Виды топографических съемок

Топографической съемкой называют комплекс полевых и камеральных работ по определению взаимного планово-высотного расположения характерных точек местности, выполняемых с целью получения топографических карт и планов, а также их электронных аналогов — электронных карт (ЭК) и цифровых моделей местности (ЦММ).

Если съемку выполняют только для получения плана местности без изображения рельефа, то такую съемку называют ситуационной или горизонтальной. Если в результате съемки должны быть получены план и цифровая модель местности или карта с изображением рельефа, то такую съемку называют топографической.

В зависимости от основного используемого прибора различают несколько видов съемок:

• 1. Теодолитная съемка
• 2. Тахеометрическая съемка
• 3. Мензульная съемка
• 4. Нивелирование поверхности
• 5. Фототопографическая съемка

Разновидностями фототопографической съемки являются стереотопографическая, комбинированная, контурная и наземная фототопографическая (фототеодолитная) съемки.

Выбор вида съемок зависит от стадии изысканий, характера будущего объекта, условий проведения съемки, наличия времени и средств измерений, а также от других факторов. Объем, содержание, длительность и стоимость съемочных работ в значительной степени зависят от масштаба съемки. На выбор масштаба влияют так называемые масштаб образующие факторы, к которым относятся: удобочитаемость плана, точность изображения рельефа, возможность изображения существующих контуров и элементов проектируемых объектов, точность графических данных при проектировании, стоимость работ и др. В соответствии с этими факторами и на основании опыта съемочных и проектных работ в программе инженерно-геодезических исканий задают масштабы, полноту и особые требования к инженерно-топографическим съемкам, предназначенным для обеспечения проектирования и строительства объектов.

Теодолитная съемка называется съемка местности, выполняемая с помощью теодолита и мерных приборов. В современных условиях в качестве мерных приборов используют светодальномеры. Теодолитную съемку производят теодолитом со светодальномерной насадкой или электронным тахеометром. Теодолитные съемки используют для создания ситуационных планов и карт. Ее широко используют для съемки полосы вдоль трассы автомобильных дорог, для съемки долины реки при изысканиях мостовых переходов.

Тахеометрической съемкой называется съемка местности, выполняемая при помощи теодолитов и тахеометров (номограммных или электронных). Особенно эффективной тахеометрическая съемка оказывается при использовании в качестве основного прибора электронных тахеометров. В настоящее время это один из основных методов съемки подробностей и рельефа местности. Служит для получения топографических планов и цифровых моделей местности (ЦММ) и при изысканиях инженерных сооружений (дорог, мостовых переходов, развязок движения, гидромелиоративных систем и т. д.). Достоинствами тахеометрической съемки является возможность автоматизации процесса сбора и регистрации данных с последующим широким использованием средств автоматизации и вычислительной техники для обработки данных и подготовки топографических планов и ЦММ.

Мензульной называется топографическая съемка, выполняемая при помощи двух приборов: мензулы и кипрегеля, с помощью которых непосредственно на местности получают топографический план. При инженерно-геодезических изысканиях мензульная съемка предназначена для получения топографических планов сравнительно небольших участков, используемых для строительства инженерных сооружений. Это устаревший вид топографической съемки, который несмотря на одно явное достоинство, связанное с возможностью непосредственного контроля качества производимых работ, страдает существенными недостатками, такими как: выполнение всего комплекса работ в полевых условиях, невозможность использования средств автоматизации и вычислительной техники для сбора, регистрации и обработки данных, проблемы с подготовкой топографических планов на графопостроителях и с подготовкой ЦММ.

Нивелированием поверхности называется топографическая съемка местности, выполняемая при помощи теодолита, меры длины и дальномера. Нивелирование поверхности по квадратам выполняют с помощью нивелира и землемерной ленты для получения топографических планов и ЦММ. Нивелирование поверхности особенно эффективно при использовании регистрирующих (электронных) нивелиров и применяют в тех случаях, когда точность съемки рельефа с использованием других съемок, оказывается недостаточной: при строительстве аэродромов, вертолетных и прочих площадок, работ по осушению и орошению территорий и т. п.). Основными преимуществами съемки местности с использованием геометрического нивелирования являются высокая точность съемки рельефа и возможность получения информации в виде регулярных точек, удобной для последующего проектирования и строительства сооружений.

Фототопографической съемкой называется комплекс работ, выполняемых для создания топографических планов и карт с использованием материалов фотосъемки. В основе фототопографической съемки лежат процессы получения фотоизображений местности и определения размеров, формы и пространственного положения топографических элементов местности методами фотограмметрии (измерительной фотографии). Наземная фототопографическая (фототеодолитная) съемка производится с помощью специального прибора — фототеодолита, который представляет собой комбинацию теодолита и высокоточной фотокамеры. При фотографировании участка местности с двух точек базиса можно получить стереоскопическую модель местности, при камеральной обработке которой можно подготовить топографический план в горизонталях и ЦММ. Это один из наиболее перспективных видов топографических съемок, требующий минимальных затрат труда в полевых условиях, с перенесением основного объема работы по получению исходной информации о местности в камеральные условия с максимальным привлечением средств автоматизации и вычислительной техники. Фототеодолитная съемка — это дистанционная топографическая съемка, использование которой оказывается особенно эффективным в открытой пересеченной и горной местности, а также при обследовании существующих инженерных сооружений.

Виды съемок

Современные виды топографических съемок

В настоящее время успешно применяются цифровые топографические съемки местности с использованием спутниковой технологии. Данная технология базируется на использовании новейших достижений в области спутниковых радионавигационных систем: ГЛОНАСС (Россия) и НАВСТАР (США). В результате составляются топографические карты и планы, фотопланы, ортофотопланы, цифровые модели местности (ЦММ) и рельефа (ЦМР). Цифровая модель местности представляет собой информацию о местности, выраженной в цифровой форме. ЦММ создается по компьютерным технологиям на базе топографических съемок, также путем преобразования в цифровую форму картографического изображения.

Лазерное сканирование—это современный оперативный вид съемки местности, который вобрал в себя последние достижения компьютерных технологий. С помощью сканера аналоговое изображение карты, плана или снимка преобразуется в растровую, цифровую форму, после чего изображение может быть обработано на компьютере путем преобразования растрового изображения в векторную форму. Путем обработки на компьютере кодируются контуры ситуации, условные знаки, рельеф, т. е. вся информация о местности переводится в цифровую форму. ЦММ состоит из независимых моделей: рельефа местности, коммуникаций, зданий, сооружений, гидрографии, почвенно-растительного покрова и др. Применение лазерного сканирования местности в настоящее время оказывается особенно эффективным в связи с большими объемами полевых работ по сбору информации для разработки проектов реконструкции и капитального ремонта существующих автомобильных дорог. С помощью лазерного сканирования можно проследить динамику развития оползневых процессов, выполнить деформационный мониторинг промышленных объектов, например линий электропередач высокого напряжения.

Топографическую съемку рельефа и создание цифровых моделей рельефа высокой точности обеспечивает воздушное лазерное сканирование (лидарная аэросъемка). Позволяет получить высокую точность съемки и плотность точек также координаты точек лазерных отражений даже в лесной местности под кронами деревьев. При помощи воздушного лазерного сканирования создают сеточные трехмерные модели местности и объектов местности (моделей поверхности), 3D модели зданий и сооружений, застроенных территорий, проводят обследование электротехнических объектов (высоковольтных ЛЭП, подстанций и объектов транспортной инфраструктуры, инвентаризация и мониторинг лесов; инвентаризация земельно-имущественного комплекса, мониторинг крупных инженерных объектов, например, открытых разработок полезных ископаемых.

Наземное лазерное сканирование является самостоятельным направлением топогеодезических работ и построено практически на тех же принципах производства измерений, что и воздушное лазерное сканирование. Наземное лазерное сканирование позволяет обеспечить большую плотность и точность точек лазерных отражений и, следовательно, более высокий уровень детализации съемки. Наземную лазерную съемку используют при необходимости получения детальных планов и трехмерных моделей на локальные территории в несколько десятков га. Наземное лазерное сканирование применяется при необходимости получения детальных характеристик мостов, путепроводов, эстакад, надземных коммуникаций, диаметров труб и места смены диаметров труб на эстакадах, линейные размеры объектов.

Трехмерные модели таких объектов по данным сканирования создаются однозначно, так как все материалы съемок находятся в едином трехмерном координатном поле, благодаря чему взаимное положение моделей объектов определяется с высокой точностью. Наземное лазерное сканирование используется при съемках и построении моделей рельефа и местности на локальные территории, где применение воздушной локации не оправдано по экономическим соображениям, либо необходимо отразить все микроформы и сложные участки рельефа. Лазерное сканирование позволяет зафиксировать абсолютно все формы рельефа, присутствующие в зоне съемки, и в процессе постобработки уточнить необходимость отображения того или иного элемента.

Наземное лазерное сканирование — на сегодняшний день самый оперативный и производительный способ получения точной и наиболее полной информации о пространственном объекте. Преимущества метода перед тахеометрической съемкой и другими наземными видами съемки: мгновенная трехмерная визуализация; высокая точность; несравнимо более полные результаты; быстрый сбор данных; обеспечение безопасности при съемке труднодоступных и опасных объектов Материальные затраты по сбору данных и моделированию объекта методами трехмерного наземного лазерного сканирования на небольших участках и объектах сопоставимы с традиционными методами съемки, а на участках большой площади или протяженности — существенно ниже. Даже при сопоставимых расходах на съемку, полнота и точность результатов наземного лазерного сканирования позволяют избежать дополнительных расходов на этапах проектирования, строительства и эксплуатации объекта.

Наземное лазерное сканирование успешно применяется при решении следующих задач:

• · Съёмка фасадов исторических зданий, памятников и уникальных объектов для их реконструкции.
• · Создание трёхмерных моделей местности.
• · Создание трёхмерных моделей сложных инженерных сооружений и технологического оборудования с высокой степенью детализации и точности.
• · Определение объёмов земляных работ и/или технологических ёмкостей.
• · Контроль строительства мостовых и тоннельных переходов.

Аэрофотосъемка производится с помощью специальных высокоточных фотокамер — аэрофотокамер АФА, устанавливаемых на летательных аппаратах или искусственных спутниках Земли. В отличие от фототеодолитной съемки, где луч фотографирования практически горизонтален, аэрофотосъемка производится при практически отвесном луче фотографирования. Получаемые стереоскопические модели местности легко поддаются обработке в камеральных условиях с широким привлечением средств автоматизации и вычислительной техники. Аэрофотосъемка, позволяющая с минимальными затратами труда в поле готовить в камеральных условиях топографические планы и ЦММ, чрезвычайно эффективна и находит широкое применение в практике изысканий инженерных объектов. Материалы аэрофотосъемки, получаемые с помощью полноформатных цифровых аэрофотокамер, представляют собой набор цветных и мультиспектральных снимков в четырех спектральных зонах (красной, зеленой, синей, ближней инфракрасной). Цифровая аэрофотосъемка эффективно применятся для решения задач:

• · Создание и обновление топографических и специальных карт;
• · Создание картографической основы кадастра объектов недвижимости;
• · Экология и природопользование (сельское и лесное хозяйство);
• · Мониторинг различного типа объектов;
• · Создание 3D моделей объектов и местности;
• · Реагирование на чрезвычайные ситуации;
• · Создание визуальных информационных систем.

Комбинированная съемка представляет собой сочетание аэросъемки и одного из видов наземных топографических съемок. Эффективна в районах со слабовыраженным рельефом, когда ситуационные особенности местности устанавливают по аэрофотоснимкам, а рельеф — по материалам одного из видов наземных топографических съемок.

Наземно-космическая — один из самых перспективных видов топографических съемок, основанный на использовании систем спутниковой навигации «GPS» (Global Positioning System). В этой системе специальные искусственные спутники Земли используют в качестве точно координированных подвижных точек отсчета, по положению которых определяют трехмерные координаты характерных точек местности наземным методом с помощью приемников спутниковой навигации «GPS». Очевидно в ближайшем будущем наземно-космическая съемка вытеснит многие традиционные виды наземных топографических съемок. Любые виды топографических съемок требуют создания планово-высотного съемочного обоснования. Принцип «от общего к частному» в полной мере реализуется при выполнении любых видов топографических съемок: создание планово-высотного съемочного обоснования, съемка подробностей местности, подготовка топографического плана и ЦММ.

Тепловая съемка — регистрация электромагнитного излучения объектов в тепловой инфракрасной (ИК) области спектра и представление его в виде изображения.

Тепловое излучение, интенсивность которого зависит от температуры, может быть обнаружено приёмниками теплового излучения и преобразовано в видимое изображение, представляющее различия в температуре объектов. Тепловая съемка может осуществляться как в дневное, так и в ночное время. При дистанционном зондировании Земли в тепловом диапазоне используются окна прозрачности с длиной волны 3−5, 8−14 мкм. В этом диапазоне проявляется собственное излучение объектов земной поверхности.

Тепловизионное обследование — это разновидность теплового контроля, в котором в качестве измерительного прибора применяется тепловизор. Тепловизор позволяет «видеть тепло» и отображать температурный образ на дисплее прибора. Основное отличие этого метода состоит в том, что тепловизор позволяет видеть то, что невозможно увидеть невооруженным глазом.

Глаз человека не способен отличить температуру объектов, в то время как тепловизор способен отразить на своем дисплее термограмму объекта с точностью +/- 1 °C.

Высокое геометрическое и температурное разрешение цифровых тепловых аэроснимков и большой захват на местности позволяют выполнять оперативный и производительный мониторинг инженерных систем, например состояние газои нефтепроводов, теплосетей, что в условиях их изношенности позволяет экономить ресурсы при их содержании.

Эффективна тепловая аэросъемка совместно со съемкой в видимом диапазоне и других зонах спектра (мультиспектральная съемка) применятся в экологических приложениях для обнаружения и мониторинга загрязнений различных масштабов от сбросов городских коллекторов до загрязнений акваторий нефтепродуктами.

Позволяет эффективно проводить таксационные работы с использованием методов автоматизированной классификации изображений, определение состояния древесно-кустарниковой растительности, обнаружение и мониторинг лесных пожаров.

Мониторинг урожайности сельскохозяйственных культур, классификация почвенного покрова, обнаружение его деградации, определение степени воздействия вредителей и заболеваемости сельскохозяйственных культур.

Обнаружение месторождений углеводородного сырья. Предпосылкой применения тепловой аэросъёмки для этих целей является известный факт наличия больших по размеру и малых по амплитуде температурных аномалий над залежами углеводородов.

Они могут быть обнаружены только на материалах ночной тепловой аэросъёмки с помощью специальных методов обработки. Определение и мониторинг термобарических явлений в гидрологии.

Георадарное зондирование выполняется с использованием георадаров, работающих до глубины 5 м с разрешением 20 см и позволяющих при построении георадиолокационного профиля определять наличие флуктуаций плотности исследуемой среды, благодаря чему этот метод способен выявлять подземные коммуникации, в том числе не имеющие температурного контраста.

Георадиолокация или георадарная съемка — современная неразрушающая методика обследования грунта и конструкций здания, заключающаяся в анализе импульсов, отраженных от границ сред с разными электрофизическими характеристиками.

Современные георадары — это мощный геофизический инструмент, применение которого позволяет получать большое количество детальной информации за относительно короткое время. Применение георадара при обследованиях позволяет получить объемную картину высокой степени достоверности при анализе различных среди на различную глубину.

Георадарная съемка используется для обследования:

• · грунтов, что позволяет определить состав и толщину слоев, наличие мерзлых или переувлажненных участков, оползневых процессов и тектонических нарушений, полостей, участков разуплотнения, наличие подземных коммуникаций, границ грунтовых и техногенных вод и т. д.;
• · автомобильных дорог, что позволяет установить толщину конструктивных слоев дорожных одежд, типы, влажность и плотность грунтов земляного полотна и подстилающего основания; положение уровня грунтовых вод, положение кривой скольжения на оползневых участках, пространственное очертание подошвы геологических слоев под телом насыпи, места расположения зон разуплотненных грунтов, пустот и инфильтрации подземныхвод;
• · фундаментов и промышленных полов;
• · конструкций зданий и сооружений (балок, перекрытий, колонн и др.), что позволяет осуществить обнаружение внутренних трещин, неравномерной осадки, наличие арматуры и ее деформации, нарушения строительных норм и требований проекта, определить плотность и прочность материалов;
• · ледовой обстановки, что позволяет производить контроль над толщиной и состоянием льда, как в период ледостава, так и в период паводка.

При проектировании автодорог экономический эффект от использования 3D моделей, полученных с использованием георадаров, достигается за счет сокращения буровых работ с повышением достоверности инженерно-геологической информации в несколько раз, назначения эффективных видов реконструкции и капитального ремонта дифференцировано по участкам автомобильной дороги.

При эксплуатации шельфовой зоны возникает необходимость получить информацию о состоянии дна, подводных и надводных сооружениях. Современная методика обследования дна, подводных и надводных конструкций заключается в анализе импульсов, отраженных от границ сред с различными электрофизическими характеристиками.

Метод георадиолокации позволяет изучать льды с целью определения ихтолщины, проводить мониторинговые наблюдения в районе автомобильных ледовых переправ, зимников, выявлять и локализовывать неоднородности внутри ледяного массива. Георадиолокационные наблюдения можно производить контактно: посредством перемещения антенны георадара по поверхности льда, и бесконтактно — располагая георадар на борту летательного аппарата методом аэросъемки, с использованием локатора бокового обзора.