О тахеометрической съемке и её оптимизации
Обзорные сведения
Тахеометрическая съемка является самым распространенным видом наземных топографических съемок, применяемых при инженерных изысканиях объектов строительства. Высокая производительность тахеометрических съемок обеспечивается тем, что все измерения, необходимые для определения пространственных координат характерных точек местности, выполняют комплексно с использованием одного геодезического прибора – теодолита-тахеометра. При этом положение снимаемой точки местности в плане определяют измерением полярных координат: измеряется горизонтальный угол между направлениями на одну из соседних точек съемочного обоснования и снимаемую точку и измеряют расстояние от точки нитяным дальномером или лазерным дальномером электронного тахеометра. Высотное положение точек определяют методом тригонометрического нивелирования. Важным достоинством тахеометрической съемки является то, что при высокой производительности полевых работ, существенную долю объема работ по подготовке топографических планов местности и цифровых моделей местности удается перенести в камеральные условия.
Мне в голову пришла идея модернизировать подход к классической съемке, тем самым сделать её более наглядной и рациональной.
О съемке на примере
Основными характеристиками любого изыскания является время и точность выполнения работ. Отсюда и вывод, над чем можно и нужно работать.
Ускорить процесс топографической съемки и повысить степень точности возможно путем частичного проведения камеральных работ непосредственно на объекте съемки при использовании сразу нескольких приборов: можно наглядно рассматривать результат работы, уточнять расположение объектов на плане, сравнивать уже ранее проведенные результаты съемки с составляемым планом, безошибочно выполнять цели работы с уточнением деталей и исправлением недочетов на месте.
Производить контроль и расчеты ведомостей можно с помощью систем автоматического проектирования (САПР), установленных на планшетный персональный компьютер (ППК). Использовать планшетный персональный компьютер актуально по причине его компактности и малого расхода заряда батареи, что обеспечивает продолжительное время автономной работы в полевых условиях. Так же ускорить процесс съемки позволяет использование одновременно нескольких приборов: двух и более тахеометров, тахеометра и нивелира в комбинации с RTK приемниками. Такой подход к топографической съемке удобен при съемках сложной пересеченной местности, когда целесообразно проводить одновременно съемку нескольких его частей. К таким объектам можно отнести линейные объекты различной конфигурации и величины.
В качестве примера можно рассмотреть проект магистрального газопровода. Для составления рабочих чертежей производят полевое трассирование трубопровода с измерением и закреплением углов поворота, разбивкой и нивелированием пикетажа, съемкой пересечений и переходов. Реперы размещают по трассе через 2-3 км вблизи больших углов поворота. Целесообразнее их устанавливать на продолжении стороны трассы на расстоянии 10-15 км от вершины угла. Все реперы в плановом положении привязывают к трассе. Саму трассу привязывают к геодезическим пунктам не реже, чем через 50 км. Для проектирования мест пересечения трубопроводом рек, оврагов, каналов, дорог дополнительно проводят подробную съемку этих мест в масштабе 1:500 или 1:1000. Одновременно с трассированием трубопровода производят изыскания и съемку площадок головных сооружений и промежуточных станций в масштабе 1:500. На основаниях полевого трассирования составляют план трассы трубопровода в масштабах 1:5000 и 1:10000, а так же продольный профиль трассы. Точная и детальная съемка, разбивка траншеи необходима для производства земляных работ, технология которых зависит от того, каким оборудованием будут выполняться эти работы, и целесообразна во избежание лишних экономических затрат при проведении земляных работ. [2, с.450-452]
К вопросу об оптимизации
На данном примере ясно видно, какое расстояние необходимо преодолевать съемочной бригаде в ходе съемки. А если овраг? А если тайга? А если овраг в тайге?
Такого рода изменения в способе съемки значительно упрощают работу, а именно есть возможность:
- уменьшить объемы работы по устранению ошибок и недочетов можно сразу на месте, наглядно рассмотрев ход работы на планшетном компьютере
- при необходимости сравнить результат с проведенной ранее съемкой.
- разделить территорию на части и работать одновременно с несколькими из них: с двух концов газопровода или с двух сторон оврага, реки, холма.
Схематично методику проведения работы можно изобразить следующим образом (рис.1):
Рис.1. Схематичное изображение методики проведения съемки
Геодезический прибор (тахеометр, нивелир) оснащается модулем беспроводной связи, с помощью которого будет осуществляться связь между прибором и ППК. Полученные данные записываются в память прибора и автоматически направляются на ППК для дальнейшей обработки. Порядковый номер и координаты точек записываются в журнал на ППК.
Загружаемые данные отображаются в виде:
- таблицы, которая включает подробную информацию по точкам, измерениям и результатам их обработки, уравнивания, а так же другую информацию;
- карты-плана, которая включает графическое отображение выполненных измерений;
- сеансов глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) наблюдений на точках, которые включают графическое отображение сеансов наблюдений с указанием информации по каждому наблюдаемому спутнику;
- САПР, которая включает отображение координатной сетки, настройки картографической подложки и выбора подписей для точек;
Для работы на ППК не выгодно использовать энергозатратные модули преобразования и обработки данных. Ломаные линии, образованные соединением снятых точек, преобразуются в ряд Фурье с помощью sFFT (Sparse Fast Fourier Transform), который при выполнении некоторых задач может быть в десятки или сотни раз быстрее классического быстрого преобразования Фурье (БПФ). Такой подход позволяет качественно и экономно использовать ресурсы ППК, соблюдая точность при построении цифровой модели местности. [3]
В качестве программного обеспечения можно использовать свободную кроссплатформенную геоинформационную систему Quantum GIS. Использование именно этой платформы обусловлено её доступностью, большим количеством функций, инструментами GPS для импорта и экспорта данных в формате GPX и тем, что QGIS может быть адаптирован к особым потребностям с помощью расширяемой архитектуры модулей: QGIS предоставляет библиотеки, которые могут использоваться для создания модулей, в том числе, модуля непрерывной передачи данных с геодезического прибора на ППК. Создание отдельных приложений осуществляется на языках программирования C++ или Python. На данный момент существует версия QGIS 1.7.4, доступная на операционных системах Windows SE, Linux и UNIX. [4]
Важным вопросом является метод взаимодействия и способ обеспечения совместной работы ППК и нескольких геодезических приборов, обеспечение их взаимодействия. Для трансляции данных с геодезического прибора на ППК можно использовать Python-микроконтроллер pyMCU v1.0. Использование микроконтроллера, использующего язык программирования Python, упрощает задачу синхронизирования выбранного программного обеспечения и геодезического прибора. Микроконтроллер pyMCU содержит микрочип PIC 16F1939, имеющий 13 цифровых пинов ввода-вывода, 6 аналоговых, 5 10-битных ШИМ пинов, и 16-контактный LCD интерфейс. Интерфейс USB использует стандартный USB FTDI на чипе UART FT232R. Драйверы и модуль Python доступны для Windows, OSX и Linux. [5]
Результат съемки фиксируется и корректируется в журнале (таблице) на ППК с расчетом поправок, оператор своевременно вносит коррективы в работу съемочной бригады и оформляет работу в соответствии с необходимыми требованиями. По окончании работы составляется отчет, готовый план (карта), записанный в определенном формате, в электронном виде передается заказчику и направляется в фонд. Данная методика ускоряет процесс топографической съемки, снижает стоимость прибора, позволяет одновременно использовать сразу несколько приборов в процессе съемки местности, безошибочно выполнять большой объем работы в сравнительно короткие сроки, позволяет одновременно выполнять несколько задач (нивелирование и съемка местности), повышает мобильность съемочной бригады и качество съемки, предоставляет возможность удобного ведения учета земель и обновления информации об угодьях и земельных участках.
Заключение
В данной статье я в общих чертах постарался описать новый подход к проведению съемки местности. Разумеется, что каждая глава требует детального разбора, поэтому не буду останавливаться на достигнутом, будет продолжение.
Библиографический список:
- Инженерная геодезия: Учебник/ Г.А. Федотов. – 4-е изд., стер., — М.: Высш. шк., 2007. – 463 с.: ил.
- Инженерная геодезия: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ [Е.Б. Клюшин, М.И. Киселев, Д.Ш. Михелев, В.Д. Фельдман]; под ред. Д.Ш.
- [Электронный ресурс]: Sparse Fast Fourier Transform. – Режим доступа: www.fftw.org/
- [Электронный ресурс]: Quantum GIS. – Режим доступа: gis-lab.info/docs/qgis/user_guide/qgis-1.7.0_user_guide_ru.pdf
- [Электронный ресурс]: pyMCU. – Режим доступа: www.pymcu.com/overview.html
Автор: ashchuk
