Оборудование

Сканирование тоннелей с помощью Leica HDS6000

Лазерное сканирование, благодаря скорости и бесконтактности, за последние несколько лет стало популярно в очень многих областях. Технический Университет Мюнхена (TUM) показал, что сканирование с успехом может применяться для наблюдения за деформациями на значительных площадях. Эффективность лазерного сканера Leica HDS6000 хорошо зарекомендовала себя при съемках портала строящегося тоннеля подземной железной дороги в Штутгарте.

Инженер Йоханес Ольманн (Johannes Ohlmann) ведет учебные курсы и работает в исследовательской лаборатории на отделении геодезии Технического университета. Он занимается исследованием применения 3D-лазерного сканирования для определения деформаций при прокладке тоннелей. Эти исследования являются частью его дипломной работы, а также проекта, который он реализует совместно с Геотехническим Центром того же Университета и Отделением Оснований и фундаментов, механики грунтов, горных пород и тоннелестроения (Department of Foundation Engineering, Soil Mechanics, Rock Mechanics and Tunneling). Работы проводятся на продолжении линии U6 Штутгартского метрополитена — 400-метровом отрезке бетонного тоннеля.

Наземное сканирование в тоннелестроении

Съемка тоннелей при помощи трехмерных лазерных сканеров стало штатным измерительным процессом на всех этапах работ. «Для геодезии и смежных областей большой интерес представляет полная и своевременная информация о деформациях, возникающих на обширных поверхностях. Это особенно важно для тоннелестроения по новому австрийскому методу, когда важным критерием в процессе строительства является появление деформаций», — говорит Йоханес Ольманн. Традиционными методами съемка для определения деформаций проводится только по нескольким профилям.

Анализ деформаций поверхности тоннеля

Облака точек тщательно анализируются в лаборатории — сравниваются результаты, полученные в разные промежутки времени. В Геотехническом центре (Geotechnical Center) уже накоплено множество моделей, которые в ближайшем будущем позволят прогнозировать поведение грунта, осадку зданий и сооружений, вызванные тоннелестроением.

Основные работы проводятся в портале тоннеля. Во время проходки тоннеля его стабильность измерить невозможно. Однако лазерное сканирование позволяет оценить деформации, на основе которых делается вывод о стабильности тоннеля в течение времени. Очевидно, что увеличение деформаций, появившихся за определенный интервал времени, позволяет сделать вывод о стабильности портала тоннеля.

Экономично и безопасно

Лазерное сканирование просто интегрируется в процесс проходки тоннеля и успело зарекомендовать себя как недорогое, в сравнении со строительными работами, средство измерений. «Менее чем за десять минут, сканер Leica HDS6000 снимает поверхность всего тоннеля, в том числе портала, при этом, не препятствуя штатному ходу строительных работ». Ольманн также отмечает качество выполнения сканирования и финансовые преимущества этого метода для заказчиков и исполнителей: «Оптимизация работ по повышению безопасности тоннеля значительно уменьшает срок строительных работ. Лазерное сканирование обладает большим потенциалом для записи событий в динамике на протяжении всего процесса. Благодаря бесконтактному получению данных, работникам не приходится заходить в потенциально опасные зоны».

Измерения и обработка

В конце сентября 2008 г. инженеры, работающие на прокладке тоннеля, начали применение Leica HDS6000 для завершения семи статических съемок портала. Съемки были разнесены во времени на десять часовых промежутков. Первая и четвертая съемки играли роль контрольных. Благодаря сканеру Leica HDS6000, каждая съемка заняла около 15 минут. «В среднем, мы тратим на сканирование около семи минут при разрешении скана несколько миллиметров и дальности сканирования десять метров», — рассказывает герр Ольманн. — «Далее облака точек сшиваются с помощью ПО Leica Cyclone и ориентируются в местной системе координат». Использовались сферические и монохромные марки. Точность скана составила 1 — 2 мм. Для определения деформаций, портал тоннеля был разбит сеткой, на которую накладывались облака точек. Размер ячеек сетки подгонялся к заданной плотности точек, далее вычислялись смещения. Применение специальных фильтров и алгоритмов вычислений, которые позволяли отбросить погрешности, вызванные параллельно проводимыми работами, позволяло получить надежные значения деформаций с точностью нескольких миллиметров. Деформации выводились на цветные графики в ПО TunnelDefo.

Огромный потенциал

Исследователи, занятые на проекте TUM убеждены в том, что у лазерного сканирования большое будущее: «Лазерное сканирование при проходке тоннелей впервые было включено в процесс работ, но, скоро начнет практиковаться повсеместно», — уверен Ольманн. Преимущества Leica HDS6000 и его последователя Leica HDS6100 (модель с расширенными возможностями) будут играть важную роль в обеспечении успеха проектов.
В процессе съемок отдел геодезии Университета усовершенствовал имеющиеся алгоритмы анализа и ПО для обработки данных о деформациях портала тоннеля. «Мы здесь для того, чтобы у начальника работ были надежные данные о деформациях сразу после завершения сканирования», — отмечает Йоханес Ольманн.

Конрад Саль (Konrad Saal) — менеджер про маркетингу Leica Geosystems Хеербругг, Швейцария. Имеет ученую степень в области геодезии в Университете прикладных наук Мюнхена.

Источник — Reporter 61, сентябрь 2009г
Периодическое издание Leica Geosystems


Сканирование тоннелей

За несколько минут измерений HDS600 позволил получить сетку с узлами, удаленными друг от друга на миллиметры

Как обрабатывать данные нивелирования в ПО Leica Infinity?

Видео о процессе обработки данных нивелирования

Как обрабатывать спутниковые GNSS наблюдения в ПО Leica Infinity?

Видео о процессе обработки спутниковых наблюдений

SmartNet Russia объединилась с сетью базовых референцных станций ПРИН

В крупнейшей сети референцных станций в России - SmartNet Russia добавился новый партнер - компания АО "ПРИН".



к другим проектам