Важко уявити сучасне виконання топографо-геодезичних робіт без нових високоточних вимірювальних приладів. Їх використання дозволяє виконувати знімальні роботи великих територій за один виїзд і накопичувати всю вихідну знімальну інформацію в одному інформаційному масиві. Зрозуміло, що обробка цих даних вручну досить трудомістка. Тому для подібних робіт, а також складних математичних розрахунків, що виникають у процесі виконання камеральної обробки даних топографо-геодезичних зйомок, використовуються сучасні геоінформаційні системи. ГІС K-MINE містить модуль топографо-геодезичного забезпечення, що застосовується для автоматизації роботи топографо-геодезичних служб різних підприємств.
Модуль містить набір функцій, які дозволяють автоматизувати весь комплекс камеральних робіт. Всі функції модуля можна розбити на кілька груп:
- формування первинної топографічної основи на основі растрових зображень (калібрування растрів, прив’язка, спільне використання растрово – векторних підкладок);
- формування опорного обґрунтування, його поповнення та порівняння;
- обробка даних топографічних зйомок;
- автоматизація вимірювань (кутові і лінійні), розрахунок обсягів і площ;
- вирішення позиційних геометричних задач;
- поповнення інформації на картах і планах;
- формування та ведення спеціальної регламентованої та додаткової звітної документації.
До переваг використання модуля можна віднести не тільки підтримку великого числа вимірювальних приладів, у тому числі й з GPS, але й можливість отримання службової інформації з приладів, яка може бути використана для автоматизації побудов об’єктів (коди пікетів, довгі зйомки, робота безпосередньо в полі).
Робота з модулем топографо-геодезичного забезпечення можлива як у локальному, так і в багатокористувацькому режимах. Останній – характеризується використанням єдиної бази зйомок для всіх виконавців з підтримкою віддаленого доступу до бази. Зйомки (тахеометри, теодолітні ходи і нівелювання), точки, опорні пункти, виконавці, інструменти заносяться в єдину базу даних, і можуть бути використані всіма користувачами системи. Це дозволяє виключити дублювання інформації, забезпечити взаємозамінність виконавців при роботі на різних ділянках об’єктів зйомки, спростити процедури пошуку зйомок, адміністрування системи. Крім того, використання єдиного інформаційного масиву підвищує контроль виконавчої дисципліни при виконанні топографо-геодезичних робіт на підприємстві.
Повсякденна робота геодезиста-топографа пов’язана з виконанням знімальних робіт у полі. При цьому об’єкт зйомки (територія) може бути значно віддалена від офісного центру, де розміщуються робочі станції з встановленим ПЗ. Фахівцями КРИВБАСАКАДЕМІНВЕСТ був розроблений комплекс заходів, що дозволяє виконувати обробку даних топографічних вимірювань безпосередньо в полі. Їх використання повністю не замінює камеральних робіт у відділі, однак, дозволяє значно прискорити процес попередньої обробки даних, і уникнути в ряді випадків додаткових виїздів в поле. Методика була випробувана у відділі геодезичних вишукувань Українського наукового дослідного проектно-вишукувального інституту промислової технології і показала себе з кращого боку. Її використання дозволило спростити роботу топографів і підвищити якість виконуваних ними робіт.
В основу методики покладено використання мобільних ПК (типу ноутбук) спільно з електронними вимірювальними інструментами. Зйомка у вигляді обмінного файлу відразу ж потрапляє з приладу в комп’ютер по кабелю або бездротовому з’єднанню (Bluetooth), де обробляється і може бути візуалізована в середовищі K-MINE. Візуальний контроль за параметрами зйомки дозволяє оперативно вносити корективи у подальшу роботу в поле, повністю виключити варіанти пропуску або повторного дублювання об’єктів зйомки (рис.1). У кінцевому рахунку, це призводить до скорочення загального часу перебування в полі. У разі виникнення спірних питань, інформація про зйомки може бути відразу ж передана в офісний центр з використанням технології GPRS.
У якості об’єктів зйомки можуть виступати різні об’єкти: контури полів, осі і узбіччя доріг, лісосмуги та насадження, позначки майданчиків або фундаментів споруджуваних будинків, місця розстановки обладнання, опори ЛЕП та інші об’єкти.
Рис. 1 – Варіант пропуску об’єктів між двома суміжними зйомками
За допомогою процедури засічки (прямої, зворотної, бічної) по мережі опорних пунктів визначаються координати точки стояння. Якщо пунктів обґрунтування недостатньо, то до точки стояння від відомого трігопункту прокладається теодолітний хід (замкнутий, розімкнутий або висячий). Далі з цієї точки виконується тахеометрична зйомка об’єктів. Одна зйомка може містити кілька тисяч подібних вимірювань. Всі дані зйомок записуються в пам’ять приладу, а в разі роботи з оптико-механічними вимірювальними приладами – в польовий журнал. Описуваний комп’ютерний модуль підтримує більшість популярних форматів вимірювальних інструментів, список яких постійно доповнюється розробниками.
Характерними і важливими для топографо-геодезичних робіт є завдання порівняння. Модуль топографо-геодезичних робіт в K-MINE дозволяє виконувати порівняння нівелірних ходів і ходів полігонометрії різних видів як з однією, так і з кількома вузловими точками. Так само до складу включені завдання проектування мереж тріангуляції різних класів і розрядів (рис. 2).
Рис. 2 – Проектування мереж тріангуляції і нівелірних мереж різних класів
В даний час для топографо-геодезичних зйомок все частіше використовуються вимірювальні прилади з GPS. Для того, щоб виконати зйомку, зробити її камеральну обробку і винести дані в цифрову модель, геодезисту-топографу необхідно затратити 10-15 хвилин. Використання RТK-режиму (без постобробки, з можливістю отримання координат планово-висотного положення безпосередньо в момент зйомки) ще більш прискорює цей процес.
Застосування подібного обладнання (рис. 3) дозволяє відмовитися від використання традиційного топографо-геодезичного обґрунтування, виконувати всі вимірювання без гірника, звести до мінімуму ймовірність виникнення помилок, викликаних погодними умовами і суб’єктивними факторами.
Рис. 3 – Структура побудови системи топографо-геодезичного забезпечення на базі ГІС K-MINE із застосуванням GPS обладнання
Для введення даних з вимірювальних приладів в систему можуть використовуватися різні способи: дистанційні бездротові – радіоканали УКХ, GSM, GPRS, Bluetooth; провідні – через порт комп’ютера RS-232; ручне введення.
Постобробка даних зйомки традиційним способом починається з визначення координат точки стояння. Для цього в системі використовуються всілякі засічки (пряма, бокова, зворотна). Система автоматично відбраковує варіанти з неприпустимими похибками або грубими помилками. Координати точки заносяться в базу опорного обґрунтування. За результатами розрахунку оформляється звіт, який можна експортувати у формати популярного ПЗ (MS Word, Excel, PDF, XML) і автоматично підключити до бази зйомок (рис.4).
Рис.4 – Розрахунок координат точки методом зворотної засічки
Наступним кроком роботи є обробка даних тахеометричної зйомки. При виконанні зйомок за допомогою електронних тахеометрів, для кожної виміряної точки вводяться ідентифікатори, які можуть бути класифіковані системою. Їх використання значно прискорює процес групування даних та побудови зйомок. В одній зйомці можна розрахувати координати пікетів різнотипних графічних об’єктів топографічної зйомки (контури будівель, дороги, трубопроводи, лінії обваловок, відмітки по площі, осі і узбіччя автомобільних доріг і залізниць, опори та інші), виконати їх групування і, при необхідності, змінити порядок з’єднання точок. Координати точок розраховуються автоматично по мірі введення даних або експортуються безпосередньо з приладу (рис. 5). В одній зйомці можна виконувати розрахунок координат, як з опорної, так і з перехідної точок.
Рис. 5 – Загальний інтерфейс завдання тахеометричної зйомки
Розраховані пікетні точки можуть бути занесені в таблицю опорних точок і використані при подальшій роботі для будь-якої задачі модуля. Всі знімальні дані можуть бути безпосередньо передані в графічний редактор ГІС K-MINE, де виконується подальша обробка графіки (рис. 6). При цьому немає необхідності використовувати обмінні файли, дані зйомки відбудовуються в модель згідно налаштуванням, в яких заздалегідь вказані необхідні властивості об’єктів.
Рис. 6 – Побудова зйомки в графічний редактор ГІС та суміщення зі збереженої картою місцевості
Крім лінійно-кутових мереж, програма дозволяє працювати з нівелірними мережами (технічне та тригонометричне нівелювання), вирішувати прямі і зворотні геодезичні задачі при винесенні даних в натуру, виконувати розрахунок і побудову зйомок комбінованим способом.
Важливим чинником, що підвищує якість виконання топографо-геодезичних робіт, є можливість швидкого пошуку по базі даних зйомок будь-якого об’єкта з координатами. Тобто, для будь-якої пікетної точки, яка була відбудована в графічному редакторі і внесена в модель, можна перевірити дату виконання топографічної зйомки і дізнатися виконавця.
У блок вимірювань входять будь-які лінійні і кутові вимірювання в площині і в просторі, вимірювання площ фігур, обмежених контуром або довільним числом ліній, вимірювання довжин кривих ліній, радіусів заокруглень і багато іншого.
Фахівці геодезичної служби регулярно стикаються з вирішенням різноманітних позиційних геометричних задач. Багато з них вимагають від користувача спеціальних знань, розвиненого просторового мислення і можуть бути досить трудомісткими. До того ж, навіть незначна помилка в розрахунках і побудовах може призвести до значних витрат на ліквідацію її наслідків. До таких завдань відносяться: побудова суміщених топографо-геодезичних розрізів для декількох положень рельєфу, в тому числі за кількома профільними лініями; побудова профілів лінійних об’єктів, наприклад комунікацій, доріг на схилах при пересіченому рельєфі; оконтурювання об’єктів; оформлення креслень бергштрихами різного типу і багато інших.
Додаткові функції модуля: зв’язування в групу об’єктів, зйомка яких виконувалася з декількох точок; упорядкування і автоматична нумерація опор в естакаді, що знімається; перерахунок висоти опор по рельєфу площадки; порівняння фактичного планового і висотного положення опор з проектом (в тому числі і для спеціальних робіт), винесення даних проектування ліній електропередач або інших комунікацій в натуру при виконанні розбивочних робіт, побудова ізогіпс для будь-якого числового параметра і багато інших.
Результати розрахунків і графічних побудов можуть бути виведені на принтер і експортовані у формати популярного ПЗ (MS Word, Excel, PDF, XML).
І, звичайно ж, одним з головних завдань топографо-геодезичної служби підприємства є формування графічної документації, карт і планів. Дані топографо-геодезичних зйомок є першоосновою для формування майбутньої карти. До цих пір більшість карт, планів та інших картографічних даних на підприємствах знаходяться у вигляді лавсанів, кальок, паперових планшетів тощо. Причому, найчастіше, їх стан досить плачевний. Все це наслідок постійного їх ручного поповнення, копіювання, складання та згортання в інші формати. Наприклад, для того, щоб скласти в папку формату А-4 лист А-0 формату необхідно зробити кілька перегинів листа. При цьому відбувається деформування паперу в місцях згину. При частому згортанні і розгортанні також пошкоджується робоча поверхня карти, аж до розривів, роблячи її важкочитаємою. Все це призводить до необхідності виконання робіт з переведення паперового носія в електронний вигляд. Використання електронних карт зведе до мінімуму ймовірність пошкодження паперового носія під час чорнової роботи з ним, а також дозволить усунути всі супутні йому дефекти. Саме тому K-MINE містить спеціальний набір процедур для калібрування і векторизації растрових зображень, а також спільної роботи з растровими і векторними зображеннями (рис. 7).
Рис. 7 – Спільне використання растрової та векторної інформації
Таким чином, модуль топографо-геодезичного забезпечення у складі ГІС K-MINE представляє собою універсальний інструмент, здатний вирішувати широке коло завдань. З його допомогою можна автоматизувати просторово-геометричні розрахунки, організувати ведення технічної та графічної документації. Використання модуля підвищує точність розрахунків, скорочує в кілька разів часові та матеріальні витрати на виконання базових операцій по зйомці та обробці даних. Багатокористувацький режим роботи забезпечує підвищення точності і надійності інформації за рахунок авторизованого доступу до даних, дозволяє організувати роботу всіх спеціалістів підприємства в єдиному інформаційному просторі, прискорити процеси виконання технологічних завдань при побудові топопланів і створенні електронних карт.
Ефективність роботи модуля підтверджена практичним досвідом використання системи на багатьох підприємствах України, країн ближнього і дальнього зарубіжжя.
Основними напрямками подальшого розширення функціональності модуля топографо-геодезичного забезпечення є розробка математичного апарату обробки даних при роботах, пов’язаних з високоточними геодезичними вимірюваннями способами їх порівняння та оцінки точності отриманих обчислень.
М.В. Назаренко, директор, КРИВБАСАКАДЕМІНВЕСТ, м.Кривий Ріг, Україна
С.А. Хоменко, керівник відділу ГІС, КРИВБАСАКАДЕМІНВЕСТ, м.Кривий Ріг, Україна