Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций

ВАК РФ 25.00.35, Геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций"

□□3489221 На правах рукописи

КАНАШИН НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАЗЕМНОЙ СКАНЕРНОЙ СЪЕМКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЙ

Специальность: 25.00.35 - Геоинформатика

Авторе ф ср а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2009

17 ден да

003489221

Работа выполнена в государственных образовательных учреждениях высшего профессионального образования Петербургском государственном университете путей сообщения и Московском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор

Коугия Вилио-Ристо Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Масленников Александр Сергеевич

кандидат технических наук

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф.Н. Красовского (ЦНИИГАиК)

Защита диссертации состоится 24 декабря 2009 г. в 13 ч на заседании диссертационного совета Д 218.005.11 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, Москва, ул. Образцова, дом 9, стр. 9, ауд. № 1235.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан 24 ноября 2009 г.

Духин Степан Владимирович

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета д.т.н., профессор

Ю.А. Быков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования: Интенсивное совершенствование компьютерной техники, интернет-технологий и других технических средств, связанных со сбором, обработкой, хранением и передачей информации способствует развитию геоинформатики и широкому внедрению геоинформационных систем (ГИС) во все сферы человеческой деятельности, в том числе и на железнодорожном транспорте.

Основной целью ГИС железнодорожного транспорта является обеспечение комплексной пространственно-координированной информацией (геоинформацией) всех сфер его деятельности для решения задач проектирования, эксплуатации, инвентаризации и управления.

При создании ГИС и периодическом обновлении геоинформации порядка 70% затрат средств и времени связано со сбором геоданных, основным источником получения которых являются топографические съемки местности.

Одной из перспективных технологий сбора геоданных, позволяющих существенно сократить затраты труда и времени, а также повысить информативность получаемой геоинформации при выполнении таких съемок является лазерное сканирование.

Развитию технологии лазерного сканирования способствовали труды многих ученых, таких как Данилин И.М., Журкин И .Г., Кар-пик А.П., Медведев Е.А., Мельников С.Р., Науменко А.И., Середо-вич В.А. Чибуничев А.Г. и др.

Существенный вклад в развитие методов обеспечения ГИС железнодорожного транспорта геоинформацией внесли известные специалисты в области геоинформатики и геодезии: Берлянт A.M., Глушков В.В., Коугия В.А., Круглов В.М., Маркузе Ю.И., Масленников A.C., Матвеев С.И., Машимов М.М., Ниязгулов У.Д., Тикунов B.C., Цветков В .Я., Щербаков В.В. и др.

Однако задача разработки технологий сбора и обработки геоданных на железнодорожном транспорте все еще актуальна. В частности, съемка железнодорожных станций является трудоемкой задачей, что обусловлено наличием на станциях значительного количества объектов инфраструктуры, инженерно-технических сооруже-

ний и устройств. Часто оперативное выполнение съемки железнодорожных станций требует использования нескольких полевых бригад и связано с существенными затратами времени и средств. Ускорению и снижению трудоемкости таких съемок, а также повышению информативности получаемой при этом геоинформации могло бы послужить применение сканерной съемки. Однако технология ска-нерной съемки железнодорожных станций на сегодняшний день не разработана.

Цель диссертационной работы. Разработка технологии съемки железнодорожных станций с использованием наземных лазерных сканеров.

Идея работы. Применение на железнодорожных станциях наземной сканерной съемки для сокращения затрат труда и времени на сбор геоинформации с одновременным повышением ее информативности.

Основные задачи исследований:

- анализ требований нормативных документов к точности выполнения съемок железнодорожных станций;

- исследование возможности применения наземных лазерных сканеров для съемки железнодорожных станций;

- исследование особенностей выполнения сканерной съемки на железнодорожных станциях;

- разработка технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций;

- разработка алгоритмов предрасчета точности и уравнивания геодезических сетей, построенных сканерными измерениями.

Объектом исследования являются железнодорожные станции.

Предметом исследования является технология съемки железнодорожных станций с применением наземных лазерных сканеров.

Методы исследований. Теоретические методы: методы математической статистики, метод наименьших квадратов, градиентный метод, теория ошибок измерений. Экспериментальные методы: анализ данных экспериментальной сканерной съемки железнодорожной станции, модельные исследования.

Научные положения, выносимые на защиту:

- технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети;

- предрасчет точности вытянутого сканерного хода;

- способы уравнивания сканерных сетей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана технология построения сканерной сети в условиях железнодорожной станции;

- разработана технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети;

- разработан метод предрасчета точности вытянутого сканерного хода;

- разработан способ уравнивания сканерной сети градиентным методом;

- на основе градиентного метода разработан алгоритм вычисления элементов взаимосвязи между трехмерными системами координат;

- разработан способ уравнивания сканерной сети с предварительным вычислением углов и расстояний.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы проектно-изыскательскими институтами и подразделениями железных дорог, выполняющими топографические съемки железнодорожных станций, а также положены в основу программного обеспечения ГИС, обеспечивающего математическую обработку сканерных измерений.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается согласованностью полученных теоретических и практических результатов, их внедрением в производственную деятельность ФГУП "Аэрогеодезия" и ООО "НПП "Бента", что подтверждено актами о внедрении.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (ПГУПС, апрель 2007 г.), IX научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" (Москва, октябрь 2008 г.), международной научно-технической конференции "Геодезия, картография и геоинформационные системы" (Новополоцк, декабрь

2008 г.) и на заседаниях кафедр "Инженерная геодезия" ПГУПС и "Геодезия, геоинформатика и навигация" МГУПС (МИИТ).

Личный вклад автора заключается в проведении анализа современных видов топографических съемок железнодорожных станций и требований нормативных документов к точности, их выполнения, разработке технологии создания сканерной сети в условиях железнодорожной станции, разработке технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети, разработке метода предрасчета точности и способов уравнивания геодезических сетей, построенных сканерными измерениями, и выполнении анализа полученных результатов.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 7 публикациях, три из которых в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение, заключение, библиографический список из 87 наименований и 5 приложений. В работе 23 рисунка и 19 таблиц.

В первой главе выполнен анализ современных методов съемок железнодорожных станций и требований нормативных документов к точности их выполнения. Приведены общие сведения о сканерной съемке и выполнен анализ возможностей ее применения для съемок железнодорожных станций.

Вторая глава описывает разработку способов уравнивания ска-нерных сетей.

Третья глава посвящена разработке технологии сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований по разработке технологии сканерной съемки железнодорожных станций и уравниванию сканерных сетей.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети.

Разработанная технология съемки включает подготовительный этап, полевые и камеральные работы.

Подготовительный этап включает проектирование работ и рекогносцировку объекта съемки. При проектировании работ уточня-

ют вид и требования к конечному продукту результатов съемки. Выбирают масштаб съемки и ее точность, систему координат и высот, в которой ее будут выполнять, осуществляют сбор информации о наличии пунктов государственной геодезической сети, выбирают съемочное оборудование. Исходя из предложенной формулы вычисления погрешности положения точки объекта сканерной съемки, для съемки станций рекомендованы конкретные модели сканеров.

При рекогносцировке выбирают места расположения пунктов съемочной сети, составляют схему путевого развития станции, где указывают места смены шпал и рельсов, наличие изолирующих стыков. Последовательность съемки путей согласовывают с начальником станции. Составляют схему и выполняют предрасчет точности съемочной сети. Анализ нормативных документов показал необходимость определения координат пунктов съемочной сети с погрешностями их взаимного положения, не превышающими 5 мм.

В ходе полевых работ создают съемочную сеть и выполняют сканерную съемку. Съемочную сеть предложено создавать как двухуровневую. Сеть первого уровня представляет собой разреженный каркас съемочной сети, пункты которой предлагается располагать в горловинах станции и в середине станционного парка. При наличии прямой видимости между пунктами сеть предложено создавать как линейно-угловую, при отсутствии видимости - прокладывать ходы полигонометрии или выполнять спутниковые определения. В дальнейшем пункты съемочной сети первого уровня служат исходными для сгущения съемочной сети по результатам ска-нерных измерений в ходе съемки местности.

Съемку станционных парков предложено выполнять, прокладывая вдоль путей между горловинами станции сканерные ходы, где геодезическими измерениями определяют координаты только расположенных на концах крайних облаков точек (для краткости назовем их опорными точками). Для вычисления остальных общих для смежных облаков (связующих) точек выполняют уравнивание ска-нерных измерений.

При сканерной съемке железнодорожной станции разные пути из-за их занятости подвижным составом снимают в разное время,

получая несколько сканерных ходов, которые с помощью общих связующих точек предлагается объединять в единую сеть (рис. 1).

В ходе построения сканерной сети возникает возможность сокращения числа точек, координаты которых необходимо определять геодезическими измерениями. При этом увеличивается избыточность измерений, благодаря чему повышается точность определения координат пунктов сети по результатам уравнивания.

Рис. 1. Схема сканерной сети: — - железнодорожные пути; А - опорные точки; ■ - связующие точки; # - точки установки сканера для съемки; вх - входная горловина станции; вых - выходная горловина станции.

Сканерную съемку дополняют традиционными геодезическими измерениями, выполняемыми в местах, которые не попадают в поле зрения сканера. При необходимости и наличии на станции освещения съемку предложено выполнять ночью, когда движение поездов менее интенсивно. В качестве опорных и связующих точек используют сканерные марки, которые предложено закреплять на опорах контактной сети, светофорах и других станционных сооружениях. На места смены шпал, рельсов, изолирующие стыки, начала остряков и хвосты крестовин стрелочных переводов предложено устанавливать щитки или сканерные марки, которые четко отображаются в облаках точек.

Сканерную съемку участков станции, не входящих в станционные парки предложено выполнять, прокладывая разомкнутые сканерные ходы. Для съемки всей полосы отвода при расположении путей на насыпи ход прокладывают по ее бровке.

При камеральной обработке выполняют уравнивание выполненных измерений. Облака точек с использованием стандартного программного обеспечения объединяют в единую модель. Цифровая

точечная модель станции в сочетании с семантическими данными содержит всю полноту собранной при съемке геоинформации, с помощью которой в зависимости от решаемых задач составляют цифровой топографический план или цифровую векторную модель. Точечная модель позволяет получать в последующем геометрические характеристики и габариты станционных сооружений на любом этапе проектирования или эксплуатации без необходимости повторной съемки. Поэтому получение такой модели, координаты точек которой определены с заданной пользователем точностью, является первой и главной задачей сканерной съемки.

Построение плана или векторной модели станции осуществляют с использованием стандартного программного обеспечения.

При построении плана особое внимание следует уделять изображению рельсовых нитей, которое предлагается выполнять соединением векторными линиями точек оси головок рельсов через заданный интервал, например через пикет.

При построении векторной модели рельсы предлагается изображать в виде параллелепипеда с шириной, равной ширине головки рельса, и высотой, равной высоте рельса. Модели стрелочных переводов предлагается формировать путем пересечения параллелепипедов. Опоры контактной сети, имеющие форму усеченного конуса, для обеспечения корректности представления информации об их габарите относительно оси пути предлагается изображать в виде цилиндра с радиусом, равным радиусу опоры на высоте 1100 мм от головки рельса. Модели проводов контактной сети и линий связи, нечетко отображающиеся в облаке точек, предлагается формировать с помощью уравнения цепной линии

С1 £ £ У = — -(еч + е~")>

где х - координата оси железнодорожного пути, а - координата точки середины провода, отсчитываемая по оси высот Н станционной системы координат.

По приведенной формуле аналитически рассчитывают точки, принадлежащие проводам, и наносят их на векторную модель. Построенный план и модель станции экспортируют в программу автоматизированного проектирования, где осуществляют их доработку и

оформление в соответствии с нормативными требованиями. Контроль точности построения плана и векторной модели осуществляют путем сравнения геометрических размеров отдельных объектов, полученных по модели или плану, и размеров, полученных с помощью измерений рулеткой при выполнении полевых работ. .

По предложенной технологии выполнили съемку части станции Шоссейная Октябрьской железной дороги. Фрагменты построенного

Рис.2 Фрагмент плана железнодорожной станции Шоссейная, построенного по результатам сканерной съемки.

Рис. 3. Фрагмент векторной модели станции Шоссейная, построенной по результатам сканерной съемки.

2. Предрасчет точности вытянутого сканерного хода.

Для расчетов точности при проектировании сканерных ходов предложены приближенные формулы.

Средняя квадратическая погрешность, направленная поперек хода (поперечная погрешность), в висячем сканерном ходе

где тч - поперечная погрешность на одном облаке точек, п - количество облаков.

Наибольшая поперечная погрешность в середине хода после его уравнивания

= 48 (2)

Установлено, что формулы вычисления средней квадратической погрешности, направленной вдоль сканерного хода (продольной погрешности), совпадают с известными формулами предрасчета точности теодолитных ходов. Для висячего сканерного хода

т[ = т,у/п (3)

Для уравненного сканерного хода

т у—

т, V« , (4)

где 1Щ -продольная погрешность на одном облаке.

Для экспериментальной проверки формул проложили сканерный ход, схема которого представлена на рис. 4.

Координаты всех опорных и связующих точек определили электронным тахеометром с погрешностями, не превышающими 3 мм.

Объединив полученные облака точек в единую модель, получили висячий сканерный ход, координаты точек которого выражены в системе геодезической сети ху. Средние значения расхождений Ау координат связующих точек, определенных, по модели и с помощью электронного тахеометра, приняли в качестве фактических поперечных погрешностей и подставили их на место тд в формуле (1), найдя таким образом оценку поперечной погрешности на одном облаке точек (см. табл. 1).

80 м

У

Рис. 4. Схема экспериментального сканерного хода: Аор - опорные точки;и ¿у - связующие точки;» х - сканерные станции и соответствующие им облака точек; А /лх- пункты геодезической сети.

Таблгща 1

Расчет поперечных погрешностей объединения облаков точек

Результаты расчетов по формуле (1), мм

Номер сканерной станции п Фактическая поперечная погрешность Ауср, мм Поперечная погрешность на одном облаке тч Теоретическая поперечная погрешность ГПд, вычисленная при т„=1,8 мм Отклонение теоретических данных от практических Д = тр -

1 2 3 4 5

51 1,8 1,6 1,8 0

в2 2,3 1,0 4,0 + 1,7

53 6,2 1,7 6,7 +0,5

. 54 16,3 3,0 9,9 -6,4

Погрешности, вычисленные по формуле (1) по среднему значению тч = 1,8 мм приняли в качестве теоретических поперечных погрешностей тр. Полученные отклонения А между теоретическими и фактическими данными представлены в графе 5 и не превышают по модулю 7 мм.

Таким же образом, используя средние значения расхождений Ах и формулу (3), рассчитали отклонения теоретических продольных погрешностей от фактических. Максимальные значения отклонений по модулю не превысили 4 мм.

Выполнили уравнивание хода. Средние значения расхождений координат точек, расположенных в середине хода, сравнили с погрешностями, вычисленными по формулам (2) и (4). Отклонения в продольных погрешностях составили -5,5 мм, в поперечных погрешностях -0,7 мм.

Все отклонения в достаточной мере согласуются, что подтверждает корректность предложенных формул и позволяет рекомендовать их при проектировании сканерных ходов.

3. Способы уравнивания сканерных сетей.

Стандартным программным обеспечением предусмотрено объединение смежных облаков точек графическими методами. В целях повышения точности А.И. Науменко предложил рассматривать цепочку облаков как сканерных ход и уравнивать сканерные измерения аналитически, для чего предложил формулы параметрического уравнивания сканерного хода.

В диссертации показана возможность построения не только ходов, но и сканерных сетей и исследованы способы их уравнивания.

Уравнивание сканерной сети градиентным методом.

Пусть имеем результаты сканерных измерений - вектор координат опорных и связующих точек сканерной сети, выраженных в системах облаков

Зададимся приближенными координатами связующих точек X' ,х'2 ], выраженными в системе станции, а также приближенными значениями элементов взаимосвязи между системой координат станции и системами облаков точек. С их помощью по формуле взаимосвязи между трехмерными системами координат вычислим вектор координат точек сканерной сети, выраженных в системах облаков - VF'(^Y') = .-.Vi ] ■

Для нахождения такой оценки вектора X, которая соответствует принципу наименьших квадратов, составим целевую функцию

г = [vv] = min или z - [pvv] = min, (5)

где [ ] - гауссово обозначение суммы, v, i- 1 ...п,р-

веса измерений.

\ЩХ')\ =

(6)

Поиск начнем из приближенной точки X'. На каждом шаге поиска будем уточнять вектор координат X', добиваясь уменьшения разностей v/.

Для перехода от приближенной точки X' к лучшей точке X" вычислим модуль градиента целевой функции, равный

с1г <1г с1г

с1х[' с1х'г' ' с1х'к

Значения составляющих градиента - частных производных целевой функции найдем численным методом.

Для вычисления следующего приближения вектора координат сделаем шаг X в направлении антиградиента

Х" = Х'-Х-Ъ(Х')

С найденным значением X' вектора координат вновь вычислим разности v,, значение целевой функции г(Х") и градиент в но-

вой точке. Процесс будем продолжать, пока все компоненты градиента не окажутся с назначенной точностью равными нулю.

Пи назначении коэффициента X, определяющего длину шага, необходима осторожность. Задание слишком малого X ведет к замедлению поиска. Слишком большое значение чревато опасностью зацикливания процесса при приближении к точке экстремума. Шаг поиска X в работе предложено вычислять по формуле

где ¡Уг| - значение модуля градиента на данном шаге, к - малое

число, соответствующее начальной длине шага.

Для назначения допуска т, определяющего требуемую точность достижения экстремума, предложен следующий подход.

Перепишем целевую функцию (5) в следующем виде

3 п 3 п Зп

г = [Уу] = (Ах! - Ах,) = £(Дх, +5х, + ф-Ах,.) = £(5х,. +<р) /=1 /=1 (=1 где п - количество связующих точек, каждая из которых ввиду трехмерности облаков имеет три координаты; 8х, - отклонение коорди-

наты х, от значения, соответствующего экстремуму целевой функции; ф - погрешности измерений.

Полагая, что процесс поиска близок к завершению и все 8х„ кроме одного из них - Ъхк, уже равны нулю, получим г = 8хк + ф.

Приближенно можно полагать 8хк равным

5л;

к -Г>-8ю,

где В - среднее расстояние между точками сети, 5ш - погрешность направления.

Тогда

2 = (I) • 8со)2 + ф = £>28со2 + ф

Продифференцировав, найдем приближенное значение модуля градиента целевой функции для случая, когда в направлении оси хк содержится погрешность 5ю

2й2 • 5ш

гЛо

Выполняя вычисления с запасом точности на порядок, для допустимого значения модуля градиента целевой функции х получим

И?

= 0,2-1)2 -5со

(1(1)

доп

Или с учетом того, что боо йг

й со

= 0,2 • I) • 8Д:а

доп

На основе градиентного метода также был разработан алгоритм вычисления элементов взаимосвязи между трехмерными системами координат, отличающийся строгостью решения. Строго вычисленные элементы взаимосвязи позволяют более корректно назначить приближенные значения параметров в параметрическом способе уравнивания, благодаря чему повышается точность вычисления поправок.

Достоинством способа уравнивания сканерной сети градиентным методом является простота алгоритма, которая позволяет легко реализовать уравнивание в компьютерах. В отличие от параметрического способа, нет необходимости в составлении уравнений поправок, а изменение вида целевой функции не влечет изменений структуры алгоритма. Недостаток способа - существенные затраты времени поиска при уравнивании больших сканерных сетей.

Уравнивание сканерной сети параметрическим способом.

Напишем известное уравнение связи между трехмерными системами координат в следующем виде

(7)

где примем обозначения: X - вектор координат опорных и связующих точек, выраженных в системе координат х, у, Н железнодорожной станции, Ч* - вектор координат тех же точек, выраженных в системе координат сканера у, С, Xq - вектор смещения начала системы координат сканера в точку начала станционной системы координат хо, yo, zq, R - матрица поворота осей системы координат сканера вокруг осей х,у, Нстанционной системы на углы а, р, у, равная cos р-eos у cosp-siny -sinp

R- sina-sinP-cosy-cosa-siny sina-sinp-siny + cosa-cosy sina-cosp

^cosa-sinp-cosy+sina-siny cosa-sinp-siny-sina-cosy coscx-cosp

Уравнение (7) является параметрическим уравнением связи, где измеренные величины есть координаты С, а параметры - углы а, Р, у, элементы вектора Хо и координаты х,у, Я связующих точек.

Продифференцируем (7) по параметрам

d% = cos р cosy ■ dx + cos Psiny ■ dy—sinp • dz + -cosPcosy-dxa -cosPsiny-dya +sinp-¿fe0 + +[-sin p cos у (x - x0) - sin Psiny (y - y0) - COS P (z - Z0 )]c/p + +cos psiny ( л: - x0 ) t cos Pcosy (у - y0)] dy

¿\|/=(-cosasmy+sinasiripcosy)£fc + (cosacosy+sinasinPsiny)c(y + sinacospcfe + +(cosasiny-sinasinPcosy)cbc0 -(cosacosy+sinasinPsiny)ífy0 -sinacosP<¿z0 + +[(sinasiny+cosasinpcosy) (x - x0) + (- sin acosy+cosasinPsiny)(.y - y0) + +cosacosP(z - z0)] da + [sinacosf5cosy(x - x0) + sinacos^siny (y -y0)~ +sinasinp(z - z0) Jc/p + [(-cosacosy - sinasinpsiny)( x - x0) + (-cosasiny+sinasinPco;:y)(>' -y0 )~\dy

^=(sinasiny+cosasinpcosy)í& + (-sinacosy+cosasinpsiny)c/>'+cosacosPúfe + -(sinasiny+cosasinpcosy)í¿c0 +(sinacosy -cosasinPs¡ny)ú¡y0 - cosacosp(áz0 + +[(cosasiny - sin asinpcosy)(x - x0) - (eos acosy+sinasinPsiny) (y ~ y0) --t-sin acosp (z - zg)] da+[(cosacosPcosy) (л: - x0) + (cosacosPsiny)(^ - y0) -+cosasinp(z - z0)] dp + [(sinacosy - cosasinpsiny)(x - x0) + +(sinasiny+cosasinpcosy) (y - y0)] dy

Обозначим a¡j частную производную переменной i по переменной j и напишем

= asxt> 'dxo +aíyo-dyo +аы 'dzo +%-dx + a^ ■dy + aiz-dz + +аы ■ da + ciip ■ dfi+aCy ■ dy

¿fy = ащ0 ■ dxo + flv_v0 • dy0 + av.0 • dz0 + ащ -dx+aV)y-dy+■ dz + +a¡la-do.+a^-dp+ar/-d(

dQ = aCt0 • dx0 + aCy0 ■ dy0 + a;j0 • dz0 + a^ • dx+ar^-dy+aí>:-dz+a^ ■ da+ +aC[1-flP+aÍY-c/y

Задавшись приближенными значениями параметров, примем обозначения: £изм, \|'язм, ^изм - измеренные сканером координаты

связующей или опорной точки, if - координаты связующей

или опорной точки, вычисленные по приближенным значениям параметров.

Исправив поправками v и 6 измеренные величины и параметры, получим параметрические уравнения поправок

• ^о + • йУо + а^г0 ■ Ьг0 + ■ Ъх + а1у ■ Ьу +

щ,-Ьг + а^-Ы + а^ -50+^ -бу+р

^ = ащо' 5хо + ачуо ■ ЬУо + • бго + ачх ■ + V ' +

+ -6а+а,р-бр+а^ •Бу+(\1/°

^ = ас*0 • + а(,уо • ЬУо + • К + •+ а1у ■ &У +

+ -5а + % -5р+аСу -5У+(с° -С")

В сканерной сети получим несовместную систему параметрических уравнений поправок, решив которую методом наименьших квадратов найдем уравненные координаты всех связующих точек.

Достоинством параметрического способа является строгость решения. Однако ввиду значительного количества связующих точек велико число параметров и результатов измерений. При этом составление матрицы коэффициентов уравнений поправок представляет собой достаточно сложный и трудоемкий процесс.

Уравнивание сканерной сети с предварительным вычислением углов и расстояний.

До недавнего времени трудность реализации данного способа заключалась в том, что производителями сканеров не предусматривалась возможность приведения оси его вращения в отвесное положение. Однако в настоящее время появились модели с электронным датчиком и двухосевым компенсатором углов наклона оси вращения. Такой сканер измеряет горизонтальные направления, зенитные расстояния и наклонные расстояния до точек объекта съемки, по которым вычисляются и выдаются пользователю пространственные координаты точек объектов съемки, выраженные в системе сканера. Выдача измеренных углов и расстояний программным обеспечением сканеров не предусмотрена.

В диссертации предложено их вычислять по формулам перехода от полярной системы координат к пространственной декартовой

где D - наклонное расстояние от центра блока развертки луча дальномера (точки начала системы координат сканера), до точки объекта съемки, ф - горизонтальное направление на точку объекта съемки, 8 - зенитное расстояние на точку объекта съемки.

Вычисленные величины будем рассматривать как непосредственно измеренные. Для упрощения вычислений плановые и высотные измерения предлагается уравнивать раздельно.

Вычисление плановых координат связующих точек. Учитывая, что сканером измеряются наклонные расстояния D до точек объекта съемки, вычислим приближенные горизонтальные проложения d для каждого измеренного расстояния

d = Z>-sin8

Будем считать горизонтальные проложения d измеренными.

Задавшись приближенными плановыми координатами связующих точек, выраженными в станционной системе координат, составим параметрические уравнения поправок.

Для горизонтальных проложений

Vj = cosa; ( ■5xi +sina; ( -Sy, +cosaJ t ■dXj + s'maJi ■by} + (d° -dmu)

Для измеренных против часовой стрелки горизонтальных направлений

sina,, coso:, , „ sina,, „ cosa,, „ „

v =-—-5;с,--—-8_у,--— ■ Ьх, +-^•6и+5Д + (ф°-физм)

dmu dHm dm

Для измеренных по ходу часовой стрелки горизонтальных направлений

sina.. sina,, cosa,, cosa,, n

v =-ü.&e.----—-Sy, +-—-Sy.-6/? + (ф -ф )>

ф ¿/изм dKZM dH3M

где vj - поправка в измеренное расстояние между центром блока развертки на сканерной станции i и опорной или связующей точкой j, ctj- дирекционный угол с точки центра блока развертки на сканерной станции j на связующую или опорную точку /, 8х„ 8y¡ - поправки в приближенные значения координат точки i, 5xj, 8yj - поправки в приближенные значения координат точки j, <f - расстояние между

центром блока развертки на сканерной станции / и опорной или связующей точкой у, вычисленное по приближенным значениям координат точек / и у, с/ю' - измеренное расстояние между центром блока развертки на сканерной станции г и опорной или связующей точкой у, уф - поправка в измеренное направление с точки центра блока развертки на сканерной станции у на связующую или опорную точку /, 57? - поправка в приближенное значение дирекционного угла начального направления, ф° - направление с точки центра блока развертки на сканерной станцииу на связующую или опорную точку /, вычисленное по приближенным значениям координат точек / и у, физм — измеренное направление с точки центра блока развертки на сканерной станции у на связующую или опорную точку г.

Решив параметрические уравнения поправок методом наименьших квадратов, найдем уравненные плановые координаты всех связующих точек, уравненные значения горизонтальных проложений и горизонтальных направлений.

Вычисление отметок связующих точек. Используя уравненные горизонтальные проложения с1 и измеренные зенитные расстояния 9 на опорные и связующие точки, вычислим приближенные превышения И между центром блока развертки луча и этими точками

/? = £/•

Задавшись приближенными отметками связующих точек, составим параметрические уравнения поправок

где v/, - поправка в измеренное превышение между центром блока развертки на сканерной станции / и опорной или связующей точкой у, 5Я/, Шр - поправки в отметки точек / и у, Н° - превышение между центром блока развертки на сканерной станции г и опорной или связующей точкой у, вычисленное по приближенным отметкам точек /' и у, Наи - измеренное превышение между центром блока развертки на сканерной станции / и опорной или связующей точкой j.

Решив параметрические уравнения поправок методом наименьших квадратов, найдем уравненные отметки всех связующих точек и уравненные значения превышений /г.

Достоинством применения такого способа является необходимость в меньшем, по сравнению с параметрическим способом или градиентным методом, числе опорных точек. Недостаток способа -необходимость вычисления углов и расстояний.

Анализ результатов разработанных способов. Для экспериментальной проверки разработанных способов выполнили уравнивание сканерного хода, схема которого представлена на рис. 4. Отклонения координат, определенных по результатам уравнивания и полученных электронным тахеометром представлены в табл. 2.

Таблица 2

Отклонения координат, определенных по результатам уравнивания

и полученных электронным тахеометром

и Отклонения координат от полученных с помощью электронного тахеометра, мм

о, га £ При параметрическом уравнивании При уравнивании градиентным методом При уравнивании с предварительным вычислением углов и расстояний

Л* Ау АН Дх Ду АН Дх Ду АН

Л VI -1 0 0 0 0 0 -3 -2 -7

-1 +3 +4 0 +4 +5 -2 +1 -8

Л'4 0 +2 + 1 +1 +2 +1 +5 +4 -11

+3 +1 -1 +4 +2 -1 + 1 +3 -4

¿VI0 -4 +6 + 1 -2 +7 +2 +4 +6 -8

5У12 -4 +7 +7 -2 +7 +7 -4 -1 -6

¿У14 -7 0 0 -5 +1 0 +6 +5 -10

5У15 +2 +3 +1 +2 +3 +1 -2 +2 -4

+1 +4 +1 +2 +5 +1 -2 +1 -5

*У17 -3 +5 +3 -2 +5 +3 -2 +3 -7

+1 +8 +4 +2 +8 +4 -2 -1 -7

-5 +8 -I -3 +9 0 -5 -4 -11

-6 +4 +2 -4 +5 +3 -6 -5 -12

Из таблицы видим, что расхождения в координатах связующих точек при параметрическом способе и градиентном методе совпадают в пределах точности вычислений, что обусловлено одинаковой целевой функцией и корректностью предложенных формул. Несколько большие расхождения при уравнивании хода с предварительным вычислением углов и расстояний возможно объяснить иной, по сравнению с другими способами, целевой функцией и отсутствием у примененного в эксперименте сканера компенсатора углов наклона оси вращения.

Уравнивание сканерной сети выполнено с предварительным вычислением углов и расстояний. Схема сети представлена на рис. 5.

__80£__

'>Р

'^15^16^17 19л>20.™21 ор 7

«р з >5

' __ "аГ^ - ^ -' х? 'в 4 - - А°Р Ю ^

°Р2 ор 1 Л1> 1 ¡п>2 ,П'4

У

Рис. 5. Схема экспериментальной сканерной сети: ▲ ор - опорные точки; ■ лт — связующие точки; • 5 - сканерные станции и соответствующие им облака точек; пункгы геодезической сети.

Расхождения координат связующих точек, определенных по результатам уравнивания и электронным тахеометром, не превысили по модулю 6 мм в плановых координатах и 8 мм в отметках.

Результаты разработанных способов уравнивания показывают, что сканерные измерения позволяют сгущать геодезическую сеть с точностью, не уступающей точности электронных тахеометров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Разработана технология создания сканерной сети в условиях железнодорожной станции. Развитие сканерной сети позволяет со-

кратить число точек, координаты которых необходимо определять геодезическими измерениями. При этом увеличивается избыточность измерений, благодаря чему повышается точность определения координат пунктов сети по результатам уравнивания.

2. Разработана технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций. По разработанной технологии выполнена экспериментальная сканерная съемка части станции Шоссейная Октябрьской железной дороги, результатом которой является векторная модель и цифровой топографический план.

3. Разработан метод предрасчета точности вытянутого сканерно-го хода. Предложенные формулы позволяют приближенно рассчитывать точность хода при составлении проекта работ. Эксперименты подтвердили корректность формул.

4. Разработан способ уравнивания сканерных сетей градиентным методом, существенно упрощающий алгоритм уравнительных вычислений по сравнению с параметрическим способом. Результаты уравнивания параметрическим и градиентным способами совпадают в пределах точности вычислений.

5. На основе градиентного метода разработан алгоритм вычисления элементов взаимосвязи между трехмерными системами координат, отличающийся строгостью решения.

6. Разработан способ уравнивания сканерной сети с предварительным вычислением углов и расстояний. Полученные в результате экспериментов результаты подтвердили правильность предложенного способа.

7. Анализ результатов уравнивания показал, что сканерные измерения позволяют сгущать съемочную сеть с точностью, не уступающей точности электронных тахеометров.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Канашин Н.В. Съемка железнодорожных станций методом лазерного сканирования // Путь и путевое хозяйство. - 2008. - № 7. -С. 15-16.

2. Канашин Н.В., Коугия В.А. Исследование точности объединения облаков точек, полученных по данным наземного лазерного

сканирования // Сучасш досягнення геодезичнси науки та виробниц-тва: 36. наук. пр. - Лыив 2007. - вып.1 (13). С. 87 - 92.

3. Канашин Н.В., Коугия В.А. Определение градиентным методом элементов взаимосвязи между трехмерными системами координат // Изв. Вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2008. - № 2. -С. 22-28.

4. Канашин Н.В., Виноградов К.П. Сканерная сеть для съемки железнодорожной станции // Геодезия и картография - 2009. - № 5 -С. 14-16.

5. Коугия В.А., Канашин Н.В. Сгущение геодезической сети железнодорожной станции сканерными измерениями // Геодезия, картография и геоинформационные системы: Труды международной научно-технической конференции. - Новополоцк: Полоцкий государственный университет, 2009.-С. 13-16.

6. Коугия В.А., Канашин Н.В. Уравнивание сканерного хода // Безопасность движения поездов: Труды IX научно-практической конференции, М.: Московский государственный университет путей сообщения, 2008. - С. IX-14 - 1Х-15.

7. Канашин Н.В. Исследование способов математической обработки сканерных измерений // Известия Петербургского университета путей сообщения, вып. 2(19), 2009. - С. 168 - 177.

КАНАШИН НИКОЛАЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАЗЕМНОЙ СКАНЕРНОЙ СЪЕМКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЙ

Специальность: 25.00.35 - Геоинформатика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук___

Подписано в печать-/^. 44.03, Усл.-печ.л.~ 1,5

Печать офсетная. Бумага для множит. Ann. Формат 60x90 1/16 Тираж $0 экз. Заказ № 746«

Типотрафия МИИТ, 127994, Москва, ул. Образцова, 15.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Канашин, Николай Владимирович

Введение

ГЛАВА 1. Топографическая съемка железнодорожных станций - основной источник геоинформации.

1.1. Назначение, периодичность и особенности съемок железнодорожных станций.

1.2. Анализ нормативных требований к точности съемки железнодорожных станций.

1.3. Анализ современных методов съемок железнодорожных стаций.

1.3.1. Тахеометрическая съемка с применением электронного тахеометра.

1.3.2. Тахеометрическая съемка с применением спутниковой геодезической аппаратуры.

1.3.3. Тахеометрическая съемка с комплексным применением спутниковой геодезической аппаратуры и электронного тахеометра.

1.4. Съемка с применением наземных лазерных сканеров.

1.4.1. Основные сведения о наземной сканерной съемке.

1.4.2. Основы устройства и технические характеристики современных наземных лазерных сканеров.

1.4.3. Программное обеспечение наземных лазерных сканеров.

1.4.4. Анализ возможностей применения наземных лазерных сканеров для съемки железнодорожных станций.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. Разработка способов уравнивания геодезических сетей, построенных сканерными измерениями.

2.1. Предрасчет точности вытянутого сканерного хода.

2.2. Уравнивание сканерной сети параметрическим способом.

2.3. Приближенное уравнивание сканерного хода равномерным распределением плановых и высотных невязок.

2.4. Уравнивание сканерной сети градиентным методом.

2.5. Уравнивание сканерной сети с предварительным вычислением углов и расстояний.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Разработка технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций.

3.1. Проектирование работ и рекогносцировка объекта съемки.

3.2. Создание съемочной сети первого уровня.

3:3. Выполнение сканерной съемки.

3.3.1. Сгущение съемочной сети первого уровня сканерными измерениями.

3.3.2. Съемка ситуации.

3.4. Обработка данных сканерной съемки.

3.4.1. Построение по результатам сканерной съемки цифрового топографического плана железнодорожной станции.

3.4.2. Построение по результатам сканерной съемки цифровой трехмерной векторной модели железнодорожной станции.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования технологии сканерной съемки железнодорожных станций и способов математической обработки сканерных измерений.

4.1. Экспериментальная сканерная съемка железнодорожной станции.

4.2. Экспериментальные исследования способов математической обработки геодезических сетей, построенных сканерными измерениями.

4.2.1. Анализ результатов различных способов уравнивания сканерных измерений.

4.2.2. Проверка предрасчета точности вытянутого сканерного хода на экспериментальных данных.

Выводы по главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций"

Интенсивное совершенствование компьютерной техники, интернет-технологий и других технических средств, связанных со сбором, обработкой, хранением и передачей информации способствует развитию геоинформатики и широкому внедрению геоинформационных систем (ГИС) во все сферы человеческой деятельности, в том числе и на железнодорожном транспорте.

Основной целью ГИС железнодорожного транспорта является обеспечение комплексной пространственно-координированной информацией (геоинформацией) всех сфер его деятельности для решения задач проектирования, эксплуатации, инвентаризации и управления [23].

При создании ГИС и периодическом обновлении геоинформации основные затраты средств и времени (порядка 70%), связаны со сбором геоданных, главным источником получения которых являются топографические съемки местности [15, 16, 23].

Как отмечено в [23], одной из перспективных технологий сбора геоданных, позволяющих существенно сократить затраты труда и времени на выполнение съемки, является лазерное сканирование.

Развитию технологии лазерного сканирования способствовали труды многих ученых, таких как Данилин И.М., Журкин И.Г., Карпик А.П., Медведев Е.А., Мельников С.Р., Науменко А.И., Середович В.А. Чибуничев А.Г. и др.

Существенный вклад в развитие методов обеспечения ГИС железнодорожного транспорта геоинформацией внесли известные специалисты в области геоинформатики и геодезии: Берлянт A.M., Глушков В.В., Коугия В.А., Круг-лов В.М., Маркузе Ю.И., Масленников А.С., Матвеев С.И., Машимов М.М., Ниязгулов У.Д., Тикунов B.C., Цветков В.Я., Щербаков В.В. и др.

Однако задача разработки технологий сбора и обработки геоданных на железнодорожном транспорте все еще актуальна. В частности, съемка железнодорожных станций является трудоемкой задачей, что обусловлено наличием на станциях значительного количества объектов инфраструктуры, инженерно-технических сооружений и устройств. Часто оперативное выполнение съемки железнодорожных станций требует использования нескольких полевых бригад и связано с существенными затратами времени и средств. Ускорению и снижению трудоемкости таких съемок, а также повышению информативности получаемой при этом геоинформации могло бы послужить применение сканерной съемки. Однако технология сканерной съемки железнодорожных станций на сегодняшний день не разработана.

Цель диссертационной работы. Разработка технологии съемки железнодорожных станций с использованием наземных лазерных сканеров.

Идея работы. Применение на железнодорожных станциях наземной сканерной съемки для сокращения затрат труда и времени на сбор геоинформации с одновременным повышением ее информативности.

Задачи исследований: анализ требований нормативных документов к точности выполнения съемок железнодорожных станций; исследование возможности применения наземных лазерных сканеров для съемки железнодорожных станций; исследование особенностей выполнения сканерной съемки на железнодорожных станциях; разработка технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций; разработка алгоритмов предрасчета точности и уравнивания геодезических сетей, построенных сканерными измерениями.

Объектом исследования являются железнодорожные станции.

Предметом исследования является технология топографической съемки железнодорожных станций с применением наземных лазерных сканеров.

Методы исследований. Теоретические методы: методы,математической статистики, метод наименьших квадратов, градиентный метод, теория ошибок измерений. Экспериментальные методы: анализ данных экспериментальной сканерной съемки железнодорожной станции, модельные исследования.

Научные положения, выносимые на защиту:

- технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети;

- предрасчет точности вытянутого сканерного хода;

- способы уравнивания сканерных сетей.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

- разработана технология построения сканерной сети в условиях железнодорожной станции;

- разработана технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети;

- разработан метод предрасчета точности вытянутого сканерного хода;

-разработан способ уравнивания сканерной сети градиентным методом;

- на основе градиентного метода разработан алгоритм вычисления элементов взаимосвязи между трехмерными системами координат;

- разработан способ уравнивания сканерной сети с предварительным вычислением углов и расстояний.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы проектно-изыскательскими институтами и подразделениями железных дорог, выполняющими топографические съемки железнодорожных станций, а также положены в основу программного обеспечения ГИС, обеспечивающих математическую обработку сканерных измерений.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается согласованностью полученных теоретических и практических результатов, их внедрением в производственную деятельность ФГУП "Аэрогеодезия" и ООО "НЛП "Бента", что подтверждено актами о внедрении.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (ПГУПС, апрель 2007 г.), IX научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" (Москва, октябрь 2008 г.), международной научно-технической конференции "Геодезия, картография и геоинформационные системы" (Новопо-лоцк, декабрь 2008 г.) и на заседаниях кафедр "Инженерная геодезия" ПГУПС и "Геодезия, геоинформатика и навигация" МГУПС (МИИТ).

Личный вклад автора заключается в проведении комплексного анализа современных видов топографических съемок железнодорожных станций и требований нормативных документов к точности их выполнения, разработке технологии создания сканерной сети в условиях железнодорожной станции, разработке технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети, разработке алгоритма вычисления градиентным методом элементов взаимосвязи между трехмерными системами координат, разработке различных способов уравнивания сканерных сетей и выполнении анализа полученных при этом результатов.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 7 публикациях [30, 31, 32, 33, 42, 43, 44], три из которых в изданиях, рекомендованных ВАК.

Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность научному руководителю В.А. Коугия, коллективам кафедр "Инженерная геодезия" ПГУПС и "Геодезия, геоинформатика и навигация" МГУПС (МИИТ), а также специалистам компаний ООО "Альфа - Морион" и ООО "НЛП "Бента".

Заключение Диссертация по теме "Геоинформатика", Канашин, Николай Владимирович

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. На основе анализа литературы установлено, что при создании ГИС и обновлении геоинформации основные затраты средств и времени связаны со сбором геоданных, главным источником получения которых являются топографические съемки местности. Показано, что топографическая съемка железнодорожной станции, где расположено значительное количество объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта, является трудоемкой работой, которую периодически приходиться выполнять.

2. В работе рассмотрены назначение, периодичность и особенность выполнения съемок железнодорожных станций, выполнен анализ современных технологий сбора геоданных. На основе анализа литературы установлено, что наземная сканерная съемка позволяет существенно снизить трудозатраты при сборе пространственно-координированной информации. Проведенный анализ возможностей применения наземных сканеров для выполнения съемки показал, что технические возможности современных моделей сканеров позволяют выполнять съемку с нормативным уровнем точности. Исходя из этого, были предложены конкретные модели сканеров.

3. На основе анализа нормативных документов установлена необходимость определения координат пунктов съемочной сети железнодорожной станции со средними квадратическими погрешностями взаимного положения, не превышающими 5 мм вдоль и поперек оси пути, а определения координат съемочных пикетов с погрешностями, не превышающими 1см.

4. Разработана технология создания сканерной сети в условиях железнодорожной станции. Развитие сканерной сети позволяет сократить число пунктов, координаты которых необходимо определять геодезическими измерениями. При этом увеличивается избыточность измерений, благодаря чему повышается точность определения координат пунктов сети по результатам уравнивания.

5. Рассмотрен предложенный А.И. Науменко параметрический способ уравнивания геодезических сетей, построенных сканерными измерениями. Параметрическим способом выполнено уравнивание экспериментального сканерного хода. Показано, что уравнивание сканерной сети параметрическим способом представляет достаточно сложный и трудоемкий процесс.

6. Разработан метод предрасчета точности вытянутого сканерного хода. Предложенные формулы позволяют приближенно рассчитать накопление погрешностей в ходе при его проектировании. Экспериментальные данные подтвердили корректность формул.

7. Предложен способ приближенного уравнивания сканерного хода равномерным распределением плановых и высотных невязок. На основе экспериментальных данных установлено, что для математической обработки геодезических сетей, построенных сканерными измерениями необходимо применять строгие способы уравнивания.

8. Разработан способ уравнивания сканерной сети градиентным методом, существенно упрощающий, по сравнению с параметрическим способом, уравнительные вычисления. Результаты уравнивания параметрическим способом и градиентным методом совпали в пределах точности вычислений, что позволяет сделать вывод о корректности разработанного алгоритма.

9. На основе градиентного метода разработан алгоритм вычисления элементов взаимосвязи между трехмерными системами координат, отличающийся простотой и строгостью решения.

10. Разработан способ уравнивания сканерной сети с предварительным вычислением углов и расстояний, позволяющий сократить, по сравнению с применением параметрического способа или градиентного метода, число пунктов сети, координаты которых необходимо определять геодезическими измерениями. Полученные в результате практических экспериментов результаты подтвердили правильность предложенного алгоритма.

11. Для сканерной съемки железнодорожных станций предложено строить как двухуровневую. Сеть первого уровня представляет собой разреженный каркас съемочной сети, пункты которой, располагаемые в горловинах станции и в середине станционного парка, связаны тахеометрическими измерениями или спутниковыми определениями. В дальнейшем пункты первого уровня служат исходными для сгущения съемочной сети по результатам сканерных измерений в ходе съемки местности.

12. Разработана технология наземной сканерной съемки железнодорожных станций с созданием сканерной сети. По разработанной технологии выполнена экспериментальная сканерная съемка железнодорожной станции Шоссейная Октябрьской железной дороги, результатом которой является цифровая трехмерная векторная модель и цифровой топографический план станции. Отмечено, что модель объекта съемки в виде облака точек позволяет выполнить любые измерения геометрических характеристик и габаритов станционных сооружений на любом этапе проектирования или эксплуатации без необходимости выполнения повторной съемки. На основе этого сделан вывод, что получение такой модели, координаты точек которой определены с заданной пользователем точностью, является первой и главной задачей сканерной съемки.

13. Анализ результатов уравнивания сканерного хода различными способами и уравнивания сканерной сети с предварительным вычислением углов и расстояний показал, что сканерные измерения позволяют сгущать съемочную сеть с точностью, не уступающей точности электронных тахеометров.

14. Разработки диссертационной работы внедрены в производственную деятельность ФГУП "Аэрогеодезия" и ООО "НПП "Бента", что подтверждено актами о внедрении, сопровождены программами для ЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Канашин, Николай Владимирович, Санкт-Петербург

1. Батраков А.А. Цифровые модели путевого развития для целей автоматизации станционных процессов: Автореф. дис. кандидата техн. наук. — М., 2006.-23 с.

2. Белоус Н., Горб А., Ковтун В. Лазерное 3D сканирование в дальних и варяжских пещерах свято-успенской киево-печерской лавры // Сучасш досяг-нення геодезично1 науки та виробництва: 36. наук. пр. Льв1в, 2007. - вып.1 (13). С. 139-144.

3. Богданец Е.С., Кривенко А.А., Мусихин В.В. Создание трехмерной модели архитектурного объекта по данным наземного лазерного' сканирования // Геопрофи. 2007. - № 4. - С. 50 - 52.

4. Большаков В.Д. Теория ошибок наблюдений с основами теории вероятностей: учебное пособие -М.: Недра, 1965. 184 с.

5. Большаков В.Д., Маркузе Ю.И. Практикум по теории математической обработки геодезических измерений: учебное пособие для вузов — 2-е изд.,стереотипное. Перепечатка с издания 1984 г. М.: ООО ИД Альянс, 2007. -352 с.

6. Брынь М.Я, Веселкин П.А, Иванов В.Н. и др. О параметрах теодолитных ходов, прокладываемых для выполнения кадастровой съёмки. // Сучасш досягнення геодезично1 науки та виробництва: 36. наук. пр. Льв1в, 2007. -вып. 1 (13).-С. 326-329.

7. Брынь М.Я., Марковкин И.Д., Баландин В.Н. и др. О работе с GPS-приемниками в закрытой и полузакрытой местности. // Материалы научной школы "Астронавигация 2000". - СПб., - 2000. - С. 38 - 40.

8. Веселкин П.А. Разработка методов повышения точности геодезического обеспечения городского кадастра: Дис. канд. техн. наук. СПб., 2008. -152 с.

9. Воронов А.Н. GPT-7000i — Электронный тахеометр с встроенной цифровой фотокамерой // Геопрофи. 2005. - № 4. - С. 12-13.

10. Генике А.А., Побединский Г.Г. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и ее применение в геодезии: Производственно-практическое издание. М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1999. - 256 с.

11. Геодезические работы при строительстве мостов / В.А. Коугия, В.В. Грузинов и др. М.: Недра, 1986. - 248 е.: ил.

12. Геоинформатика транспорта / Б.А. Левин, В.М. Круглов, С.И. Матвеев и др. М.: ВИНИТИ РАН, 2006. - 336 с.

13. Геоинформационные системы и технологии на железнодорожном транспорте: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / Под ред. С.И. Матвеева. М.: УМК МПС России, 2002. - 288 с.

14. Глушков В.В., Насретдинов К.К. Космическая геодезия: методы и перспективы развития — М.: Институт политического и военного анализа1, 2002. 448 с.

15. Гудков В.М., Хлебников А.В. Математическая обработка маркшейдерско-геодезических измерений: учебник для вузов. — М.: Недра, 1990.-335 е.: ил.

16. Дружинин М.Ю. Создание трехмерных чертежей церкви по данным наземного лазерного сканирования // Геопрофи. 2007. - № 2. - С. 17-19.

17. Дружинин М.Ю. Технологические решения Leica Geosystems для строительства и эксплуатации железных дорог // Геопрофи. 2006. - № 2. - С. 26-28.

18. Евстафьев О.В. Smartstation новый прибор компании Leica Geosystems. // Геопрофи. - 2005. - № 1. - С. 40 - 42.

19. Инженерная геодезия (с основами геоинформатики): Учебник для вузов ж.-д. транспорта / С.И. Матвеев, В.А. Коугия и др., Под ред. С.И. Матвеева. — М.: ГОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2007. 555 с.

20. Инженерно-геодезические изыскания железных и автомобильных дорог: ВСН-208-89. М.: Минтранс СССР, 1989.

21. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения: СНиП 11-02-96. М.: ПНИИС Госстроя России, 1997.

22. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. М.: Недра, 2004.-244 с.

23. Инструкция по применению габаритов приближения строений: ГОСТ 9238-83. -М.: Транспорт, 1988.

24. Инструкция по составлению техническо-распорядительных актов железнодорожных станций ОАО "РЖД": X3-3801. М.: Техинформ, 2005. - 66 с.

25. Инструкция по топографической съемке.в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. М.: Недра., 1985. - 160 с.

26. Канашин Н.В. Исследование способов математической обработки сканерных измерений II Известия Петербургского университета путей сообщения, вып. 2(19), 2009г. С. 168 - 177.

27. Канашин Н.В. Съемка железнодорожных станций методом лазерного сканирования // Путь и путевое хозяйство. 2008. - № 7. - С. 15 - 16.

28. Канашин Н.В., Коугия В.А. Исследование точности объединения облаков точек, полученных по данным наземного лазерного сканирования // Сучасш досягнення геодезично1 науки та виробництва: 36. наук. пр. JlbBie, 2007. - вып.1 (13). С.87-92.

29. Канашин Н.В., Виноградов К.П. Сканерная сеть для съемки железнодорожной станции // Геодезия и картография 2009 - № 5 -С. 14-16.

30. Ковров А.А. Создание трехмерной модели электроподстанции методом наземного лазерного сканирования // Геопрофи. 2006. - № 3. - С. 51 -53.

31. Комиссаров А.В. Методика исследования метрических характеристик сканов: Дис. канд. техн. наук. Новосибирск, 2007. - 180 с.

32. Комиссаров Д. В., Комиссаров А. В. Разработка и исследование методики прокладки сканерных ходов // Геодезия и картография. 2008. - № 4. — С. 14- 16.

33. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1974. - 832 с.

34. Костин С.В. Роботизированные тахеометры TRIMBLE // Геопрофи. -2006.-№4.-С. 67-68.

35. Коугия В.А. Математическое моделирование при обработке геодезических измерений: учебное пособие. С-Пб.: Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2007. — 100 с.

36. Коугия В.А. Ошибка положения пункта полигонометрического хода, опирающегося на пункты спутниковых определений // Изв. Вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. 1998. - № 2. - С 3 - 6.

37. Коугия В.А1., Богомолова Е.С. и др. Геодезическая сеть для высокоскоростной магистрали // Геодезия и картография. 1997. - № 1. — С. 12 - 16.

38. Коугия В.А., Канашин Н.В. Определение градиентным методом элементов взаимосвязи между трехмерными системами координат // Изв. Вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. — 2008. — № 2. — С 22 — 28.

39. Коугия В.А., Канашин Н.В. Уравнивание сканерного хода // Безопасность движения поездов: Труды IX научно-практической конференции, М.: Московский государственный университет путей сообщения, 2008. — С. IX-14 -IX-15.

40. Лобанов А.Н. Аэрофототопография. М.: Недра, 1971. - 560 с.

41. Лобанов А.Н. Фотограмметрия: учебник для вузов. 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Недра, 1984. - 552 с.

42. Марков С., Дишлик О. Проблеми викорстання тривим1рного лазерного сканування пщ час виршення завдань збереження культурно!" спадщини укра'ши // Сучасш досягнення геодезично1 науки та виробництва: 36. наук. пр. -Лыпв, 2007. вып. 1 (13). С. 184 - 194.

43. Маркузе Ю.И. Основы уравнительных вычислений. — М.: Недра, 1990.-240 с.

44. Маркузе Ю.И., Бойко Е.Г., Голубев В.В. Геодезия. Вычисление и уравнивание геодезических сетей. — М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1994. 431 с.

45. Матвеев С.И. и др. Реперная система линии Москва — Петушки // Безопасность движения поездов: Труды III научно-практической конференции, М.: Московский государственный университет путей сообщения, 2002. С. V.-78 - V.-79.

46. Матвеев С.И., Коугия В.А. Высокоточные цифровые модели пути и спутниковая навигация железнодорожного транспорта. М.: УМЦ ЖДТ, 2005. - 290 с.

47. Матвеев С.И., Коугия В.А. Реперные геодезические системы на скоростных участках железных дорог // Геодезия и картография. 1999. - № 12. -С. 13-18.

48. Машимов М.М. Уравнивание геодезических сетей. — М.: Недра, 1979.-367 с.

49. Медведев Е.М., Данилин И.М., Мельников С.Р. Лазерная локация Земли и леса: учеб. пособие. Красноярск: Ин-т леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2005. - 182 с.

50. Методические указания по созданию постоянного планово-высотного съемочного обоснования на станциях и перегонах железных дорог. / Под общ. ред. проф. JI.C. Хренова. М.: Мосгипространс, 1979. - 152 е.: ил.

51. Методические указания по составлению масштабных и схематических планов станций и продольных профилей путей. М.: Главжелдорпроект МПС, 1983.-21 с.

52. Методические указания по составлению масштабных планов железнодорожных станций. М.: ОАО "РЖД", 2005. - 38 с.

53. Назаров А.С. Фотогорамметрия: учебное пособие для студентов вузов. Мн.: ТетраСистемс, 2006. - 368 е.: ил.

54. Науменко А.И Наземное лазерное сканирование: Дистанционные методы в лесоустройстве и учете лесов. Приборы и технологии //. Мат. Всерос. совещ.-семин. с междунар. участ., Красноярск: Ин-т леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2005.-С. 130-131.

55. Основы наземной лазерно-сканирующей съемки: учебное пособие. / В.Н. Гусев, Е.М. Волохов и др.- СПб.: Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2007. — 86 с.

56. Подоприхин Р.В., Григорьев А.В. Новинки технологии: за мобильным лазерным сканированием — будущее // Геодезия и картография. — 2008. — № З.-С. 63.

57. Попов В.В. Железнодорожный транспорт Российской Федерации: новое законодательство. М.: Право и государство, 2003. — 193 с.

58. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации: ЦРБ-756 М.: Транспорт, 2002. - 189 с.

59. Радиогеодезические и электрооптические измерения: Учебник для вузов. / В.Д. Большаков, А.Н. Голубев и др М.: Недра, 1985. - 303 е.: ил.

60. Свод правил по инженерным изысканиям для строительства: Инженерно-геодезические изыскания для строительства: СП 11—104—97. М.: ПНИИС Госстроя России, 1997.

61. Середович А.В. Методика создания цифровых моделей объектов нефтегазопромыслов средствами наземного лазерного сканирования: Дис. канд. техн. наук. Новосибирск, 2007. - 165 с.

62. Середович А.В. Методика топографической съемки застроенных территорий с применением наземного лазерного сканирования // Известия вузов. Горный журнал. — 2006. — № 6. — С. 3 — 8.

63. Середович В.А., Широкова Т.А. и др. Мониторинг деформаций сооружений в сочетании, с технологией трехмерного моделирования // Геодезия и картография. 2009. - № 1. - С. 12 - 14.

64. Технические условия на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути. — М.: ИКЦ Академкнига, 2004. 182 е.: ил.

65. Ткачев Д. Энциклопедия AutoCad 2004. СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004. - 1070 е.: ил.

66. Урмаев М.С. К теории преобразований координат в геодезии // Изв. вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. 2003. - № 2. - С. 8 — 13.

67. Урмаев М.С., Родин С.П. Определение параметров преобразование геодезических прямоугольных пространственных координат при произвольных значениях параметров // Изв. вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. 1998. -№4.-С. 3- 14.

68. Уставич Г.А., Середович В.А. и др. Комбинированный способ создания инженерно-топографических планов масштаба 1:500 промышленных территорий и отдельных промплощадок // Геодезия и картография. 2009. - № 1. - С. 31 — 37.

69. Чибуничев А.Г., Велижев А.Б. Автоматическое определение взаимной ориентации трехмерных моделей объектов, полученных по данным лазерного сканирования // Изв. вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. 2007. - № 1.-С. 127- 134.

70. Щербаков В.В., Ковалева О.В. Координатный способ определения геометрических параметров железных дорог // Геодезия и картография. 2007. - № 9. - С. 22 - 25.

71. High precision kinematic surveying with laser scanners / Editors in chief: C. Rizos, Walter de Gruyter Verlag // Journal of applied geodesy. 2007. - № 4.-p. 185- 199.

72. Kinematic applications for Wild GPS 200. Railtrack survey / U. Miiller // Reporter 31, Leica AG, Switzerland, Heerbrugg, 1993. p. 7.

73. Laser scanning'key to cost effective rail tunnel monitoring for halcrow / Jenkins Bruce // Sparview Vol. 2, № 41, November 9, 2004.

74. Laser scanning makes quick job of rail survey электронный ресурс.: сайт компании Leica geosystems. Режим доступа: http://www.leica-geosystems.no/no/Railways-Australi an-rail-survey4700.htm.

75. Prcise Rail Track Surveying / Ralph Glaus, Alain Geiger, UrsMuller, Gerard Peels //, GpsWorld, May, 1, 2004.

76. Strategy of Track Maintenance / B. Lichtberger // Glasers Annalen. Special edition. 2005. -p. 27-32.

77. Tunnel and rail scanning электронный ресурс.: сайт компании Reali-tyMeasurments Inc. Режим доступа: http://www.realityrneasurements.com/ls-tunnel.htm.7\