Автоматизация работы топографо-геодезических служб предприятия с использованием геоинформационных систем

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ТОПОГРАФО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СЛУЖБ ПРЕДПРИЯТИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ Трудно представить современное выполнение топографо-геодезических работ без новых высокоточных измерительных приборов. Их использование позволяет выполнять съемочные работы больших территорий за один выезд и накопить всю исходную съемочную информацию в одном информационном массиве.

Понятно, что обработка этих данных вручную достаточно трудоемка. Поэтому для подобных работ, а также сложных математических расчетов, возникающих в процессе выполнения камеральной обработки данных топографо-геодезических съемок, используются современные геоинформационные системы. ГИС K-MINE содержит модуль топографо-геодезического обеспечения, который применяется для автоматизации работы топографо-геодезических служб различных предприятий.

Модуль содержит набор функций, которые позволяют автоматизировать весь комплекс камеральных работ. Все функции модуля можно разбить на несколько групп: формирование первичной топографической основы на основе растровых изображений (калибровка растров, привязка, совместное использование растрово-векторных подложек); формирование опорного обоснования, его пополнение и уравнивание; обработка данных топографических съемок; автоматизация измерений (угловые и линейные), расчет объемов и площадей; решение позиционных

геометрических задач; пополнение информации на картах и планах; формирование и ведение специальной регламентированной и дополнительной отчетной документации. К преимуществам использования модуля можно отнести не только поддержку большого числа измерительных приборов, в том числе и с GPS, но и возможность получения служебной информации с приборов, которая может быть использована для автоматизации построений объектов (коды пикетов, длинные съемки, работа непосредственно в поле).

Работа с модулем топографо-геодезического обеспечения возможна как в локальном, так и в многопользовательском режимах. Последний – характеризуется использованием единой базы съемок для всех исполнителей с поддержкой удаленного доступа к базе. Съемки (тахеометрия, теодолитные хода и нивелировка), точки, опорные пункты, исполнители, инструменты заносятся в единую базу данных, и могут быть использованы всеми пользователями системы. Это позволяет исключить дублирование информации, обеспечить взаимозаменяемость исполнителей

при работе на разных участках объектов съемки, упростить процедуры поиска съемок, администрирования системы. Кроме того, использование единого информационного массива повышает контроль исполнительской дисциплины при производстве топографо-геодезических работ на предприятии. Повседневная работа геодезиста-топографа связана с выполнением съемочных работ в поле. При этом объект съемки (территория) может быть значительно удалена от офисного центра, где размещаются

рабочие станции с установленным ПО. Специалистами КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ был разработан комплекс мероприятий, позволяющий выполнять обработку данных топографических измерений непосредственно в поле. Их использование полностью не заменяет камеральных работ в отделе, однако, позволяет значительно ускорить процесс предварительной обработки данных, и избежать в ряде случаев дополнительных выездов в поле. Методика была опробована в отделе геодезических изысканий

Украинского научного исследовательского проектно-изыскательского института промышленной технологии и показала себя с лучшей стороны. Ее использование позволило упростить работу топографов и повысить качество выполняемых ими работ. В основу методики положено использование мобильных ПК (типа ноутбук) совместно с электронными измерительными инструментами. Съемка в виде обменного файла сразу же попадает из прибора в компьютер по кабелю или беспроводному

соединению (Bluetooth), где обрабатывается и может быть визуализирована в среде K-MINE. Визуальный контроль за параметрами съемки позволяет оперативно вносить коррективы в дальнейшую работу в поле, полностью исключить варианты пропуска или дублирования объектов съемки (рис.1)[1]. В конечном счете, это приводит к сокращению общего времени пребывания в поле. В случае возникновения спорных вопросов, информация о съемках может быть сразу же передана в офисный

центр с использованием технологии GPRS. В качестве объектов съемки могут выступать различные объекты: контуры полей, оси и обочины дорог, лесополосы и насаждения, отметки площадок или фундаментов строящихся зданий, места расстановки оборудования, опоры ЛЭП и прочие объекты. Рис. 1 – Вариант пропуска объектов между двумя смежными съемками С помощью процедуры засечки (прямой, обратной, боковой) по сети опорных пунктов определяются координаты

точки стояния. Если пунктов обоснования недостаточно, то к точке стояния от известного тригопункта прокладывается теодолитный ход (замкнутый, разомкнутый или висячий). Далее с этой точки выполняется тахеометрическая съемка объектов. Одна съемка может содержать несколько тысяч подобных измерений. Все данные съемок записываются в память прибора, а в случае работы с оптико-механическими измерительными

приборами в полевой журнал. Описываемый компьютерный модуль поддерживает большинство популярных форматов измерительных инструментов, список которых постоянно дополняется разработчиками. Характерными и важными для топографо-геодезических работ являются задачи уравнивания. Модуль топографо-геодезических работ в K-MINE позволяет выполнять уравнивание нивелирных ходов и ходов полигонометрии разных видов как с одной, так и с несколькими узловыми точками.

Так же в состав включены задачи проектирования сетей триангуляции разных классов и разрядов (рис. 2) [1]. Рис. 2 – Проектирования сетей триангуляции и нивелирных сетей разных классов В настоящее время для топографо-геодезических съемок все чаще используются измерительные приборы с GPS. Для того чтобы выполнить съемку, произвести ее камеральную обработку и вынести данные в цифровую модель, геодезисту-топографу необходимо затратить 10-15 минут.

Использование RТK-режима (без постобработки, с возможностью получения координат планово-высотного положения непосредственно в момент съемки) еще более ускоряет этот процесс. Применение подобного оборудования (рис. 3) [1] позволяет отказаться от использования традиционного топографо-геодезического оборудования, выполнять все измерения без горнорабочего, свести к минимуму вероятность возникновения ошибок, вызванных погодными условиями и субъективными факторами.

Рис. 3 – Структура построения системы топографо-геодезического обеспечения на базе ГИС K-MINE с применением GPS оборудования Для ввода данных с измерительных приборов в систему могут использоваться различные способы: дистанционные беспроводные – радиоканалы УКВ, GSM, GPRS, Bluetooth; проводные – через порт компьютера RS-232; ручной ввод. Постобработка данных съемки традиционным способом начинается с определения координат

точки стояния. Для этого в системе используются всевозможные засечки (прямая, боковая, обратная). Система автоматически отбраковывает варианты с недопустимыми погрешностями или грубыми ошибками. Координаты точки заносятся в базу опорного обоснования. По результатам расчета оформляется отчет, который можно экспортировать в форматы популярного ПО (MS Word, Excel, PDF, XML) и автоматически подключить к базе съемок (рис.4) [1].

Рис.4 – Расчет координат точки методом обратной засечки. Следующим шагом работы является обработка данных тахеометрической съемки. При выполнении съемок с помощью электронных тахеометров, для каждой измеренной точки вводятся идентификаторы, которые могут быть классифицированы системой. Их использование значительно ускоряет процесс группировки данных и построения съемок. В одной съемке можно рассчитать координаты пикетов разнотипных графических

объектов топографической съемки (контуры зданий, дороги, трубопроводы, линии обваловок, отметки по площади, оси и обочины автомобильных и железных дорог, опоры и другие), выполнить их группировку и, при необходимости, изменить порядок соединения точек. Координаты точек рассчитываются автоматически по мере ввода данных или экспортируются напрямую с прибора (рис. 5) [1]. В одной съемке можно выполнять расчет координат, как с опорной, так и с переходной точек.

Рис. 5 – Общий интерфейс задачи тахеометрической съемки. Рассчитанные пикетные точки могут быть занесены в таблицу опорных точек и использованы при дальнейшей работе для любой задачи модуля. Все съемочные данные могут быть напрямую переданы в графический редактор ГИС K-MINE, где выполняется дальнейшая обработка графики (рис. 6) [1]. Рис. 6 – Построение съемки в графический редактор

ГИС и совмещение с хранимой картой местности. При этом нет необходимости использовать обменные файлы, данные съемки отстраиваются в модель согласно настройкам, в которых заранее указаны необходимые свойства объектов. Кроме линейно-угловых сетей, программа позволяет работать с нивелирными сетями (техническое и тригонометрическое нивелирование), решать прямые и обратные геодезические задачи при выносе данных в натуру, выполнять расчет и построение съемок комбинированным способом.

Немаловажным фактором, повышающим качество выполнения топографо-геодезических работ, является возможность быстрого поиска по базе данных съемок любого объекта с координатами. То есть, для любой пикетной точки, которая была отстроена в графическом редакторе и внесена в модель, можно проверить дату выполнения топографической съемки и узнать исполнителя. В блок измерений входят любые линейные и угловые измерения в плоскости и в пространстве, измерения

площадей фигур, ограниченных контуром или произвольным числом линий, измерение длин кривых линий, радиусов закруглений и многое другое. Специалисты геодезической службы регулярно сталкиваются с решением всевозможных позиционных геометрических задач. Многие из них требуют от пользователя специальных знаний, развитого пространственного мышления и могут быть достаточно трудоемкими. К тому же, даже незначительная ошибка в расчетах и построениях может привести к значительным затратам

на ликвидацию ее последствий. К таким задачам относятся: построение совмещенных топографо-геодезических разрезов для нескольких положений рельефа, в том числе по нескольким профильным линиям; построение профилей линейных объектов, например коммуникаций, дорог на склонах при пересеченном рельефе; оконтуривание объектов; оформление чертежей бергштрихами разного типа и многие другие. Дополнительные функции модуля: связывание в группу объектов, съемка которых выполнялась с нескольких

точек; упорядочивание и автоматическая нумерация опор в снимаемой эстакаде; пересчет высоты опор по рельефу площадки; сравнение фактического планового и высотного положения опор с проектом (в том числе и для специальных работ), вынесение данных проектирования линий электропередач или других коммуникаций в натуру при выполнении разбивочных работ, построение изогипс для любого числового параметра и многие другие. Результаты расчетов и графических построений могут быть выведены на печатающее устройство и

экспортированы в форматы популярного ПО (MS Word, Excel, PDF, XML). И, конечно же, одной из главных задач топографо-геодезической служб предприятия является формирование графической документации, карт и планов. Данные топографо-геодезических съемок являются первоосновой для формирования будущей карты. До сих пор большинство карт, планов и прочих картографических данных на предприятиях находятся в виде

лавсанов, калек, бумажных планшетов и прочее. Причем, зачастую, их состояние довольно плачевное. Все это следствие постоянного их ручного пополнения, копирования, складывания и сворачивания в другие форматы. К примеру для того чтобы сложить в папку формата А-4 лист А-0 формата необходимо сделать несколько перегибов листа. При этом происходит деформирование бумаги в местах сгиба.

При частом сворачивании и разворачивании также повреждается рабочая поверхность карты, вплоть до разрывов, делая её трудночитаемой. Все это приводит к необходимости работы перевода бумажного носителя в электронный вид. Использование электронных карт сведет к минимуму вероятность повреждения бумажного носителя во время черновой работы с ним, а также позволит устранить все сопутствующие ему дефекты. Именно поэтому K-MINE содержит специальный набор процедур для калибровки и векторизации растровых изображений,

а также совместной работы с растровыми и векторными изображениями (рис. 7)[1]. . Рис. 7 – Совместное использование растровой и векторной информации Таким образом, модуль топографо-геодезического обеспечения в составе ГИС K-MINE представляет собой универсальный инструмент, способный решать широкий круг задач. С его помощью можно автоматизировать пространственно-геометрические расчеты, организовать ведение технической

и графической документации. Использование модуля повышает точность расчетов, сокращает в несколько раз временные и материальные затраты на выполнение базовых операций по съемке и обработке данных. Многопользовательский режим работы обеспечивает повышение точности и надежности информации за счет авторизированного доступа к данным, позволяет организовать работу всех специалистов предприятия в едином информационном пространстве, ускорить процессы выполнения технологических задач при построение топопланов

и создании электронных карт. Эффективность работы модуля подтверждена практическим опытом использования системы на многих предприятиях Украины, стран ближнего и дальнего Зарубежья. Основными направлениями дальнейшего расширения функциональности модуля топографо-геодезического обеспечения, является разработка математического аппарата обработки данных при работах связанных с высокоточными геодезическими измерениями способами их уравнивания и оценки точности полученных вычислений.

Литература: 1. Автоматизация горных работ c ГИС K-MINE. – Режим доступа : URL : http://kai.com.ua. – Название с экрана.