Разработанные ФАУ «РОСДОРНИИ» национальные стандарты в области лазерного сканирования дадут необходимый импульс к применению этих техноло‑ гий в дорожном хозяйстве. Об этом рассказал начальник отдела геодезии, сбора и обработки пространственных данных ФАУ «РОСДОРНИИ» Дмитрий Целковнев.  – В 2019 году в рамках реализации нацпроекта «Безопасные качественные дороги» ФАУ «РОСДОРНИИ» была разработана Концепция создания цифровой модели автомобильных дорог общего пользования федерального, регионального или межмуниципального значения и сформирован план мероприятий по реализации задачи по созданию цифровой модели автомобильных дорог. В качестве основного метода сбора данных для цифровой модели было принято решение использовать лазерное сканирование. Согласно выполнению плана мероприятий закуплено специализированное оборудование и с 2020 года проводятся работы по сбору пространственных данных. На основе полученного опыта в 2021-м ФАУ «РОСДОРНИИ» приступило к разработке двух национальных стандартов ГОСТ Р по лазерному сканированию. Стандарты прошли все стадии разработки и согласований и в настоящий момент готовятся к публикации. 

Основным устройством системы мобильного лазерного сканирования является лидар. Слово «лидар» (LiDAR) происходит от английского «Light Detection and Ranging» – это технология измерения расстояний с помощью светового луча. Принцип такой же, как у обычной лазерной рулетки (дальномера): луч, испускаемый устройством, отражается от объекта и возвращается в сканер, а по времени, прошедшему от начала испускания сигнала до его возвращения, можно рассчитать точное расстояние до объекта. У лидара таких лучей может быть огромное количество – до 1 000 000 импульсов в секунду. С учетом того, что некоторые системы лазерного сканирования состоят из двух лидаров, можно получать до 2 000 000 импульсов в секунду. Это касается лидаров с импульсным методом измерения дальности. Существует также фазовый метод, при котором лазер работает постоянно, но частота его излучения меняется амплитудно и по задержке при распространении волны образуется фазовый сдвиг, по которому определяется расстояние до объекта. Лучи, испускаемые лидаром, безопасны для человеческого глаза. При последующей камеральной обработке специальное программное обеспечение рассчитывает все расстояния и формирует набор координат каждой отраженной точки. При визуальном отображении всех этих точек мы видим облако точек лазерного сканирования, а по очертаниям групп точек и их характерному расположению можем понять, что это за объекты.

Детализация и информативность данных. Объекты, попадающие в зону действия лазерного сканера, имеют высокий уровень детализации, что позволяет проводить их идентификацию и классификацию непосредственно в облаке точек лазерного сканирования. Скорость съемки. Системы мобильного, воздушного и наземного сканирования позволяют с высокой скоростью проводить работы как на линейно-протяженных объектах, так и на площадных объектах (транспортные развязки, МФЗ и т. д.). Безопасность работ. Специалистам нет необходимости находиться в опасной близости от автомобильного транспорта, а съемка труднодоступных объектов (водопропускных труб, путепроводов и др.) проводится дистанционно. Экономия трудозатрат. Группа из двух специалистов выполняет объем, в несколько раз превышающий объем работ, проводимых такой же группой традиционным методом, а возможность многократного использования собранных данных для различных задач позволяет не производить повторные выезды на объекты. Автоматизация процесса обработки. Структура данных облака точек позволяет применять различные математические алгоритмы, а также использовать машинное обучение и технологии искусственного интеллекта для обработки данных. 

Выделяют следующую условную классификацию лазерного сканирования по типам съемки: наземное, мобильное и воздушное лазерное сканирование. Наземное представляет собой стационарную съемку из одной точки. У систем наземного лазерного сканирования, как правило, отсутствуют инерциальная система и ГНСС‑приемник, так как при съемке система не перемещается (ГНСС‑приемник – устройство спутниковой навигации, приемник GPS; используя подходящее программное обеспечение, устройство может отображать местоположение на карте и предлагать направления маршрута. 

При мобильном и воздушном лазерном сканировании лидары устанавливаются на соответствующее устройствоноситель (автомобиль, летательный аппарат, в том числе беспилотный, и т. п.) и перемещаются в пространстве. Для их работы обязательно наличие ГНСС‑оборудования* и инерциальной системы (ГНСС‑оборудование – система наземного и космического оборудования, которая позволяет определять местоположение объектов в пространстве через прием и передачу спутникового сигнала; инерциальная система – навигационное устройство, которое использует датчики движения, или акселерометры, датчики вращения, т. е. гироскопы, и компьютер для непрерывного вычисления направления и скорости движения движущегося объекта). Инерциальная система позволяет учитывать угловые и линейные ускорения для измерения пространственной ориентации.

Функционируют три дорожные лаборатории с системами мобильного лазерного сканирования. Кроме того, есть одна система наземного лазерного сканирования. Рассматривается вопрос дооснащения в ближайшем будущем системой воздушного лазерного сканирования.

Существуют лидары с точностью от 2 до 5 мм, бывают и менее точные, например 20 мм. Фактическая точность будет зависеть от множества факторов: от применяемой системы лазерного сканирования (наземная, мобильная или воздушная), от параметров проведения съемки (направление, скорость движения транспортного средства или скорость полета беспилотного летательного аппарата), от условий проведения съемки (направление и скорость ветра, выполнение работ в горной местности, наличие плотной застройки). В целом после обработки точность измерения геометрических объектов может составлять от одного до нескольких сантиметров.

С помощью лазерной съемки мож‑ но идентифицировать ряд дефектов дорожного покрытия: выбоины, проломы, просадки, трещины и сетки трещин. В 2021-м ФАУ «РОСДОРНИИ» проведен онлайн-­хакатон RoadHack 2021, по результатам которого одна из команд-­участников продемонстрировала возможность идентификации и определения глубины колеи на автомобильных дорогах. В 2024 году ФАУ «РОСДОРНИИ» запланировано проведение сопоставительных испытаний с применением технологий лазерного сканирования по определению продольной ровности дорожного покрытия по международному показателю ровности IRI (International Roughness Index).

Технология лазерного сканирования позволяет получать данные на всех этапах жизненного цикла автомобильных дорог. В рамках предпроектных изысканий можно определить участки с потенциальным воздействием опасных природных процессов и явлений, сформировать топографические планы. Во время выполнения проектно-изыскательских работ лаборатория формирует цифровую модель рельефа и инженерно-­топографических планов, карт, обмерных чертежей. С помощью данных, полученных в результате лазерного сканирования, формируются цифровые навигационные транспортные карты и картографические основы для разработки комплексных схем и проектов организации дорожного движения.

Использование данной технологии при строительно-­монтажных работах на автомобильных дорогах позволяет проводить оценку их качества и геодезический контроль точности геометрических параметров, измерять толщину слоев дорожной конструкции. В ходе эксплуатации автомобильных дорог производится геотехнический мониторинг, оценка технического состояния и контроль габаритов искусственных сооружений, инвентаризация и паспортизация. Кроме того, фиксируются деформация, разрушения и дефекты устроенных дорожных одежд и дорожных покрытий на автомобильных дорогах.

За период с 2020 г о д а ФАУ «РОСДОРНИИ» собраны пространственные данные на протяженности более 10,5 тыс. км автомобильных дорог федерального значения, в основном в Центральном и Южном федеральных округах, и более 1,5 тыс. км автомобильных дорог регионального значения. В июне 2023-го на трассе М‑11 «Нева» открыли движение беспилотного транспорта с применением первого цифрового двойника автомагистрали, который институт разрабатывает совместно с компанией «СофтТелематика». Эту цифровую карту мы сделали как раз благодаря лазерному сканированию. ФАУ «РОСДОРНИИ» планирует продолжить работу по созданию цифровой модели автомобильных дорог общего пользования федерального значения, а впоследствии и автомобильных дорог регионального значения.

В статье используются материалы из источника:

https://rosdornii.ru/upload/iblock/34d/na6exp7ngy2jdj242r82jy21002a002w/Lazernoe-skanirovanie.pdf