Łączenie danych batymetrycznych i lidarowych w celu szybkiego przeglądu topograficznego

Autor: Sam Pfeifle

Gdy dociera do granicy stanu oddzielającej Waszyngton od Idaho, Snake River rozwidla się, jeden dopływ płynie na południe jako Snake wzdłuż granicy, a drugi kieruje się na wschód jako początek Clearwater. Każdy, kto podróżuje łodzią na wschód, szybko napotka Clearwater Memorial Bridge, około 228-metrowy most poświęcony weteranom II wojny światowej.

Most, otwarty wiosną 1951 roku, został uznany przez rząd federalny za „funkcjonalnie przestarzały” ponad dziesięć lat temu, głównie ze względu na drogi, które go zasilają, które nie są już odpowiednie do codziennego ruchu na moście.

W marcu 2019 roku, prawie 70 lat po rozpoczęciu budowy, Departament Transportu Idaho powierzył parze firm inżynieryjnych wykonanie pełnego badania topograficznego mostu i otoczenia w ramach wieloletniego projektu wymiany mostu i otaczających go dróg, zapewniając bezpieczny i wydajny transport dla przyszłych pokoleń.

Zadanie to przypadło najpierw firmie  Horrocks Engineers, która ma 15 biur w zachodnich Stanach Zjednoczonych, w tym trzy w Idaho. Zbieranie danych pomiarowych dla mostu i okolicznych dróg było standardowym zadaniem dla ich mobilnej jednostki mapującej, powiedział Lonnie Olson, dyrektor i kierownik badań w Horrocks, ale projekt wymagał również danych batymetrycznych z dna rzeki i podbudowy mostu.

„Chcieli rzucić okiem na ślady wokół palowania mostu” – powiedział Olson. "Jedną z możliwości jest zachowanie konstrukcji nośnej i dużej części mostu. "

Wiedział, że dodanie danych z sonaru wielowiązkowego do danych chmury punktówa dałoby w rezultacie spójne, drobnoziarniste, dokładne dane z dna rzeki, ale wystąpił problem: Horrocks nie ma sonaru wielowiązkowego.

"W Utah nie mamy dużych rzek, a większość jezior nie wymaga zbyt wielu danych batymetrycznych" - powiedział Olson. "Zwykle wykorzystujemy tylko sonar jednowiązkowy, co nie jest tym, czego tutaj potrzebowaliśmy."

Na szczęście, Spicer Group posiada jednostkę wielowiązkową do tego rodzaju analizy i modelowania hydraulicznego mostu. Co więcej, pojazd sonarowy firmy Spicer jest również wyposażony w mobilną platformę sensorową Leica Pegasus:Two do mobilnego mapowania nad i pod wodą, tę samą mobilną platformę skanującą, w którą Horrocks zainwestował 18 miesięcy przed mapowaniem dróg.

Olson postanowił skontaktować się z geodetą projektu Spicer, Nathanem Shepherdem, i połączyć siły w pracy — po raz pierwszy zlecił podwykonawstwo innemu zespołowi geodezyjnemu.

Gotowe w jeden dzień

Horrocks miał jechać mostem i otaczającymi go drogami. Spicer miał płynąć rzeką, aby obejrzeć wszystko poniżej linii wody, brzegi rzeki i spód mostu. Następnie połączyliby ze sobą dane, wydobywając z nich dane planometryczne w celu opracowania modelu powierzchni i pomiarów topograficznych.

Ponieważ Pegasus jest platformą sensorową zdolną do przyjmowania danych z wielu źródeł, informacje wielowiązkowe i lidarowe można zintegrować w jedną chmurę punktów.

"Mocowanie Pegasusa jest przykręcone do łodzi" - powiedział Shepherd - "Nie można po prostu wyjść z biura, wynająć łodzi i działać"

Podczas gdy jednostka lidarowa Pegasusa może uchwycić wszystko za jednym przejazdem tam i z powrotem pod mostem i wzdłuż brzegów rzeki, działania jednostki wielowiązkowej przypominają trochę koszenie trawnika, wyjaśnił Shepherd. Zespół potrzebował 40 lub 50 przejść z jednostką wielowiązką, aby uzyskać dane o dnie rzeki i dane niezbędne do określenia wysokości prześwitu i badań hydraulicznych.

Mimo to, wszystko zostało zrobione w jeden dzień.

W sumie założenie pełnej sieci punktów kontrolnej do pracy zajęło około trzech dni, a następnie cztery dni na przygotowanie i wykonanie właściwego skanowania, co w sumie dało siedem dni w terenie — znaczna oszczędność czasu w porównaniu z tradycyjnymi metodami.

„Dziesięć lat temu”, powiedział Olson, „musiałbyś wykonywać przekroje poprzeczne co 50 stóp za pomocą zrobotyzowanego tachimetru i strzelać w niektóre kluczowe punkty konstrukcji, a na miejscu musiałbyś spędzić prawdopodobnie trzy do czterech tygodni kontrolując i zbierając dane.”

Jeśli chodzi o prace podwodne, „prawdopodobnie miałbyś przekrój poprzeczny co 250 stóp, może kilkanaście pomiarów całkowitych za pomocą sonaru jednowiązkowego, a następnie model z tego” – powiedział Shepherd. "I nie byłbyś w stanie uzyskać takich rezultatów. Nie byłoby sposobu, żeby się o tym dowiedzieć. Musieliby wysłać nurków na dół, aby wizualnie przyjrzeć się sytuacji.

Tak więc jest to około jedna trzecia czasu” – podsumował Shepherd – „i nie wiem, ile setek razy więcej danych.”

Jeszcze lepiej? „Kiedy zebrałem to wszystko w całość”, powiedział Olson, „nasze chmury ułożyły się z dokładnością poniżej centymetra między danymi Spicera a naszymi górnymi i dolnymi danymi. W żaden inny sposób nie osiągniesz takiej dokładności. Możnaby to osiągnąć, ale koszt byłby wykładniczy.”

Zaplecze skanowania kinematycznego

Prawdopodobnie słyszałeś historie grozy: „Skanowanie kinematyczne tworzy tak dużo danych, że nie można nimi zarządzać!” „Po co komu zespół geodetów, skoro wszystko, co musisz zrobić, to prowadzić skaner?”

Oczywiście to prawda, że ​​przejście na skanowanie kinematyczne będzie wymagało dostosowania zaplecza biurowego, ale powinno ono być stosunkowo łatwe do opanowania, jeśli się do niego przygotujesz i zaoferujesz szkolenie swoim pracownikom.

Horrocks Engineers zajmuje się skanowaniem laserowym od około ośmiu lat, ale dopiero 18 miesięcy temu przeszli na skanowanie kinematyczne wraz z zakupem Pegasusa: Dwie platformy firmy Leica Geosystems, która należy do grupy Hexagon. Dyrektor i kierownik geodezji w Horrocks, Lonnie Olson, powiedział, że to absolutnie wpłynęło na jego zespół.

„Niektóre z naszych ekip terenowych przeniosły się do biura” – powiedział. „I mam zespół byłych techników CAD, których przeszkoliliśmy do wykonywania prac geodezyjnych. Większość prac związanych z końcowym przetwarzaniem danych byliśmy w stanie wykonać we własnym zakresie.”

Zrekrutowali również absolwentów lokalnych kursów w zakresie geomatyki i rozpoczęli ich szkolenie, do pracy z danymi mobilnej chmury punktów, gdy tylko znaleźli się na pokładzie.

„Teraz mamy zespół pięciu osób”, powiedział Olson, „które nie robią nic poza wydobywaniem danych z chmur punktów przez cały dzień, każdego dnia.”

Jason Ellis z Leica Geosystems powiedział, że doświadczenie Horrocksa jest typowe, a przeniesienie pracowników terenowych do biura powinno być postrzegane jako mądry ruch, a nie ustępstwo.

"Ciągłość danych przesyłanych z terenu do biura jest zawsze wyzwaniem", powiedział Ellis. „Trudno jest przekazać, co zostało zrobione w terenie i jak należy to przetworzyć.”

Dzięki temu, że doświadczeni pracownicy terenowi zostali przeszkoleni na ekspertów d/s pracy z danymi, masz ludzi, którzy potrafią wyczuć, co pracownicy terenowi próbowali osiągnąć, porządkując ważne dane.

Podobnie, powiedział Ellis, bardzo pomocne może być posiadanie osób pracujących w terenie i obsługujących skanery, które również potrafią obsługiwać oprogramowanie.

"Znam wiele osób, które przetwarzają dane w terenie, więc wiedzą, że dane są dobre i mogą wracać do biura lub wiedzą, że muszą ponownie skanować, jeśli mają problem" - powiedział. „Wiele osóp pracujących w terenie zaczyna pełnić rolę analityków i to dobrze. Masz w terenie bystrzejszych ludzi, którzy mogą być o wiele bardziej produktywni.”

Szkolenia przekrojowe pomagają również wypełnić lukę na rynku pracy w zawodzie geodety. "Trudno jest znaleźć dobrych ludzi, więc jeśli zespół zbierający dane w terenie może przejąć większość post-processingu i dojść do punktu, w którym może być certyfikowany, pomaga to utrzymać projekty na właściwym torze" - powiedział Ellis.

Jeśli chodzi o technikę, Olson powiedział, że nie ma potrzeby się tym stresować. Upewnij się tylko, że masz dużo wieloterabajtowych dysków USB, które są teraz bardzo tanie, i nie oszczędzaj na sprzęcie.

"Twój komputer z oprogramowaniem CAD poradzi sobie z tym doskonale" - powiedział Olson. "Oprogramowanie zaczyna teraz nadrabiać zaległości. Nie potrzebujesz wiele, aby zacząć. To całkiem proste. Nawet Twój podstawowy laptop sobie z tym poradzi. Jasne, potrzebny jest przyzwoity komputer, ale my jesteśmy firmą inżynierską, więc i tak je mieliśmy."

Płynna praca

Dzięki temu, że wszystkie działania związane z obróbką danych zostały wykonane w oprogramowaniu Pegasus Manager, łączenie zbiorów danych przebiegało w prosty sposób. Zespoły korzystające z obu pojazdów mogły w czasie rzeczywistym sprawdzać dane i obrazy pod kątem pokrycia, a następnie użyć modułu korekty trajektorii, aby zebrać wszystkie dane razem i wartości graniczne dla kontroli pomiarów. Oprogramowanie Pegasus wykorzystuje automatyczne wyodrębnianie obiektów i inne zautomatyzowane funkcje, dzięki czemu post-processing jest szybki i wydajny.

Z tego oprogramowania Horrocks był w stanie dostarczyć pliki MicroStation i TopoDOT do Idaho DoT. (Oprogramowanie eksportuje dane do wszystkich popularnych formatów branżowych.)

„Aby przetworzyć wszystkie te dane, zespół czterech osób potrzebował około półtora tygodnia” — powiedział Olson. „Jest to znacznie szybsze niż kilka lat temu.”

Jason Ellis z Leica Geosystems zapewnił wsparcie techniczne w trakcie rezalizacji tego zlecenie, tak jak robił to dla zespołów pomiarowych od dziesięcioleci. Nawet on był pod wrażeniem szybkości gromadzenia danych w tym przypadku.

Dzięki uzupełniającej się wiedzy, zarządzaniu oczekiwaniami i dobrej komunikacji, obie firmy inżynierskie nawiązały współpracę i odniosły sukces. Biorąc pod uwagę dobrą komunikację i stosunkowo płynną pracę, zespoły były w stanie połączyć dane batymetryczne i lidarowe bez bólu głowy.

Pełna wersja tego artykułu została opublikowana w xyHt magazine w październiku 2019 roku.