искать
Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 116 , авторов - 429 ,
всего информационных продуктов - 4525 , из них
статей журнала - 944 , статей базы знаний - 90 , новостей - 3216 , конференций - 4 ,
блогов - 10 , постов и видео - 202 , технических решений - 10

© 2016-2020 ГеоИнфо

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
Оборудование и технологии 

Картирование подземных коммуникаций в режиме реального времени с помощью ПО RadarMap

Зеленков Сергей Альбертович
12 декабря 2017 года

Программное обеспечение для получения, обработки и интерпретации георадарных данных – один из ключевых факторов, влияющих на качество и достоверность информации. Необходимое ПО, прежде всего, должно обладать свойствами ГИС-системы с возможностью пересчета и перехода из одной системы координат в другую и обратно без потери точности и привязки георадарных данных.

В статье на примере поиска и картирования подземных коммуникаций при помощи георадара показаны существующие в данной области проблемы, предложены варианты их решения и рассказано о преимуществах ПО RadarMap.

Материал был впервые представлен на конференции «ГЕОРАДАР-2017».

Зеленков Сергей АльбертовичИнженер IT НПФ «Радарные Системы» (г. Рига, Латвия)

Сложно представить себе современный город без подземных коммуникаций: сетей водоснабжения, канализации, дренажа, газификации, энергоснабжения, связи и других. К сожалению, ввиду большого количества разных факторов, таких как рельеф местности, уровень грунтовых вод, ошибки проектирования, непрофессиональность и/или халатность подрядчика, недофинансирование и др., расположение подземных коммуникаций очень часто не совпадает с проектной документацией. Нередки случаи банальной утери документации или ее отсутствия как таковой. И это отнюдь не «особенности» отечественных инженерных сетей на постсоветском пространстве, а глобальная проблема всех индустриально-развитых стран. Так, получил широкую известность случай повреждения экскаватором магистрального газопровода высокого давления в Голландии, который, согласно проектной документации, должен был проходить в 100 метрах от котлована. О разрывах телекоммуникационных кабелей, которые закапывались не по проекту, а по принципу «где копать удобней», можно и не упоминать.

Отдельного разговора заслуживает ситуация с локальными подключениями многоквартирных и частных домов. В зависимости от типа коммуникаций существуют разные подходы при ответвлении от магистрали, подведении к фасаду здания и непосредственно самому подключению. Но на картах таким подключениям либо не уделяют внимания вовсе, либо проводят одну схематичную прямую, не всегда соответствующую реальной обстановке. Все это требует срочного и надежного решения.

В поисках наиболее удобного и наименее затратного метода не деструктивного нахождения подземных коммуникаций зарубежные специалисты остановились на георадиолокации.

 

Выявление коммуникаций на георадарном профиле

В результате дифракции каждый точечный отражатель, находящийся в однородной среде, при равномерном движении георадара по ее поверхности отображается на получаемом профиле в виде гиперболы, вершине которой соответствует истинное положение локального объекта. При этом, поскольку в таком же виде отражаются любые локальные объекты, такие как валуны или пустоты, для их отсева необходимо один и тот же объект пересечь в нескольких местах и убедиться, что он является протяженным и выстраивается на поверхности в линию, т.е. является искусственно сооруженным. Иными словами, основная задача исследователя в данном случае сводится к нахождению, распознаванию и картированию «гипербол» на георадарном профиле.

Как следует из вышесказанного, для точного построения и регистрации найденных «гипербол» необходим способ их позиционирования на поверхности, например, при помощи спутниковых глобальных систем позиционирования GPS, ГЛОНАС или GNSS, а в идеале – RTK GNSS системы с возможностью внесения корректировки и накопления ошибок в реальном времени и с постоянным подключением к корректирующей базовой станции. Для этой же цели могут применятся разного рода инерциальные, лазерные или оптические системы позиционирования и их комплексные решения, такие как Dead Reckonning Systems (Системы Счисления Координат), например, WPS (Wheels Positioning System) разработки НПФ «Радарные Системы», интегрированная в ПО RadarMap. В подавляющем большинстве случаев эти системы предоставляют данные позиционирования посредством формата NMEA (National Marine Electronics Association), который является текстовым и может нести разного рода информацию – от координат до характеристик оборудования и источников сигнала. Далее такого рода системы можно объединить под общим термином «GPS-приемник», а их данные позиционирования определить, как «GPS-координаты».

Идея объединить любые цифровые данные с GPS-координатами не имеет явного авторства и лежала на поверхности со времени появления в широком доступе GPS-приемников и массового их внедрения в хозяйственную деятельность человека. На рынке георадаров производители почти одновременно стали предлагать возможность подключения GPS-приемника к их оборудованию напрямую или посредством их же программного обеспечения. Главная задача сводилась к привязке георадарного профиля к GPS-координатам. Вопросы точности привязки, интерполяции и сглаживания GPS-координат, лежащие в плоскостях оборудования и ПО, можно опустить и отнести к техническим.

Но времена одиночных георадарных профилей канули в лету, теперь заказчики хотят оперировать массивами данных – наборами георадарных профилей, перекрывающими исследуемый участок по площади и имеющими жесткую GPS-привязку. Соответственно, стали появляться варианты экспорта или объединения георадарных данных в том или ином виде с онлайновыми картографическими сервисами, такими как Microsoft Bing Maps, Яндекс.Карты или наиболее распространённый Google Earth, он же Google Maps. Все эти сервисы объединяет ряд общих проблем: правообладание и лицензирование, крайне грубый масштаб, а также узкая специализация предоставляемых т.н. API (программных интерфейсов программирования – инструментов программного доступа к онлайн-данным).

Как альтернативный метод отображения георадарных данных с GPS-координатами широко используется метод привязки группы профилей к параллельной или параллельно-перпендикулярной сетке, или разбиению пройденного «змейкой» GPS-трека на линейно-параллельные участки с дальнейшим выделением найденных «гипербол» и нахождением протяженных подповерхностных объектов.

Широко применяется так же и комплексное использование обозначенных выше методов. Но общий принцип использования заключается в пост-обработке данных уже в «офисе», а не «в поле». Это связано, в первую очередь, с не очень широким распространением мобильных компьютеров с широкополосным доступом к интернету, проще говоря с GPRS-модемом «на борту». Наличие смартфонов решает данную проблему, но лишь отчасти: либо скорости не те, либо интерфейсы компьютера уже заняты соединениями с георадаром или GPS-приемником. Использование USB-кабеля «в поле» неудобно, а дополнительное Bluetooth-соединение сужает интернет-трафик.

Выходом и существенным расширением возможностей является использование уже готовых многослойных карт в цифровом формате, предоставляемых кадастровыми службами на местах или идущими вместе с проектной документацией инженерных сетей, которые уже могут содержать начальную, «задокументированную» информацию о наличии на исследуемом участке тех или иных подземных коммуникаций в виде отдельного слоя или слоев. Существует лишь несколько ограничений – формат данных карт, их исполнение (растровое, или что более приемлемо, векторное) и самое главное – это система координат, используемая в этих картах. Ведь GPS-приемник, в большинстве случаев, предоставляет координаты в виде широты и долготы – в градусах-минутах-секундах, в так называемом GGA String, а карты обычно имеют «метровую» привязку. Переход от градусов к расстояниям в метрах или футах влечет за собой широкий пласт проблем, связанных с их пересчетом для каждой отдельно взятой страны или т.н. «зоны» и переходом от сферических координат к прямоугольным с использованием того или иного «эллипсоида» или, проще говоря, от глобальных к локальным координатам. Каждая страна для точного описания своих локальных координат или «зон» использует свой стандарт системы координат, в основе которого, кроме коэффициентов пересчета, используется свой «эллипсоид», размеры которого подбираются при условии наилучшего соответствия фигуре геоида Земли в целом или отдельных её частей, и имеющих наименьшую ошибку точности пересчета в конкретной «зоне». Также следует отметить, что каждая система координат имеет свой собственный «нулевой километр».

Таким образом, необходимое ПО должно обладать свойствами ГИС-системы с возможностью пересчета и перехода из одной системы координат в другую и обратно без потери точности и привязки георадарных данных. Т.е. GPS-координата становится неким многомерным «железным гвоздем», соединяющим георадарные и географические данные, который позволяет «прибить намертво» выделенные гиперболы непосредственно к карте. Данное утверждение проходит «красной нитью» внутри разработки, внедрения и использования ПО RadarMap.

 

ПО RadarMap

При разработке ПО RadarMap было предложено отталкиваться непосредственно от задачи картирования подземных коммуникаций прямо «в поле» с минимальной предварительной подготовкой в виде копирования или «закачки» необходимой карты, охватывающей исследуемый участок. Для получения цифровых карт данное программное обеспечение позволяет использовать разные источники: растровые многослойные карты в виде набора полупрозрачных PNG-изображений, векторные карты в формате AutoCAD DXF, растровые онлайн карты OpenStreetMap® (причем в режиме онлайн для текущих GPS-координат или по заданным вручную координатам с возможностью кэширования скачиваемой карты). Так же допускается использование векторных мультифайловых карт, хранящихся в локальной базе данных. Наконец, предусмотрена возможность применения любых изображений карт (например, скан-копий) с ориентацией на север.

Основное окно программы разбито на две рабочие области: карт и георадарных данных, причем отображаемая информация взаимосвязана в обеих областях. Массив полученных георадарных профилей, привязанных с помощью GPS-координат к карте, сама карта, выделенные «гиперболы», сопутствующие отметки и замечания, а также добавленная дополнительная информация объединяются в «проект». Причем существует возможность к любому созданному объекту прикрепить дополнительный файл, будь то фотография местности или техническое описание участка. Все объекты проекта имеют жесткую GPS-привязку, где их расположение либо фиксировано, либо может быть изменено только в соответствующей области, подчиняясь типу и возможному характеру изменений объекта. Оператору не нужна клавиатура или мышка, все рассчитано только на интерактивное управление через функции современных планшетных компьютеров. Выбор из ряда основных ярлыков, обозначающих базовые типы подземных коммуникаций, помогает оператору выбрать соответствующий ярлык и поместить его на «вершину» обнаруженной гиперболы. Ярлык того же типа появится на карте в соответствующем положению на профиле месте. Ярлыки одного и того же типа могут складываться на карте в линию, характеризующую геометрию подземных коммуникаций, и, при наличии слоя подземных коммуникаций на карте, могут либо совпадать с уже откартированными сетями, либо не совпадать, что однозначно говорит о несоответствии карт «реальной картине». Одним из главных параметров каждой выделенной и отмеченной ярлыком гиперболы, является глубина залегания, которая, по большей части, либо не соответствует документации, либо вообще там не указана. Все полученные данные и выделенные объекты могут быть экспортированы в DXF формат или в ряд других форматов для дальнейшей обработки, дополнения и корректировки инженерной документации. Также весь проект сохраняется в виде набора файлов данных с описанием в GML-формате, что позволяет быстро и эффективно импортировать полученные данные в любые ГИС-системы, работающие с XML.

Текущая версия ПО RadarMap используется в Голландии, Швеции и Бельгии, а также внедряется в Германии и готовится к внедрению в остальных странах Евросоюза и странах СНГ. Системы координат для разных стран и зон добавляются в виде отдельных «плагинов» с открытым исходным кодом и доступны для широкого использования.

Дальнейшее развитие как метода, так и его воплощения в ПО RadarMap следует по пути автоматического нахождения и распознавания образов гипербол с их дальнейшей классификацией и подразделением на типы подземных коммуникаций.

Приобрести программное обеспечение RadarMap, а также получить все необходимые консультации можно в представительстве НПФ «Радарные Системы» в России и странах СНГ – проекте «Радарные и сейсмические системы».

 

Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению