Исследование учёных Пермского Политеха поможет в создании 3D моделей рельефа

Как известно, подготовка проектной документации, строительство и реконструкция любых объектов не могут быть выполнены без комплекса инженерных изысканий, в которые также входит съёмка рельефа местности. В настоящее время технология наземного лазерного сканирования находит все большее применение в различных сферах, например, при строительстве и реконструкции промышленных объектов нефтедобычи, так как с помощью этого можно получить пространственные данные, полно и точно описывающие рельеф, ситуацию местности, взаимное расположение частей зданий и сооружений. Кроме того, лазерное сканирование в несколько раз дешевле, быстрее обрабатывает данные, позволяет сократить время на выполнение съёмки большой территории. Однако при выполнении таких работ может быть получен избыточный массив данных. В Пермском Политехе провели исследование точности построения цифровой модели рельефа в зависимости от плотности наземного лазерного сканирования.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Геодезия и картография». Исследование выполнено при финансовой поддержке Программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Наземное лазерное сканирование работает при помощи сканера (лидара), который проводит непрерывное исследование поверхности Земли, а также расположенных рядом сооружений. Благодаря этому можно не только получить информацию о местности, но и проследить движение горных пород, что очень важно при разработке новых нефтегазовых месторождений. Далее на основе полученного облака точек создаётся трёхмерная цифровая модель рельефа при помощи специального ПО. Точность построения зависит от необходимого масштаба плана и угла наклона поверхности. При сканировании местности полученное облако избыточно, поэтому учёные Политеха предложили увеличить шаг сканирования, при котором сократится время обработки данных, и точность полученной цифровой модели будет соответствовать нормативным документам.

Наше исследование показало, что для построения цифровой модели, с описанием необходимой для геодезических изысканий точности деталей рельефа, можно выполнить сокращение плотности точек лазерных отражений на единицу площади, тем самым уменьшить трудоемкость и увеличить эффективность работы с моделью на всех этапах проектирования, - рассказывает доцент кафедры нефтегазовых технологий, кандидат технических наук Павел Илюшин.

Для эксперимента исследователи выбрали территорию промышленной площадки, для которой предварительно составили план масштаба 1:2000. Ход работы заключался в последовательном построении поверхности рельефа с изменением шага сканирования при помощи специального ПО. Для анализа построена цифровая модель рельефа, принятая за эталонную, с шагом сканирования 0,3 метра. Для проведения анализа использовано шесть поверхностей, построенных с различным шагом сканирования.

Результаты показали, что увеличение шага прямо пропорционально влияет на точность построения. Для создания цифровой модели с погрешностью не более 16,6 сантиметров можно использовать данные лазерного сканирования с ходом не более 2 метров, при 2,5 м точность начинает теряться. Это связано с тем, что при исследовании с большим интервалом характерные точки рельефа, которые получает сканер, пропускаются, из-за чего построенная модель искажается и не соответствует действительности.

Исследование учёных показывает, что для построения цифровой модели рельефа по данным наземного лазерного сканирования оптимальный шаг находится в диапазоне от 0,3 до 2 метров. Такой интервал будет отображать ситуацию поверхности с точностью не ниже 14 см, что удовлетворяет построению рельефа для масштаба 1:2000. Результаты проведённого эксперимента в будущем помогут сократить время и ресурсы при изучении местности, при планировании таких крупных строительных объектов, как жилые комплексы, автомобильные дороги, мосты, туннели, а также промышленные площадки.