Информационная модель (ИМ) представляет собой совокупность представленных в электронном виде документов, графических и текстовых данных по объекту строительства, размещаемая в среде общих данных и представляющая собой единый достоверный источник информации по объекту на всех или отдельных стадиях его жизненного цикла [1]. Основная задача ИМ - обеспечить своевременность и обоснованность принятых решений. 

В состав ИМ также входят цифровые информационные модели (ЦИМ) объектов. ЦИМ является объектно-ориентированной параметрической трехмерной моделью, представляющей в цифровом виде физические, функциональные и прочие характеристики объекта (или его отдельных частей) в виде совокупности информационно насыщенных элементов [1]. 

ЦИМ на стадии проектирования получают путем конструирования в 3Dсреде. На стадиях строительства и эксплуатации ЦИМ получает уточнение по результатам полученным в том числе при лазерном сканировании или фотограмметрии. 

Основные перспективные направления применения ЦИМ для искусственных сооружений:

  1. Применение обновляющейся в реальном времени ЦИМ для осуществления дистанционного контроля качества и приёмки строительных работ.
  2. Применение ЦИМ при проведении работ по приемочной или периодической диагностике искусственных сооружений, для получения исчерпывающих данных об элементах.
  3. Применение ЦИМ для проведения мониторинга за состоянием искусственного сооружения на стадии эксплуатации.

Внедрение цифровых информационных моделей объектов по данным направлениям накладывает определенные требования к получению и представлению геопространственной информации. 

Программой инновационного развития Государственной компании «Автодор» 2016-2020 гг. предусмотрено внедрение технологий информационного моделирования.

В 2015 году ООО «Автодор-Инжиниринг» в рамках работы [2] сформулировал основные требования к цифровой модели объекта дорожной инфраструктуры, в частности, к модели искусственного сооружения (мостам, путепроводам и тд.):

  1. ЦИМ искусственного сооружения должна быть спозиционирована в глобальных географических координатах, дополнена необходимыми топографическими данными и увязана с цифровой моделью местности других объектов дорожной инфраструктуры.
  2. Детализация пространственной ЦИМ искусственного сооружения должна определяться необходимой степенью детализации информации о сооружении в процессах управления на различных стадиях жизненного цикла.
  3. Для ЦИМ искусственного сооружения необходимо использовать иерархическую многоуровневую структуру, основанную на сортировке всего набора элементов по функциональным, топологическим и топографическим признакам.

В августе 2018 года специалисты ООО «Индор-Центр» совместно с кафедрой «Геодезия и геоинформатика» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) при поддержке ООО «Автодор-Инжиниринг» провели серию опытных пролетов БПЛА со съемкой путепровода и зверопрохода на предпусковом участке автомобильной дороги М-11 «Москва – Санкт-Петербург» (см. рис. 1 и 2).

Рис.1. Путепровод на 63 км автодороги М-11
Рис. 2. Зверопроход на 78 км автодороги М-11

Основными целями опытных пролетов являлось следующее:

  1. Оценка возможности применения БПЛА для получения полной (целостной) цифровой модели сооружения с учетом подмостового пространства и скрытых от взгляда сверху поверхностей, удовлетворяющей требованиям, приведенным выше.
  2. Оценка эффективности аэрофотокамеры БПЛА для создания снимков, позволяющих сформировать пространственную цифровую информационную модель искусственного сооружения с точностью и степенью детализации, достаточной для контроля работ на стадии строительства и эксплуатации.
  3. Оценка ограничения по получению снимков нижней части пролета для применяемого типа БПЛА.

Создание цифровой модели искусственного сооружения включает в себя 2 последовательных этапа: проведение исполнительной съемки сооружения и обработка результатов.

Для исполнительной съемки использовался квадрокоптер DJIPhantom 4 Pro, который в процессе полетов управлялся в ручном режиме. Для устранения искажений модели и точной привязки ее к местности использовались специальные марки (опознаки), которые были закреплены на горизонтальных и вертикальных поверхностях объекта съемки (рис.3). 

Рис. 3. Процесс установки опознаков и фиксирование их положения
Рис.4. Расположение «опознаков» на путепроводе на км 63

Определение координат опознаков (специальный знак, распечатанный на бумаге формата А4) производилось комплектом их двух ГНСС приемников в режиме кинематики «stop-and-go», а также электронным тахеометром (рис. 6). Привязка полевой базовой ГНСС станции производилась в режиме «статика» от пункта IGS «Менделеево» (MDVJ), расположенного неподалеку от района работ.

Рис. 5. Вид «опознака»
Рис. 6. Применение ГНСС в процессе аэрофотосъемки

В процессе работ требовалось получить необходимое количество снимков для дальнейшей фотограмметрической реконструкции 3D объекта. Корректное построение модели происходит лишь при наличии необходимого перекрытия соседних снимков как в продольном, так и в поперечном направлениях. Исходя из этого было произведено избыточное количество снимков (порядка 500), с дальнейшим отбором необходимых для реконструкции. 

Второй этап работ (обработка полученных результатов) был реализован в программе AgisoftPhotoScan, которая позволяет после выравнивания снимков и определения положения и параметров ориентирования камер получить разреженное облако точек с трехмерными координатами. AgisoftPhotoScan выполняет построение плотного облака точек на основании рассчитанных положений камер и используемых фотографий. Плотность этого облака определяется разрешением снимков и параметрами обработки, изменяемыми в зависимости от поставленной задачи (рис. 7).

Рис. 7. Фрагмент плотного облака точек в программе AgisoftPhoScan

Для точной привязки реконструированной модели к местности и построения ее без искажений используются опорные точки (опознаки), как отмечалось ранее. Использование опознаков позволяет привязать модель к местности с точностью нескольких сантиметров. Фрагмент трехмерной модели зверопрохода, текстурированный фотоизображениями, показан на рис. 8.

Рис. 8. Фрагмент цифровой модели зверопрохода

Работа над моделями объектов еще не завершена. Предстоит свести все результаты съемки каждого объекта в единые модели, что требует значительных затрат компьютерного времени обработки данных. После этого будет произведена оценка точности формирования трехмерных моделей путем использования независимых контрольных точек, координаты которых определены из ГНСС измерений. 

Модели искусственных сооружений, полученные в результате проведённых пилотных запусков БПЛА, анализ затрат на оборудование, программное обеспечение и формирование моделей будут использованы в ходе оценки перспектив и проблем применения данной технологии в дорожной отрасли. 

  1. СП 333.1325800.2017. Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла
  2. ООО «Автодор-Инжиниринг». Информационно-аналитический отчет «Обоснование основных требований к системе построения и использования трехмерных цифровых моделей местности для проектирования, реконструкции и контроля состояния объектов дорожной инфраструктуры с использованием спутниковых навигационных технологий ГЛОНАСС/GPS, а также ее роли и места в дорожном хозяйстве». 2015г.