Визначення об’єму насипів методом GNSS та лазерного сканування

Abstract

У сучасний період розрахунок об’ємів насипів відіграє важливу роль у низці галузей, починаючи від будівництва і закінчуючи гірництвом. Це потребує вдосконалення методів та технологій, щоб забезпечити точні та оперативні обчислення об’ємів насипів. Одним із перспективних напрямів в цьому контексті є використання нерегулярних тріангуляційних мереж (Triangulated Irregular Networks – TIN) та Mesh моделей на основі даних, отриманих під час геодезичних вимірювань. Геодезичні вимірювання – це великий обсяг точних просторових вимірювань даних, необхідних для створеннядеталізованих геометричних моделей об’єктів. Отримані геодезичні дані дають змогу створювати TIN та Mesh моделі, які відображають рельєф земельної поверхні з необхідною точністю та докладністю. Використання цих моделей для розрахунку об’ємів насипів стає ключовим елементом у вдосконаленні процесів проєктування, будівництва та керування природними ресурсами. Мета цієї роботи – порівняти точність обчислення обʼємів насипів на основі даних, отриманих ручним лазерним сканером Stonex X120GO та GNSS приймачем Stonex S700A. Методика. Використано метод порівняння рівноточних вимірювань. Оскільки на об’єкті робіт не було еталонних обʼємів насипів, використали різницю між об’ємами, розрахованими на підставі даних, отриманих за допомогою ручного лазерного сканера Stonex X120GO та GNSS приймача Stonex S700A. Також для порівняння різниці між Mesh моделями, одержаними на основі різних джерел даних, використано порівняльний та візуальний аналіз. Результати. Досліджено точність визначення об’ємів насипів, отриманих ручним лазерним сканером Stonex X120GO та GNSS приймачем Stonex S700A. Середня похибка різниць між визначеними об’ємами становила 4,61 %. Також були проаналізовані самі хмари точок та Mesh моделі (кількість точок, трикутників, форму поверхні). Визначено переваги та недоліки використання GNSS приймача та ручного лазерного сканера для збирання даних для обчислення об’ємів насипів матеріалів. Наукова новизна та практична значущість. Запропоновано методику перевірки точності визначення об’єму насипів без відомих еталонних значень. Досліджено вплив похиби площі насипу на точність визначення об’єму. За результатами дослідження можна стверджувати про переваги в детальності отриманих даних та швидкості знімання під час використання ручного лазерного сканера та про деякі складності, пов’язані із бажаною наявністю потужного комп’ютера, великим масивом даних, збільшенням обсягу камеральних робіт порівняно з даними, одержаними із застосуванням GNSS приймача і методу RTK для визначення об’ємів насипів.

In the modern period, the calculation of volumes of embankments plays an important role in a number of industries, starting from construction and ending with mining. This calls for the improvement of methods and technologies to ensure accurate and operational calculations of embankment volumes. One of the promising directions in this context is the use of Triangulated Irregular Networks (TIN) and Mesh models based on data obtained during geodetic measurements. Surveying is a large amount of accurate spatial measurement data that is necessary to create detailed geometric models of objects. The obtained geodetic data allow creating TIN and Mesh models that reflect the relief of the land surface with the necessary accuracy and detail. The use of these modelsto calculate the volumes of embankments becomes a key element in improving the processes of design, construction and management of natural resources. The purpose of this work is to compare the accuracy of the calculation of embankment volumes based on the data obtained by the hand-held laser scanner Stonex X120GO and the GNSS receiver Stonex S700A. Method. The method of comparing equal-precision measurements was used. Since there were no reference volumes of embankments at the site of the works, the difference between the volumes calculated on the basis of the data obtained with the hand-held laser scanner Stonex X120GO and the GNSS receiver Stonex S700A was used. Also, comparative and visual analysis was used to compare the difference between Mesh models obtained on the basis of different data sources. The results. The accuracy of determining the volumes of embankments obtained by a handheld laser scanner Stonex X120GO and a GNSS receiver Stonex S700A was studied. The average error of the differences between the determined volumes was 4.62 %. Point clouds and Mesh models themselves were also analyzed (number of points, triangles, surface shape). The advantages and disadvantages of using a GNSS receiver and a hand-held laser scanner to collect data for calculating the volumes of material mounds are identified. Scientific novelty and practical significance. A technique for checking the accuracy of determining the volume of embankments without known reference values is proposed. The influence of the embankment area error on the accuracy of volume determination was studied. According to the results of the study, it is possible to assert the advantages in the detail of the received data and the speed of shooting when using a manual laser scanner, and about some difficulties associated with the desired presence of a powerful computer, a large array of data, an increase in the volume of camera work in comparison with the data obtained under the time of application of the GNSS receiver and the RTK method for determining the volumes of embankments.