Оборудование

Оптимизация производства гидрографических работ методом совместного применения эхолота и автоматизированного тахеометра Leica TCRP 1201+R1000

Материал подготовили специалисты ФГУ ДСД «Владивосток»:

Сафонов Ю.В., канд. техн. наук, начальник отдела контроля качества,
Бадрутдинов Р.М., ведущий эксперт дорожного хозяйства,
Чирьев Е.А., ведущий эксперт дорожного хозяйства,
Кривоносов Д.А., эксперт дорожного хозяйства первой категории. 

Один из ответственных видов работ при строительстве мостового перехода с полуострова Назимова на остров Русский — сооружение технологических площадок под мостовые опоры. Площадки предназначены для выполнения строительно-монтажных работ по сооружению мостовых опор и их защиты от деформаций, вызываемых навалом льда, судов и волновым воздействием. При сооружении технологических площадок заказчик осуществляет контроль над соблюдением подрядными организациями проектных решений, требований нормативно-технической документации, геометрии возводимых объектов, объемами выполняемых работ. Эти задачи решаются с помощью гидрографических (батиметрических) работ, видео- и фотосъемок, а также посредством водолазного обследования дна. (рис. 1).

Гидрографические работы состоят из двух этапов: первый — измерение глубины в промерных точках, второй — определение планово-высотного положения данных точек. Глубину можно определить при помощи лотов, подводных нивелиров, одно- и многолучевых эхолотов. Все эти приборы имеют различные технические характеристики, разные методы и условия использования. Для определения координат промерных точек применяют либо методы инструментальных засечек (например, прямые засечки двумя теодолитами, секстанами с берега или судна, одним теодолитом при движении судна по створу), либо метод непосредственной разбивки промерных точек по размеченному тросу [1]. Но второй метод можно применять только при небольших объемах съемки. С развитием ГЛОНАСС/GPS технологий появилась возможность производить измерения в режимах реального времени: DGPS (кодовом) или RTK (фазовом) [1]. Для применения данных методов требуются:

     
  • базовые станции, передающие DGPS или RTK поправки;
  • значения параметров пересчета из системы WGS 84 в используемую систему координат;
  • временные или постоянные уровенные посты [1]. 

На организацию гидрографических работ по приведенным схемам затрачивается большое количество времени, материально-технических и человеческих ресурсов (как в поле, так и при обработке полученных данных). Это может привести к значительным ошибкам в точности при получении конечного результата.
 Для более оперативного определения объемов выполненных работ, их качества и соответствия проекту, а также для выявления деформационных процессов сотрудниками отдела контроля качества ФГУ ДСД «Владивосток» разработан и внедрен в производство новый метод выполнения гидрографических работ. Данный метод заключается в совместном применении однолучевого эхолота SonarMite и автоматизированного тахеометра Leica TCRP 1201+R1000.
 Данные, полученные с помощью тахеометра, обрабатываются в программном комплексе Leica GeoOffice, а данные, полученные с эхолота — в программе Launch SonarMite. Объединение данных с двух регистраторов ведется по временным меткам в программе Launch SonarMite в автоматическом режиме или при помощи Microsoft Office Excel в ручном режиме. На рис. 2 показан общий вид графического представления данных в процессе автоматического объединения. Результат представляет собой массив точек с трехмерными координатами гидротехнического сооружения и дна водоема. Последующая обработка данных производится в AutoCAD Civil 3D. 

Общая схема работ выглядит следующим образом (рис. 3): на веху с круговым отражателем Leica GRZ4 360° крепится излучатель (трансдьюсер) эхолота. Полученная конструкция монтируется на судне (по бортам или на корме). Тахеометр устанавливается на берегу, в наиболее оптимальном с точки зрения наведения на исходные пункты месте. Он должен быть установлен так, чтобы на пути распространения луча между тахеометром и отражателем, по возможности, не было препятствий. Но, так как TCRP 1201+R1000 имеет функцию прогнозирования траектории движения отражателя, данное условие не является критичным [4,5].

Наличие в эхолоте шестиосного полупроводникового акселерометра, выводящего на дисплей данные интегрированного измерения курса, крена и тангажа, позволяет определять глубину с точностью ± 25 мм. Благодаря наличию процессора цифровых сигналов и применению высоконадежных алгоритмов определения глубины, SonarMite дает оценку качества каждого выполненного измерения. Контроль параметров определения глубины и запись измерений ведутся с помощью контроллера (КПК), который по Bluetooth соединению получает всю информацию с эхолота [2]. Чтобы в процессе движения судна тахеометр отслеживал и координировал положение отражателя, в каталоге «Съемка» полевого программного обеспечения тахеометра выбирается следующая конфигурация: автоматизированные измерения, автоматическая регистрация точек через определенный промежуток времени, частота регистрации точек от 0.1 до 60 сек [3, 4, 5]. Эхолот производит запись измерений глубины с интервалом 0,5 с. Перед началом работ важно обратить внимание на синхронизацию часов регистраторов, так как при последующей обработке объедение данных в таблицу производится по временным меткам. В текстовые файлы для каждой промерной точки автоматически заносится время измерения. Формат и состав данных текстовых файлов эхолота и тахеометра приведены в табл. 1 и 2, вид общего файла — в табл. 3.

Табл. 1. Представление данных, получаемых с эхолота.

Процесс D

                               
Глубина, м Качество Временная метка (17.05.2010)
1,03 133 23:23:10
1,06 137 23:23:50
1,08 136 23:24:90
1,05 137 23:24:30
1,02 136 23:25:70






Табл. 2. Представление данных, получаемых с тахеометра.

                               
№ точки Северная координата Восточная координата Высота, м Временная метка
1 37049,7372 28636,7378 -0,9922 05:23:23
2 37049,6031 28636,7196 -0,9793 05:23:26
3 37049,4734 28636,7486 -0,9754 05:23:29
4 37049,3821 28636,7501 -0,9785 05:23:32
5 37049,2953 28636,4290 -0,9450 05:23:35







Табл. 3. Итоговые данные гидрографической съемки — трехмерные координаты дна.

                               
№ точки Северная координата Восточная координата Глубина, м
1 37049,7372 28636,7378 -2,0222
2 37049,6031 28636,7196 -2,0393
3 37049,4734 28636,7486 -1,4754
4 37049,3821 28636,7501 -1,4285
5 37049,2953 28636,4290 -1,4050


Далее единый файл подгружается в программу AutoCAD Civil 3D, в которой строятся трехмерные модели и сечения технологических площадок, производится их сравнение с проектом и данными исходного (природного) дна. После анализа результатов измерений по поверхностям и сечениям, появляются возможности выявить отклонения от проектных объемов и проектной геометрии сооружения (углов заложения откосов, планово-высотного положения контуров полок и упорных берм). Кроме того, можно отследить деформации сооружения и природного дна.

Перед перечисленными в данной статье традиционными методами производства гидрографических работ (за исключением ГЛОНАСС/GPS измерений в RTK режиме) предлагаемый нами метод имеет значительные преимущества. Его применение позволяет оперативно, с небольшими затратами материально-технических и трудовых ресурсов получать требуемую информацию, производить работы в любых системах координат: общегосударственных, местных (локальных), условных, а при наличии параметров трансформации — одновременно во всех. Метод не требует организации уровенных постов, производства разметки створов, наличия базовых станций. Основа материально-технической составляющей метода — тахеометр — может применяться для производства других видов геодезических работ. Для обеспечения работ по данному методу достаточно двух «полевых» рабочих (при использовании моторизованного тахеометра — одного) и одного специалиста для обработки полученной информации. Точность определения планово-высотного положения сооружения значительно выше, чем при традиционных методах. Наличие в тахеометре функций слежения, прогнозирования траектории движения и поиска отражателя позволяет использовать данный метод в условиях строительной площадки, где работают строительная техника и механизмы. Основные недостатки метода — сравнительно небольшой радиус работы системы (600 м в процессе слежения за отражателем) и зависимость от метеоусловий (туман, дождь, снег и т. п.). Недостатком можно считать и отсутствие прикладной программы, позволяющей в режиме реального времени объединять данные Leica TCRP 1201+R1000 и эхолота в один файл, управлять работой обоих регистраторов. Поскольку эхолот в первую очередь ориентирован на работу с ГЛОНАСС/GPS приемниками, производители моторизованных тахеометров не прорабатывают их совместимость с эхолотами.

В настоящий момент в условиях строительной площадки применяемый нами метод является оптимальным. Его целесообразно использовать на компактных объектах, расположенных в непосредственной близости от береговой полосы. Например, для съемки акватории портов, каналов и других гидротехнических сооружений, на реках и озерах. Данный метод требует детального и всестороннего изучения, оптимизации всех его достоинств и устранения либо минимизации недостатков.



Рис. 5. Проектная схема технологического островка

Рис. 1. Водолазное обследование дна, фото- и видеосъемка.

Рис. 2. План (А) и глубина (Б).

Рис. 3. Общая схема проведения гидрографических работ.

Технологический островок под мостовой опорой

к другим материалам