Текст доклада «Автоматизированные высокоточные фотограмметрические системы мониторинга инженерных сооружений: разработка, создание и опыт применения» Печать

В данной статье представлен полный текст доклада технического директора А.Е. Войнаровского о практическом опыте создания и внедрения автоматизированных фотограмметрических систем мониторинга. На реальных примерах — моста на трассе М-11 и стадиона «Газпром Арена» — раскрываются технические решения, точность измерений (до 0.1 мм) и ключевые преимущества стационарных систем, работающих в режиме 24/7.

Докладчик: Войнаровский Александр Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент кафедры картографии и геоинформатики СПбГУ, технический директор ООО «Архитектурная Фотограмметрия».

Тема доклада: «Автоматизированные высокоточные фотограмметрические системы мониторинга инженерных сооружений: разработка, создание и опыт применения».

Мы занимаемся разработкой фотограмметрических систем мониторинга уже давно — скоро будет 12 лет, даже больше. Первоначально это были объекты, связанные с космосом, а также гидротехнические сооружения. И там, и там присутствует определённая нестабильность: объекты подвижны, деформируются. Не всегда можно поставить, скажем, тахеометр и получить достоверный результат, а камеру поставить можно практически всегда — и на работу порта, и на радиотелескоп, и даже на спутник, если нужно.

В последние годы мы стали активно разрабатывать стационарные системы мониторинга инженерно-строительных объектов. Если говорить о стационарных системах, предполагается, что камеры устанавливаются на постоянной основе и ведут наблюдение в течение длительного времени — многих лет — при надлежащем обслуживании.

Оборудование такой системы основано, конечно, на камерах машинного зрения требуемого разрешения. Камеры устанавливаются в защитных кожухах, которые часто требуют доработки для обеспечения стабильной температуры внутри, что критически важно для стабильности всей измерительной системы. Вся эта система обязательно проходит процедуру калибровки.

Если говорить о высокоточных измерениях, то необходимо использовать марки. Марки могут быть пассивными (светоотражающими, для которых нужен источник света, как показано в правом нижнем углу) или активными (например, светодиоды). Помимо камер и марок, в систему входят компьютеры, оборудование связи и так далее.

Перейду сразу к примерам объектов.

1. Автоматизированная система мониторинга мостового перехода.



Это скоростная автодорога М-11 «Нева», соединяющая Москву и Санкт-Петербург. Мостовой переход длиной около 600 метров проходит через русло реки и опирается на 23 бетонные опоры. Поскольку грунты здесь слабые, а опоры вели себя недостаточно стабильно (были работы по их усилению), возникла задача создать систему для постоянного мониторинга их положения.

Мы установили на устоях моста камеры разрешением 20 мегапикселей, осветительное оборудование и два вида марок:
• Деформационные марки — установлены на самих опорах (внизу и вверху).
• Опорные марки — установлены на изолированных конструкциях глубокого заложения (справа на слайде). Большая часть марок — двусторонние, то есть их видят обе камеры.

Первоначально все марки были привязаны геодезически. Затем запускается процесс мониторинга: камеры синхронно (практически синхронно) выполняют съёмку — вы видите рабочие снимки днём и ночью. Съёмка выполняется 4 раза в сутки.

Специальный алгоритм определяет центр каждой марки с точностью порядка 2-3 сотых пикселя. В пересчёте на масштаб объекта это примерно 1 мм для самых дальних марок. После уравнивания методом прямой фотограмметрической засечки итоговая точность определения координат марок составляет порядка 1.5 мм относительно опорных пунктов.

Система работает уже полтора года. На графике показаны данные за полгода по одной из опор:
• Синим цветом показана марка внизу опоры.
• Другими цветами — две марки вверху опоры.

Мы видим перемещения в разных направлениях: по горизонтали, перпендикулярной оси моста, и по вертикали. По горизонтали опоры ведут себя достаточно стабильно. По вертикали наблюдается четкий сезонный тренд, очевидно, связанный с температурным расширением — каждая опора меняет свои размеры в зависимости от температуры, и система это четко фиксирует.

Заказчику результаты понравились, и он предложил нам заняться дальнейшей автоматизацией — мониторингом дорожного полотна (пролётного строения). Оно установлено на опорах посредством опорных частей — специальных механизмов, обеспечивающих определённую степень свободы (пролёт может немного передвигаться и поворачиваться). Эти перемещения традиционно контролируются по механическим шкалам (видны на нижнем слайде).

Наша задача была автоматизировать этот процесс. Мы разработали установку на базе камер видеонаблюдения. Всего таких устройств 50 — по количеству опорных частей. Вы видите, как это выглядит «вживую»: камера закреплена на подферменнике, а на пролётном строении закреплена кодовая шкала. Камеры, конечно, прошли калибровку.

Схема решения — обратная фотограмметрическая засечка. По результатам измерений маркеров (кодовой шкалы) на снимке мы решаем засечку и находим три координаты положения камеры относительно центра шкалы и три угловые величины, характеризующие повороты и наклоны. Таким образом, одна камера заменяет 6 механических датчиков. На всём мосту будет установлено 50 таких камер. Надеюсь, к Новому году мы закончим монтаж.

2. Автоматизированная система мониторинга на стадионе «Газпром Арена» (стадион «Зенит»).



Это новый стадион в Санкт-Петербурге. Здесь создана мощная система мониторинга, насчитывающая сотни датчиков разных типов. В её составе работают и 4 наши системы. Покажу на примере большой вывески «Газпром Арена».

Это масштабное сооружение длиной 36 метров и высотой в самой высокой точке около 15 метров. Стадион находится на берегу залива, где бывают сильные ветры, что создаёт определённые риски. Была поставлена задача создать систему, которая следила бы за состоянием вывески.
Мы установили на вывеску 2 камеры (одна из них показана на слайде) по той же схеме, что и на мосту. Вот рабочие снимки: слева — днём, справа — ночью. Видны марки (освещенные белые точки), их порядка 150+. Они контролируют все важнейшие элементы конструкции.

Поскольку здесь камеры также имеют разрешение 20 мегапикселей, а объект меньше, мы достигаем точности определения смещений порядка 0.1 мм.
На следующем слайде показаны графики за две недели. Видно, что марки ведут себя достаточно стабильно, а разброс значений иллюстрирует высокую точность измерений.

Выводы.

Надеюсь, мне удалось показать, что стационарные фотограмметрические системы мониторинга позволяют обеспечивать:

1. Надёжное наблюдение в любое время суток и в течение всего года (первая система работает уже полтора года, система на стадионе — около года).
2. Мгновенное определение положения всех маркеров — одномоментно. Это очень важно для фиксации быстротекущих деформаций, так как данные по всем точкам будут репрезентативными и синхронными.
3. Высокую точность наблюдений (от 1.5 мм до 0.1 мм в зависимости от масштаба объекта).
4. Полную автоматизацию работы — система функционирует без участия человека, по заданному расписанию.
5. Конкурентную стоимость по сравнению с геодезическими аналогами (роботизированными тахеометрами, спутниковыми приемниками), обладая при этом рядом преимуществ над ними.



Спасибо за внимание.



Видео выступления → смотреть
Сайт организатора → ГЕОСТРОЙ

#МониторингСооружений #Фотограмметрия #АвтоматизацияКонтроля #Мостостроение #СтроительныйНадзор #Геодезия #ИнженерныеИзмерения #АрхитектурнаяФотограмметрия