Съемка дорожного полотна

Однажды, в не совсем пасмурный день, когда дождь еще не начался, а солнце еще не зашло за горизонт, специалисты по лазерному сканированию, наконец, вышли из офиса поразмять свои косточки, попрактиковаться и немного поснимать. День был хорош во всех отношениях — было почти тепло и сухо. Было около 5 градусов тепла, временами накрапывал дождик со снегом. Одно лишь могло помешать осуществить задуманное — это большое скопление машин... Но, обо всем по порядку.

Цель, которую мы выбрали, на сей раз была самая, что ни на есть насущная — отсканировать дорогу, по которой безостановочно идут машины. Место для отработки технологии: съезд с Садового кольца в районе Высокояузского моста на набережную реки Яуза в сторону Костомаровского моста (в противоположную сторону от Москвы-реки). Время суток между тремя и шестью часов вечера. Кто ездит по Москве может себе представить приблизительное количество машин, для всех остальных мы приведем фотографии, сделанные в процессе съемки. В процессе работы из-за проезжающих машин несколько раз приходилось переснимать визирные марки (они служат для связи сканов в единое геометрическое пространство). В остальном сканер показал себя с самой лучшей стороны. Скорость съемки 1000 точек в секунду позволяет снимать постоянно, без остановки транспорта. Конечно, после съемки получается очень много «мусора» от проезжающих машин и проходящих мимо пешеходов. Слава Богу, что никто из пешеходов и водителей ни разу не затормозил у сканера, чтобы посмотреть, что же там такое у него внутри. Ну, знаете, когда проходящие пешеходы специально заглядывают в камеру к телевизионщикам, которым срочно нужно отснять очередной сюжет на улице. Один раз даже сам наш директор прокатил мимо на своем авто, но этот факт, к сожалению, не был зафиксирован мною, так как я сидел в теплой машине, и не обращал внимание ни на что, кроме компьютера, который фиксировал каждую точку. Общее время, проведенное на улице, составило 5 часов. Мы еще раз вышли для досъемки оставшейся проезжей части и даже начали снимать под мостом. Всего было отснято более 200м дороги. Надо оговориться, что еще один наш сотрудник выходил в первый раз на «большую» дорогу. Его задачей было расставить визирные марки и подснять их с помощью тахеометра. Затем, результаты съемки с помощью тахеометра были занесены в компьютер для совместного уравнивания со сканами. Результат уравнивания превзошел все наши ожидания. За исключением трех точек остальные 15 были уравнены с максимальной погрешностью 5мм.

Помимо визирных марок при уравнивании было использована технология совместного уравнивания двух пересекающихся сканов. Это очень удобная функция, когда у вас нет под рукой тахеометра или невозможно установить марки вблизи от объекта съемки. Вы просто указываете на соседних сканах общие точки и программа уравнивает два скана по вырезанному из общего скана куску рядомстоящих точек. Эта функция сродни той, что используется в фотограмметрии. Только там берутся куски снимков, а здесь выбирается часть точек из окружения. Вы можете даже управлять процессом взаимного уравнивания. Для этого необходимо указать какое максимальное расстояние от выбранной точки необходимо для обработки и какой процент точек может быть выбран для общего уравнивания. Как правило, для характерных точек выбираются точки, имеющие ярко выраженные геометрические характеристики. Это край квадратного плаката, столб на дороге, угол парапета и т.д. Желательно выбрать на обоих сканах точки максимально близкие. Программа уравнивания сразу же проверяет все выбранные точки и предварительно помечает те из них, в которых она сомневается. Скорее всего, это сомнение происходит из условий геометрии расположения этих точек. Затем с помощью функции уравнивания программа отбирает рядом стоящие точки вокруг выбранных. Отбор происходит по максимальному расстоянию и очень хитрой функции отбора «нужных» точек. Если первый параметр мы задаем явно, то со вторым у меня есть только догадки.

Cyclone - это очень интеллектуальная программа. Как бывший программист могу заверить вас, что встроенный алгоритм отбора поражает всякое воображение. Можете ли вы себе представить, как программа может за несколько секунд отобразить съемку общим объемом несколько десятков миллионов точек? При этом, во время проецирования всех точек на экран компьютера, вы можете передвигать изображение и поворачивать его. Изображение как бы постепенно возникает, проявляясь на дисплее. Сначала появляются только самые необходимые точки, в которых без труда угадываются общие контуры. Затем, через несколько секунд, программа выводит все точки, необходимые для заполнения экрана. При этом, те точки которые сливаются в одну не выводятся, а подгружаются при увеличении изображения. Также обстоит дело и с теми точками, которые не участвуют в текущем экране. Тот, кто хоть раз занимался программированием, поймет мое восхищение.

Наверное, в функции отбора «нужных» точек при уравнивании используется тот же самый алгоритм, что и при визуализации. После совместного уравнивания двух сканов образуется новая единица уравнивания под названием «cloud/mesh». Она является такой же, как и отдельное измерение на визирную марку, только со стороны оператора она внушает большее доверие, чем все остальные измерения, так как можно визуально проверить все места сопряжения двух сканов визуально. После того как произведены все действия по взаимному уравниванию между двумя отдельными сканами и идентифицированы все визирные марки по их номерам, производится общее уравнивание. Кстати, при вводе разных сканов в программу уравнивания Register, предварительно определяется геометрия всех визирных марок, снятых на разных сканах. Программа при вводе оценивает «правильность» координат всех визирных марок. Если существует какое-либо расхождение по расстояниям между отдельными визирными марками, то будет выведено сообщение об ошибке. Это очень удобная функция для тех случаев, когда перепутаны номера во время съемки или возникла какая-либо другая путаница. Хорошая программа уравнивания — это залог общего успеха в дальнейшей обработке.

Средняя абсолютная ошибка составила 2мм. Кто-то может сказать, а зачем стрелять из пушки по воробьям – для дороги достаточно иметь и один см. Могу возразить, если этот сантиметр есть в уравнивании, то возможно получить и 10см при окончательных результатах, а это уже недопустимо! Мы уже имели печальный опыт, когда пытались показать одной оч-ч-чень важной фирме возможности нашего оборудования.

Наша ошибка была в том, что мы доверили съемку визирных марок самой фирме. А она по привычке снимала так, как они обычно снимают при 500-м масштабе. То есть, неважно, как наводиться на дерево, главное, чтобы оно было на плане с точностью до 10см. Также они снимали и наши визирные марки. И другой просчет был в том, что мы сами сделали весьма разреженную съемку с плотностью что-то более 15см между точками. В результате, то, что не заметно на обычном геодезическом плане, снятом с помощью тахеометров, вылезло с предательской явностью наружу, когда мы попытались все уравнять. Как бы я ни напрягал программу и ни пытался применить различные методики, у меня все равно получалось, что сканы расходились в безбрежное пространство под разными углами. Уравнивание нашего последнего сканирования заняло гораздо меньше времени, чем написание этого отчета. Еще меньше у меня отняла задача очистки от «мусора» — проезжавших машин и проходящих пешеходов. Наиболее наглядно весь процесс обработки можно посмотреть на экранных копиях работы программ.

Первый рисунок - так выглядят сканы со всеми точками после уравнивания. В правом нижнем углу даже можно увидеть часть точек, отразившихся от троллейбуса.

Второй - очищенные от «мусора» сканы. Очищение производилось с помощью функции определения сглаженной поверхности. В ней есть несколько параметров, которые и отбирают только определенные точки, удовлетворяющие таким условиям: толщина - параметр допустимого шума, угол возвышения — параметр определяющих максимальный угол между средней текущей плоскостью и соседними точками, расстояние между соседними точками — величина, ограничивающая построение поверхности, размер общей площади. Мы получили очень хорошие результаты при следующих параметрах: 12мм - толщина, 5° - угол возвышения, 1,5 - 2 м - расстояние между соседними точками и без ограничения по размеру общей площади. Могу сразу же успокоить заинтересовавшихся - все «отбракованные» точки никуда не удаляются. Во-первых, их можно поместить в другие слои, также как в AutoCAD отдельные элементы. Во-вторых, даже если вы захотите их удалить из текущего рабочего пространства, которое называется modelspace, то вы всегда можете создать новый modelspace, где автоматически будут собраны все точки из всех сканов. Можно еще воспользоваться функцией передачи выделенных точек в новый modelspace. Тем самым, вы имеете возможность разделять рабочие пространства по вашему усмотрению для разных задач. В заключение можно сказать, что таких действий вы можете производить над проектом необыкновенное множество раз - количество modelspace неограниченно.

Третий и четвертый рисунки - результат построения профилей по дороге. Это тоже одна из встроенных функций. Она позволяет по нескольким параметрам быстро построить все профили. В эти параметры включены точка начала и точка конца профиля, расстояние между отдельными профилями, расстояние слева от осевой линии, также справа, вверх и вниз, и толщина выделения для построения аппроксимирующей линии. В завершение настройки функции построения профилей вы можете указать - что вам нужно. Это либо построить аппроксимирующие линии, либо вырезать все точки, попадающие в заданный диапазон, либо и то и другое.

На пятом рисунке показано, что после создания всех профилей их можно выводить все по отдельности в плоскости, перпендикулярной оси дороги. Функция просмотра профилей также проста, как и вьювер для рисунков в стандартном приложении Windows. Надо ли после этого говорить, что все построения или выделенные точки можно конвертировать в dxf или напрямую загрузить в AutoCAD или MicroStation с помощью встраимового модуля CloudWorx?

Наконец, невозможно пройти мимо технических характеристик сканера HDS2500. На последнем рисунке очень отчетливо видно местоположение квадратного колодца, линии разделения укладки асфальта и даже можно разобрать границы маркировки пешеходного перехода. Если бы стояла задача определения всех просадок дороги, то это можно было бы сделать в самые кратчайшие сроки.

Хотелось бы отметить отдельно, что, в принципе, мы рассмотрели здесь только часть возможностей обработки материала. По тому же материалу можно измерять провисание проводов, делать съемку дорожно-транспортного происшествия, наконец, просто делать топографическую съемку вплоть до масштаба 1:100 и многое другое.

Данная страница опубликована по материалам научно-технического перевода брошюры, размещенной на сайте производителя. Перевод выполнен сотрудником ООО “Фирмы Г.Ф.К.” и является ее собственностью. При использовании данных материалов сторонними лицами и организациями, ссылка на сайт обязательна.

Если у Вас возникли вопросы или Вы нуждаетесь в дополнительной информации,
МЫ ВСЕГДА ГОТОВЫ ПРОКОНСУЛЬТИРОВАТЬ ВАС