Предварительные испытания мобильного лазерного сканера-рюкзака Leica Pegasus: Backpack

Недавно специалисты ГБУ «Мосгоргеотрест» собрались у входа в здание треста, чтобы вместе с представителями компании «Гексагон» провести испытание нового прибора — мобильной лазерной сканирующей системы Leica Pegasus: Backpack. Место было выбрано не случайно. Специалисты с нетерпением ждали, как данная модель справится с поставленными, весьма и весьма непростыми задачами.

Но сначала давайте разберемся, что за чудо техники — мобильный лазерный сканер Leica Pegasus: Backpack.

Прибор предназначен для сбора данных о форме и размерах объектов как внутри, так и вне помещений. Корпус прибора выполнен из карбона, размещен в ранце из высокопрочного текстиля, который надевает исполнитель. В аппарате смонтировано 5 цифровых фотокамер, 2 лазерных сканера, геодезический спутниковый приемник и инерциальная система. Время работы без подзарядки — 4 часа, время зарядки — 3 часа. Есть возможность «горячей» замены аккумулятора — не прерывая работы устройства. Для настройки и управления прибором используется защищенный планшетный компьютер. Весит конструкция около 12 кг.

Подробнее рассказывает главный геодезист ГБУ «Мосгоргеотрест» Сергей Геннадиевич Гаврилов:

«У нас есть опыт использования мобильной лазерной сканирующей системы Trimble MX8 — она смонтирована на крыше микроавтобуса. В ее состав входят приемники ГНСС (глобальные навигационные спутниковые системы). С их помощью, используя базовые станции СНГО Москвы (система навигационно-геодезического обеспечения), определяется траектория движения аппарата. В тот момент, когда машина заезжает в тоннель или под мост, связь со спутниками теряется. Тогда для позиционирования используются данные инерциальной системы — методы навигации и управления движением, основанные на свойствах инерции тел, являющиеся автономными, то есть не требующими внешних ориентиров или поступающих извне сигналов. Когда транспортное средство выезжает из-под препятствия, прием сигналов спутников возобновляется. Это позволяет восстановить траекторию, в том числе, когда машина находилась вне зоны доступа сигналов ГНСС.

Во время движения работают 2 лазерных сканера. Они с высокой частотой (по 300 000 измерений в секунду каждый, итого 600 000 измерений, по 200 метров в каждую сторону) сканируют вертикальную и горизонтальную плоскость, определяя координаты тех точек, от которых отразился лазерный луч. Это и поверхность земли, и кусты, и движущиеся машины, и люди, и капли дождя, и прочие объекты. Для последующей, камеральной обработки собирается огромное количество информации. Но не вся она полезна. Поэтому, как правило, в состав лазерных сканирующих систем входят цифровые фотокамеры. Это позволяет «раскрасить» полученные точки отражения лазерных лучей: если луч отразился от поверхности земли, то точка будет серой, если от куста — зеленой, от автомобиля — точка будет в цвет автомобиля, и далее по тому же принципу. Это помогает оператору дешифрировать результаты съемки и выделить объекты, информация о которых должна быть отображена на топографических планах.

Сейчас мы пользуемся мобильной лазерной сканирующей системой Trimble MX8, смонтированной на микроавтобусе. Она чрезвычайно эффективна при съемке дорог, но в стесненных условиях, например, во дворах, ее использование затруднено или вовсе невозможно. В свете того, что мы проводим геодезические работы, в том числе на большом количестве дворовых территорий, нам необходимы более мобильные решения. Самое простое — увеличить количество бригад. Вооружить их стандартным геодезическими приборами, фотоаппаратами и снимать дворы в свое удовольствие. Это мы делать умеем. Наземные методы — измерять углы, расстояния, по ним вычислять координаты — известны досконально, они использовались еще при постройке египетских пирамид. И, понятно, они надежные. Но их производительность ограничена. Нам же требуется кратное увеличение производительности при топографической съемке. Именно поэтому мы тестируем возможности рюкзака Leica Pegasus: Backpack.

Методика производства топографической съемки с его помощью, по сравнению с традиционной съемкой выглядит впечатляюще. Минимальные усилия для подготовки. Система запускается и инициализируется в местах надежного приема сигналов спутников — это занимает 10-15 минут. Далее съемка сводится к тому, что оператор с рюкзаком просто обходит участок, система автоматически сканирует и фотографирует полосу заданной ширины за его спиной.

Место проведения эксперимента (двор Мосгоргеотреста по адресу: Ленинградский проспект, дом 11) было выбрано не случайно. Это двор с типовыми условиями центра Москвы — в таких дворах проводить спутниковые геодезические измерения чрезвычайно затруднительно. Здания, особенно расположенные южнее участка съемки, является непреодолимым препятствием для сигналов спутников ГНСС. Густая листва также сильно мешает спутниковым измерениям.

До начала эксперимента мы провели сплошную топографическую съемку двора традиционными методами. По ее результатам мы определили координаты 16 контрольных точек. Это, к примеру, угол бортового камня, колодец, граница смены покрытия и так далее. Среди них были точки, в которых прием сигналов спутников ГНСС попросту невозможен: одна из них располагается в арке, две другие — в узком проходе между стенами капитального здания и легкой постройки. Здесь позиционирование возможно только с помощью инерциальной системы. В рамках эксперимента специалисты «Гексагон» должны были определить координаты этих 16 точек с помощью Leica Pegasus: Backpack.

На этом этапе эксперимента определялись метрологические характеристики системы. То есть, насколько точно можно определить координаты объектов в условиях типового московского двора. В ходе обработки полученных результатов было установлено, что с лёту, без дополнительных усилий, средние квадратические расхождения координат на контрольных точках составили несколько дециметров, что объясняется сложными условиями приема сигналов спутников ГНСС. Для крупномасштабной топографической съемки такая точность недостаточна. Программное обеспечение Leica Pegasus: Backpack позволяет использовать при обработке координаты некоторых точек, полученных независимыми методами, и за счет этого повысить точность результатов. В нашем эксперименте были зафиксированы координаты четырех опорных точек, расположенных вблизи границ участка съемки. После этого средние квадратические расхождения между результатами традиционной топографической съемки и мобильного сканирования составили десять сантиметров. Это уже очень хорошие результаты!

На сегодняшний момент мы оцениваем возможности программ для обработки облаков точек. Задачи, которые мы ставим перед собой:

• изучить, совместно с производителем, средства автоматизации обработки полученных результатов облаков точек и фотопанорам
• оценить производительность труда при полном цикле работ с использованием системы Leica Pegasus: Backpack».