ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ TOPOCAD ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ

ПРОЕКТА МОНИТОРИНГА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОХРАНИЛИЩА

Галахов В.П., ЗАО «Геостройизыскания»

По материалам исследований сотрудников факультета гражданского строительства Белградского

университета (Сербия). С разрешения компании Adtollo AB.

Введение.

В данной статье рассматривается проведение сотрудниками и студентами Университета города Белград геодезических изысканий во время реализации проекта мониторинга донных отложений водохранилища “Nova Gronica”. Геодезические изыскания включали съемку поперечных профилей дна водохранилища, обработку измерений и создание цифровой модели поверхности с использованием Topocad.

Развитием Topocad занимается шведская компания Adtollo AB. Программный продукт Topocad создан для обработки результатов инженерно-геодезических изысканий. В нем присутствуют все функции, необходимые для выполнения комплексного геодезического исследования, обработки геодезических измерений, картографирования и работы с данными ГИС, а также создания проекта строительства дорог и объектов ПГС. Программа Topocad позволяет использовать параметры систем координат при выполнении расчетов, редуцировать измерения, выполнять уравнивание сетей геодезических измерений по методу наименьших квадратов и выполнять трансформацию координат.

Водохранилище “Nova Gronica” расположено в окрестностях города Крагуевац (столица административного региона Шумадия, Сербия). Оно построено на реке Gronica с целью снабжения города Крагуевац водой. Строительство дамбы было завершено в 1937 году. Крагуевац развивался стремительно и потребность в воде возрастала. С целью увеличения емкости водохранилища, в 1962 году существующая дамба была реконструирована. Это было хорошим решением для обеспечения города водой на следующие 10-15 лет.

Описываемое исследование водохранилища “Nova Gronica” было выполнено в апреле 2008 года. Это исследование было пятым за всю историю существования сооружения. Хронология выполненных на водохранилище работ приведена ниже:

- 1931-1937 – первая серия измерений, выполненная во время строительства дамбы - 1950 – вторая серия измерений, после которой был поднят уровень водохранилища - 1964 – третья серия измерений - 1982 – четвертая серия измерений, на которую сохранилась проектная документация - 2008 – пятая контрольная серия измерений, необходимая для обновления данных по объемам водных запасов водохранилища.

Цель проведенных мероприятий состояла в том, чтобы детально изучить процесс накопления донных отложений, провести его анализ, а также оценить водные запасы хранилища.

Программа Topocad помогла сократить сроки выполнения работ, повысить точность, надежность и информативность результата.

Подготовка геодезических изысканий.

Планирование геодезических изысканий – очень важный этап работ. На этом этапе необходимо, учитывая все возможные факторы, оценить срок выполнения запланированных работ, а также возможные затраты ресурсов. При этом необходимо учитывать особенности района работ, наличие геодезического обоснования, данные ранее проведенных исследований, порядок предполагаемых исследований и многое другое.

Также необходимо соблюсти требования к форме предоставления результата работ. В большинстве случаев не только требуется представить отчет в текстовой форме, но и показать схему планово-высотного обоснования, сделать обзорный план района работ, графически отобразить объем проделанной работы в масштабе всего проекта, привести наглядное изображение полученных моделей, выполнить построение профилей и картограмм по результатам анализа моделей.

Программный продукт Topocad был выбран для решения поставленных задач благодаря хорошему соотношению «производительность–цена–качество», его использование позволило успешно подготовить все необходимые для отчета документы.

Исходные данные.

В качестве исходной информации были использованы данные предыдущего исследования, предоставленные заказчиком для проведения сравнительного анализа. По поверхности дна водохранилища имелось 25 основных поперечных профилей, для которых были известны координаты начала и конца линии профиля. Эта информация была представлена в аналоговой форме на бумажных носителях. В процессе подготовки к выполнению работ предоставленная информация была переведена в цифровую форму – растровую и векторную. На основе профилей была создана цифровая модель поверхности. Этот процесс был выполнен в программе Topocad.

Выполненные работы.

Геодезическое обоснование. Точность опорной геодезической сети зависит от формы сети (её геометрии), методики измерений, использованных приборов и программных средств, внешних условий (погода) и т.д.

Необходимо отметить, что выбор используемой системы координат не оказывает влияние на все эти факторы, поэтому лучше всего создать свою систему координат, максимально свободную от влияния внешних сетей, которые могут содержать ошибки и вносить искажения в проект.

Другой очень важный критерий оценки качества геодезической сети – это надежность, что выражается возможностью выявления и локализации максимального числа возникающих ошибок измерений (используя статистические параметры) и минимальным влиянием скрытых ошибок на вычисление координат точек.

В окрестностях водохранилища имеется пять точек государственной геодезической сети - пункты триангуляции третьего и четвертого класса: T202/G8/KG, T424/G8, T447/G8, T49/K13/KG, T725/KG. Эти точки были приняты за основу для дальнейшей работы. На пяти опорных пунктах были выполнены контрольные измерения. По их результатам координаты опорных пунктов были повторно вычислены в локальной системе координат, заданной произвольно исполнителями. Координаты опорных пунктов, уравненные в локальной системе координат, позволили закрепить эту локальную систему и освободить её от влияния внешних ошибок.

Контрольные измерения, выполненные на пунктах триангуляции, были обработаны в Topocad, так как данное программное обеспечение содержит модуль уравнивания сетей измерений. Этот модуль позволяет выполнить уравнивание, получить оценку точности и провести анализ на наличие ошибок измерений.

Кроме того, модуль уравнивания сетей позволяет выполнить проектирование геодезических сетей и выполнить предварительную оценку точности, что повышает надежность обоснования.

С использованием имеющейся в Topocad утилиты трансформации координат (Gtrans) было выполнено преобразование вычисленных по результатам контрольных измерений координат опорных пунктов из системы координат проекта в государственную систему. После этого было проведено сравнение полученных значений координат со значениями координат из каталога, предоставленного заказчиком. По результатам сравнения были вычислены параметры локализации системы координат проекта.

Далее все работы велись в системе координат проекта и, по мере необходимости, выполнялось преобразование координат точек съемочного обоснования и профилей в государственную систему.

Съемка профилей дна водохранилища. Измерение поперечных профилей дна водоема было выполнено системой «ГНСС -эхолот» со спутниковым позиционированием точек и промером глубин с помощью эхолота. ГНСС система позволяет с высокой точностью определить координаты точек в СК WGSэхолот выполняет определение глубин. Эти две системы, будучи подключены вместе, позволяют определить плановые координаты промеренной точки дна водоема, а также её отметку в принятой системе высот. Промер глубин выполнялся с шагом в 1 метр на каждом из профилей.

Геодезические измерения профилей дна водоема были выполнены с помощью:

- ГНСС Система 1200, двухчастотная, режим RTK (точность 1,5 см);

- Эхолот «ATLAS DESO 300»;

- Зонд 210 kHz (точность 1 см);

- Моторная лодка.

Геодезические измерения точек обоснования были выполнены с помощью:

прежние профили, переданные заказчиком, были преобразованы в СК WGS-84, и движение лодки было согласовано с расположением линий профилей. При использовании модуля «Поле» программы Topocad и ГНСС приемника, работающего в режиме RTK, можно отслеживать перемещение в режиме реального времени и согласовывать текущее положение приемника с чертежом Topocad, находясь непосредственно в лодке.

Обработка выполненных измерений и анализ полученных данных сделан в программе Topocad.

Данные из всех использованных приборов были успешно совмещены в программе Topocad благодаря широкому набору входных форматов данных, что делает систему более универсальной в использовании совместно с оборудованием различных производителей. Для того, чтобы определить толщину донных отложений, а также возможное изменение береговой линии и рельефа дна водохранилища потребовалось записать 25 профилей.

Результат записи – координаты точек (около 10 000 точек дна водоема, а также около 5 000 точек съемки окружающей местности, береговой линии). Координаты были получены в СК WGS-84, а затем трансформированы в проекцию Гаусса-Крюгера.

По координатам загруженных в Topocad точек профилей была построена цифровая модель поверхности в форме нерегулярной сети треугольников (так называемая «триангуляция Делоне»).

В этой модели точки соединяются между собой линиями таким образом, что эти линии образуют треугольники, в вершинах которых расположены измеренные точки. Каждый из этих треугольников описывает плоскость, проходящую через точки вершин треугольника. Набор плоскостей, вписанных в созданные треугольники, описывает реально существующую поверхность и позволяет выполнить её анализ в автоматизированном режиме.

Например, по модели поверхности можно выполнить построение разреза этой поверхности в любом месте и направлении, вывести изолинии равных высот или равных глубин, подсчитать объем запасов воды от заданного уровня до поверхности дна или между уровнями, вычислить объем изменений рельефа дна и их локализацию. Наличие модели, воссозданной в Topocad по данным съемки 1982 года, позволило провести такой анализ.

После построения модели поверхности были созданы чертежи профилей, построенные на основе интерполяции созданной модели. В форму профиля также была добавлена линия уровня водной поверхности, а также профиль, созданный по материалам предыдущей съемки, предоставленной заказчиком.

Профили были описаны как в графическом виде, так и в табличной форме. Программа Topocad позволяет определить разности высотных отметок профилей, а также площадь области пересечения между линиями профилей, что помогает оценить объем изменений рельефа дна, а также объем запасов воды в зависимости от уровня водной поверхности.

Работа с профилями в Topocad достаточно проста и удобна. Необходимо выполнить всего лишь несколько настроек, чтобы получить нужную форму, придать необходимые цвета и стиль отображения элементам профилей.

Техническое задание предполагает создание профилей через каждые 100 метров перпендикулярно оси речного русла на протяжении первого километра от дамбы и через каждые 250 метров далее, а также, в зависимости от особенностей рельефа, требовалось создать дополнительные профили между основными.

В итоге с использованием построенных профилей и моделей поверхностей был вычислен объем водных запасов водохранилища (высотная отметка уровня воды от 312.38 до 293.00), составлена сравнительная таблица расчетом по состоянию на момент предыдущей съемки.

Ниже дан фрагмент сравнительной таблицы, в которой приведены отметки уровней воды с шагом в см и объемы водных запасов между уровнями по состоянию на 1982 и на 2008 годы.

Отметка уровня Заключение.

Программа Topocad была использована для перевода данных по ранее проведенным изысканиям из аналоговой формы в цифровую для дальнейшего выполнения сравнительного анализа, а также для осуществления навигации лодки по ним. После выполнения контрольных измерений на точках планововысотного обоснования в Topocad было выполнено уравнивание опорной геодезической сети. В Topocad осуществлялось преобразование координат точек проекта в государственную систему координат и обратно, был создан обзорный чертеж. В итоге в Topocad была построена цифровая модель местности, профили, выполнено их сравнение, подсчет объемов водных запасов.

Использование программы Topocad при выполнении работ по геодезическому мониторингу донных отложений позволило сократить срок выполнения работ, повысить их эффективность и надежность, а также провести исчерпывающий анализ результатов выполненных измерений.