Главная | Архитектура и строительство | Статьи | Градостроительство | Особенности создания современной геодезической основы и цифровых топографических планов города

Градостроительство

Особенности создания современной геодезической основы и цифровых топографических планов города

Проблемой большинства крупных городов является отсутствие качественных планово-картографических материалов, необходимых для планирования градостроительной деятельности, эксплуатации инженерных коммуникаций, жизнеобеспечения населения. Около 20 лет вопросам актуализации картографических материалов не уделялось должного внимания.

В то же время на рынке топографо-геодезических услуг появились принципиально новые технологии, позволяющие иначе посмотреть на сложившуюся проблему. Спутниковые навигационные системы GPS и ГЛОНАСС произвели настоящую революцию в области геодезических измерений. В любую погоду, круглосуточно обеспечивается высокоточное позиционирование в любой точке Земли. Цифровая аэрофотосъемка в сочетании с лазерным сканированием в корне меняет технологию съемки местности и обработки информации. Представление продукции в цифровом виде открывает возможности развития тематического картографирования для формирования единой базы данных о территориях в целях обес­печения эффективного управления городской инфраструктурой.

Сложившаяся ранее система локального обновления информации о территории, поэтапного развития опорной сети, восстановления пунктов в настоящее время утрачена и потеряла свою значимость. В последние годы относительной стабильности на проблему плохой обеспеченности городов картографической и градостроительной документацией обратили внимание и власти. Даже в новой редакции Градостроительного кодекса появились статьи, не допускающие финансирование градостроительной деятельности на территориях, не обеспеченных актуальными генеральными планами. В связи с этим во многих субъектах Российской Федерации приняты собственные программы, предусматривающие обновление картографической основы и градостроительной документации.

Обновление картографической основы предполагает:

• установление единой системы координат;

• реконструкцию опорной сети;

• обновление картографических материалов;

• создание системы мониторинга.

Власти столкнулись с проблемой выбора. Если выполнять эту работу традиционными способами, то потребуются миллиардные затраты и десятилетия на ее реализацию. Причем десятилетия, реально грозящие перерасти в бесконечность. Опираясь на последние достижения науки и техники, можно решить поставленную задачу в обозримые сроки и за реальные деньги. Рассмотрим один из вариантов технологии обновления картографической основы на примере г. Омска.

 

Установление единой системы координат

Современная геодезическая основа города создается по спутниковой технологии в местной системе координат, установленной строго относительно Государственной геодезической системы координат (ГСК-95), что регламентируется  постановлениями Правительства Российской Федерации. Для создания такой сети и установления местной системы координат (МСК) необходимо выдержать следующие основополагающие условия:

• местная система координат должна иметь непосредственные параметры (ключи) перехода к Государственной системе координат ГСК-95;

• каркас современной геодезической основы города создается в виде сети базовых станций по GPS-технологии;

• один или несколько исходных пунктов должны быть определены относительно близлежащих пунктов фундаментальной астрономо-геодезической сети (ФАГС), высокоточной  геодезической сети (ВГС), или постоянно действующих пунктов мировой геодезической сети;

• главным условием является необходимость сохранения городской системы координат, в которой ранее были выполнены крупномасштабные съемки территории города, и одновременно с этим обеспечить высокой однородной точности городской геодезической сети для всего комплекса задач.

Геодезическая привязка сети базовых станций осуществляется в два этапа. На первом этапе выполняется привязка всех пунктов спутниковой геодезической сети к общеземной системе координат WGS-84. На втором этапе определяются координаты базовых станций и нивелирных пунктов в ГСК-95 и Балтийской системе высот.

В Омске создана сеть из пяти базовых станций. Базовая станция ФГУП «ВИСХАГИ» определена из пятисуточных сеансов наблюдений относительно пяти постоянно действующих пунктов мировой геодезической сети с использованием точных эфемерид. В результате уравнивания сети получены координаты базовой станции в WGS-84 с точностью 3 см в плане и 10 см по высоте. Определение координат остальных базовых станций в WGS-84 было выполнено уравниванием от базовой станции ВИСХАГИ.

Для перехода к государственной системе координат 1995 года выполнены спутниковые измерения относительно пунктов государственной геодезической сети сетевым методом. На пунктах ГТС – синхронные спутниковые наблюдения по четыре сеанса с изменением высот антенн между сеансами. Длительность одного сеанса 4 часа. На нивелирных пунктах реализованы синхронные спутниковые наблюдения по два сеанса с изменением высот антенн между сеансами. Длительность одного сеанса 4 часа.

Весь комплекс полевых и камеральных геодезических работ по определению координат базовых станций в системе координат ГСК-95 и Балтийской системе высот 1977 г. завершается уравниванием всей сети и оценкой точности. Погрешности получения координат базовых станций относительно пунктов ГГС не превысили 1 см в плане и 3 см по высоте.

Для реализации главного условия было необходимо минимизировать расхождения координат между вновь установленной системой координат и старой городской системой координат города. Оптимизация параметров преобразования относительно ГСК-95 осуществлена путем подбора осевого меридиана и поверхности относимости. Установленные параметры позволили получить расхождения координат контрольных пунктов геодезической сети, расположенных на максимальном удалении от исходного пункта (в пределах городской черты), которые не превышают предельной графической точности плана масштаба 1:500. По установленным параметрам (ключам) перехода от системы ГСК-95 к МСК вычислены координаты всех пунктов геодезической и опорной межевой сетей. Таким образом, устанавливается единая местная система координат города.

 

Реконструкция опорной сети

Реконструкция сети городской полигонометрии предполагает инвентаризацию сохранившихся пунктов, проектирование и закладку взамен пунктов утраченных, проектирование и закладку пунктов на осваиваемых территориях, определение их координат относительно базовых станций. Это дорогостоящая и трудоемкая работа. Развитие города: реконструкция улиц, точечная застройка, освоение новых территорий, – все это не способствует сохранности пунктов. Едва завершив работы по обновлению опорной сети, ее придется начинать снова. И все же поддержание сети полигонометрии необходимо для обеспечения топографо-геодезических работ, выполняемых традиционными способами без применения спутниковых технологий.

Сеть базовых станций может обеспечить работу спутниковых приемников в режиме  RTK (real time kinematics), который позволяет в реальном масштабе времени с высокой точностью осуществлять координирование, вынос проектов в натуру и съемку  для различного целевого назначения. Время, необходимое для координирования точки, – менее секунды, точность – 5 см. При этом не требуется закрепления на местнос­ти и обеспечения взаимной видимости опорных пунктов. Сеть базовых станций в сочетании с работой в режиме RTK – это одно из наиболее перспективных направлений развития городской опорной сети.

В настоящее время  в г. Омске установлена и успешно работает в режиме RTK базовая станция филиала ВИСХАГИ. Проект находит новых сторонников, что позволяет говорить о скором расширении сети базовых станций. Дело осложняется замораживанием финансирования в этот кризисный период.

 

Обновление картографических материалов

Цифровые топографические планы (ЦТП) города создаются в масштабе 1:500. С целью оптимизации затрат и сроков выполнения работ обновление ЦТП целесообразно выполнять по современной аэрофотогеодезической технологии. В качестве исходных материалов для ускоренной технологии использовались аэрофотосъемка (АФС) городской территории масштаба 1:4000 и воздушное лазерное сканирование (ВЛС). АФС и ВЛС выполнены с использованием пяти базовых станций для определения координат центров проекций снимков и элементов внешнего ориентирования сканерного блока.

Продукт неогеографии в России – Google Earth использовался на стадии проектирования аэрофотосъемки города, а также для
составления проекта привязки опознаков. Растр высокого пространственного разрешения совмещался с реальным проектом аэрофотосъемки и границей обработки в мировой географической системе координат, что позволило реально ускорить процессы проектирования и выполнения полевого комплекса аэрофотогеодезических работ.

Одновременно с лазерным сканированием выполнена цифровая цветная АФС в масштабе 1:10000 с фокусным расстоянием 60 мм и разрешением в пикселе фотоснимка 7 см на  местности.

Воздушное лазерное сканирование осуществлялось с высоты 600 м над средней плоскостью, плотность лазерных точек составляет 6 на 1 квадратный метр при частоте сканирования 150 кГц и средней скорости носителя 140 км/час. Обработка материалов воздушного лазерного сканирования выполняется по новейшим автоматизированным и автоматическим алгоритмам, по которым, в частности, выделяются поверхность земли, здания и сооружения, растительность. Разработан модуль технологии обновления рельефа крупномасштабных топографических планов.

Точность построения ЦМР, полученной по данным ВЛС, контролировалась по материалам полевой инструментальной съемки. С использованием спутниковых приемников и электронных тахеометров определялись плановые координаты и высоты идентичных точек. Расхождения между полевыми отметками  и отметками, полученными по результатам ВЛС, не превысили 10 см. Точность построения ЦМР по результатам ВЛС соответствует требованиям инструкций, предъявляемым к сечению рельефа 0,5 м.

Дешифрирование для создания ЦТП масштаба 1:500  выполнено на увеличенных до масштаба 1:500 фрагментах центральных частей аэрофотоснимков панхроматической аэрофотосъемки масштаба 1:4000. Дешифрирование застроенной территории отличалось от традиционного особыми организационными условиями – осуществлялось комплексной группой, в состав которой входят дешифровщик и оператор фотограмметрист. При камеральном просмотре выполняется стереоскопическое изучение снимков, а также дополнительных материалов, содержащих сведения об объектах местности. Предварительным совместным просмотром определяются участки и объекты для полевого обследования и дешифрирования. После полевого обследования дешифровщик совместно с оператором фотограмметристом завершают создание ЦММ.

Планово-высотная подготовка снимков городской территории выполнена по GPS-технологии относительно базовых станций. Режим измерения для определения координат планово-высотных опознаков – «Быстрая статика». Координаты каждого опознака определялись не менее чем от двух базовых станций городской сети. Точность координат опознаков в плане 3 см, по высоте – 4 см.

Фотограмметрическое сгущение опорной геодезической сети, включающей опознаки и центры фотографирования, выполнялось на цифровой фотограмметрической станции Z/I  фирмы Intergraph строгим способом уравнивания связок. Для создания цифровых топографических планов использовался  специально разработанный  классификатор для ЦТП масштаба 1:500.

Выпущены  современные ЦТП территории первой очереди. Готовая продукция в виде ЦТП масштаба 1:500 выдается в цифровой форме на DVD-дисках. В настоящее время продолжается выполнение комплекса  аэрофотогеодезических  работ и выпуск ЦТП масштаба 1:500 второй очереди.

Материалы цифровой цветной аэрофотосъемки и воздушного лазерного сканирования в перспективе обеспечат переход от плоской векторной формы представления цифровой информации в ГИС к современному трехмерному документированию объектов города в 3D- информационных системах. Это открывает принципиально новые возможности для детального, достоверного и динамичного отображения  и модернизации всех аспектов жизни города в трехмерном пространстве.

 

Создание системы мониторинга

Необходимым условием перехода к системному обновлению (мониторингу) цифровой топографической информации является требование соблюдения единых правил съемки, отображения и классификации объектов. Для этого созданы классификаторы и сформулированы единые топологические правила.

Актуальной остается задача контроля и приемки работ. Недопустимо, чтобы некачественная информация попала в базу данных. Сеть базовых станций в сочетании с RTK режимом позволяют не только получать результаты позиционирования в реальном времени, но и контролировать процесс съемки. Для этого комплект спутниковой аппаратуры обеспечивается каналом связи с сервером и передает все результаты измерений. Оператор, наблюдающий за процессом, может проверить наличие регистрации работ, отобразить результаты съемки на фоне цифровых планшетов, проверить точность и полноту съемки. Таким образом организуются дежурные съемки.

Периодическое обновление может выполняться с использованием данных дистанционного зондирования Земли из космоса и по результатам повторного воздушного лазерного сканирования территорий. По космическим снимкам высокой разрешающей способности могут выявляться места, в которых произошли существенные изменения, а также обновление картографических материалов масштаба 1:2000 – 1:10000. По материалам повторного лазерного сканирования оперативно могут выявляться изменения не связанные с изменением формы объектов в проекции на местность, например надстройки дополнительных этажей.

Сочетание современных технологий при актуализации цифровой топографической основы города позволяет не только сократить затраты и сроки на производство работ, но и перевести на качественно новый уровень использование результатов картографирования, в частности в целях создания градостроительной документации.­­

 
 
 
Баннер
Баннер
Баннер
Баннер