеренных расстояний. Для вычисления траектории полета с более высокой точностью проводится дифференциальная коррекция по измерениям наземных ГНСС-станций. Координаты точек, определённые с помощью воздушного лазерного сканирования, имеют точность планового положения около 9-10 см при полёте летательного аппарата на высоте 1 км (nipistroytek.ru). Мобильное лазерное сканирование. Съёмка производится при движении сканера, установленного на транспортное средство (автомобиль, поезд, судно). Сканирование производится на расстояние до нескольких сотен метров во всех направлениях. Используется для съёмки линейно-протяжённых объектов, таких как шоссе, железнодорожные пути или каналы. Также как в случае с ВЛС, система мобильного лазерного сканирования состоит из двух блоков – измерительного и навигационного. Измерительный блок производит сканирование объектов, а система позиционирования осуществляет пространственную привязку траектории движения сканера по данным ГНСС-измерений.  Рис.5. Облако точек, полученное методом мобильного лазерного сканирования (nipistroytek.ru). Данные наземного, мобильного и воздушного лазерного сканирования представляют собой облако точек (рис.5), где каждая точка имеет разную яркость в зависимости от интенсивности отражённого от неё лазерного луча. При необходимости, материалы лазерного сканирования возможно дополнять фотограмметрическими данными, чтобы придать объектам чёрно-белого изображения реальные цвета. Точность измерений составляет около 8 мм на 150 м. Использование БПЛА. Беспилотные летательные аппараты, помимо военного применения, используются также при дистанционном зондировании, и, как частный случай, для создания и обновления топографических планов масштабов 1:1000 – 1:5000 (с высотой сечения рельефа от 1 м) по данным аэросъёмки. Общая технологическая схема создания плана по данным съёмки с БПЛА представлена на рис.6. Съёмка производится с высоты от 100 до 1000 метров.  Рис.6. Технологическая схема создания ЦТП с помощью БПЛА (Шевня, 2013) На борту БПЛА находится ГНСС-приёмник, который обеспечивает плановую привязку с сантиметровой точностью. При этом, наземное планово-высотное обоснование требуется не всегда. Достоинства метода БПЛА для создания ЦТП заключаются в высоком пространственном разрешении (на снимке видны объекты сантиметрового размера), возможности съёмки крупных незастроенных территорий за короткий срок и относительно невысокая стоимость (стоимость создания ЦТП 1:2000 будет стоить около 350 рублей за гектар). Недостатками метода съёмки с БПЛА являются: сильная зависимость от погодных условий, недостаточная точность измерений для создания ЦТП масштаба 1:500 (это самый распространённый масштаб, в котором требуется выполнения съёмки) и невысокая надёжность самих аппаратов. Пример топографического плана, созданного с использованием технологии БПЛА приведён на рис.7.   Рис.7. Топографический план, созданный с помощью БПЛА (siproen.ru). Очень часто данный метод используется совместно со спутниковой и тахеометрической съёмкой для создания топографического плана масштаба 1:500 (участки, которые невозможно отснять с помощью БПЛА, снимают электронным тахеометром). Однако, съёмка с БПЛА обеспечивает необходимую точность по высоте только для планов масштаба от 1:1000, так что этот момент необходимо отдельно обговаривать с заказчиком. |
Похожие:
 |
Конспект лекций мдк 02. 02. Электронные средства и методы геодезических измерений ПМ. 02. Выполнение топографических съемок, графического и цифрового оформления их результатов |
 |
Методические указания по прохождению практики и составлению отчета... ПМ. 02 Выполнение топографических съемок, графического и цифрового оформления их результатов |
|
Рассмотрение заявлений адвокатов. Вопросы текущей деятельности. Голосовали: единогласно Присутствовали: Басов Юрий Романович, Гордеева Ольга Геннадьевна, Леднев Сергей Федорович, Мухаметов Ринат Равилевич, Ногин Сергей... |
|
Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе... ПМ. 02 Выполнение топографических съемок, графического и цифрового оформления их результатов |
|
«Методы определения рефракции» Методическая разработка утверждена на заседании предметной (цикловой) комиссии, рекомендована к использованию в учебном процессе... |
|
Методическая разработка деловой игры «сахарный диабет. Гипергликемическая кома у детей» Деловые игры, как метод активного обучения, в настоящее время находит широкое применение в учебном процессе |
|
Применение акустико-эмиссионного метода для выявления дефектов сварного шва в процессе сварки При этом реализуется возможность определения с высокой точностью координат дефектов и их оперативного исправления в процессе сварки... |
|
Убить билла (2003) Поэтому было обещано внести некоторые изменения в сюжетную линию фильма непосредственно в процессе съемок |
|
Рекомендации по использованию в учебном процессе интерактивных образовательных... Данные рекомендации развивают некоторые положения Рекомендаций по использованию инновационных образовательных технологий в учебном... |
|
На выполнение исполнительных топографо-геодезических и маркшейдерских... Открытое акционерное общество «Газпромнефть-Хантос», именуемое в дальнейшем «Заказчик», в лице генерального директора Доктора Сергея... |
|
Общественная организация «союз маркшейдеров россии» Проект Методических указаний по проведению исполнительных съемок подземных сооружений (плановые и высотные съемки) и по проведению мониторинга... |
|
Опыт применения пакета nastran в учебном процессе на кафедре «Космические... Опыт применения пакета nastran в учебном процессе на кафедре Космические аппараты |
|
Применение методов активного обучения в образовательном процессе вуза В данной статье рассматривается применение активных методов обучения, опыт использования которого дает возможность решать ряд труднодостижимых... |
|
Авторы: Карауш Сергей Андреевич, заведующий кафедрой охраны труда и окружающей среды Мендовано в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 280102 "Безопасность технологических процессов... |
|
Материал и патологогистологические методы исследования В пособии изложены важнейшие гистологические и цитологические способы окраски срезов, а также основные гистохимические и электронно-микроскопические... |
|
Инструкция о порядке контроля и приемки геодезических, топографических и В инструкции излагаются принципы организации и исполнения контроля и приемки геодезических, топографических и картографических работ... |