Геодезические наблюдения за процессом деформирования высотных сооружений с использованием технологии наземного лазерного сканирования

• Автор: Вальков, Вячеслав Александрович
• Шифр специальности: 25.00.32
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА О ГЕОДЕЗИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ ВЫСОТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
1.1 Общие сведения о высотных строениях
1.2 Обзор существующей нормативной литературы по мониторингу сооружений
1.3 Виды деформаций и их характеристики
1.4 Обзор методов и технологий по учету деформаций высотных зданий и сооружений
1.4.1 Нивелирование
1.4.2 Методы определения плановых смещений и кренов
1.4.3 Фотограмметрические методы
1.4.4 Электронные тахеометры
1.4.5 Мониторинг объектов с применением глобальных навигационных спутниковых систем
1.4.6 Инструментальные наблюдения изменения пространственных характеристик здания
1.4.7 Автоматизированные системы геодезического мониторинга на основе видеонаблюдений
1.5 Общие сведения о технологии наземного лазерного сканирования
1.6 Анализ конечной продукции результатов наземного лазерного сканирования для определения деформаций высотных сооружений
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ДЕФОРМАЦИЙ ВЫСОТНЫХ СТРОЕНИЙ
2.1 Моделирование деформирования высотного строения
2.2 Фрагментация цифровых трехмерных моделей
2.3 Определение плоскости из облаков точек лазерных отражений по методу наименьших квадратов
2.4 Обоснование точности применения кластерного анализа
2.5 Создание ортоизображений
2.5.1 Последовательность создания ортоизображений
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ПРОЦЕССОМ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
ЗЛ Подготовительные работы
3.2 Полевые работы
3.2.1 Создание сети планово-высотного обоснования лидарной съемки.
3.2.2 Наземное лазерное сканирование объекта
3.3 Камеральные работы
3.3.1 Регистрация и обработка облаков точек
3.3.2 Цифровое трехмерное моделирование
3.3.3 Программный комплекс "ЗбоС
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
4.1 Геодезический мониторинг Шуховской башни
4.1.1 Характеристика Шуховской башни
4.1.2 Создание цифровых трехмерных моделей Шуховской башни
4.2 Цели, задачи и методика проведения экспериментальных исследований
4.3 Моделирование деформаций объекта панельного типа в лабораторных условиях
4.4 Апробация цикла геодезического мониторинга деформационных процессов на примере жилого здания
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время города и тем более мегаполисы переживают так называемый «строительный бум». Ведется интенсивное освоение территории городского пространства. При этом в связи с увеличением стоимости земельных участков наблюдается тенденция строительства высотных сооружений. В этих условиях возникает необходимость наблюдений деформационных процессов данных объектов, учитывая, что они наиболее чувствительны к изменениям состояния окружающей среды.
В нормативных документах регламентируется необходимость обследования и мониторинга технического состояния различных сооружений, особенно при изменении условий их эксплуатации. Однако довольно немногочисленны исследования по контролю высотных строений с применением современных геодезических измерений, связанных с технологиями дистанционного зондирования, в частности наземным лазерным сканированием.
Предпосылки для решения задачи определения деформаций высотных сооружений во многом заложены в действующей нормативно-методической литературе по оценке деформаций различных инженерных сооружений. В этой связи значительный вклад в развитие данного направления геодезических работ внесли известные ученые: И.Ю. Васютинский, В.Н. Ганьшин, Ю.П. Гуляев, Б.Н. Жуков, А.К. Зайцев, A.A. Карлсон, Е.Б. Клюшин, Г.П. Левчук, Г.А. Шеховцов и др.
Использование современных технологий измерений и их обработки применительно к рассматриваемой тематике отражено в отечественных исслдеованиях A.B. Комиссарова, Е.М. Медведева, А.И. Науменко,
A.B. Середовича, В.А. Середовича.
В настоящее время имеется возможность не только выполнять контроль по нескольким точкам, по которым можно судить о наиболее важных видах деформирования (крен, изгиб, неравномерная осадка), но и на основе цифровых трехмерных моделей высотных объектов проводить оценку деформационного процесса в широком спектре возможных видов деформаций (локальное

точность и степень автоматизации получения геометрических характеристик объекта.
Для учета деформаций рассматриваемыми методами могут применяться фототеодолиты, измерительные и стереофотограмметрические камеры. Перед проведением работ объект, подлежащий измерению, обычно маркируют, закрепляя на нем специальные марки-мишени. В дальнейшем их координаты определяются после каждого цикла сбора данных путем измерения фотоснимков.
Согласно [17], при стереофотограмметрическом методе для определения координат деформационного объекта съемку следует проводить цифровой калиброванной камерой с одного или нескольких базисов, а обработку стереопар снимков проводить на фотограмметрических системах с использованием координат опорных точек.
В настоящее время стереоскопические фотограмметрические измерения цифровых снимков можно выполнять с использованием компьютерных стереокомпараторов, включающего специальные программы и вспомогательные принадлежности, обеспечивающие наведение измерительной марки-курсора на стереоскопическую модель и регистрацию получаемых координат [31].
Безусловно, погрешность определения деформаций способами фотограмметрии должна соответствовать данным таблицы 1.3 (Класс точности измерения вертикальных и горизонтальных перемещений).
Уровень нынешних знаний в области фотограмметрии позволил создавать сверхсовременные фотограмметрические измерительные системы для проведения бесконтактных геометрических измерений, например оборудование У-БТАКБ. Одной из его функций является мониторинг деформаций и перемещений объектов и систем, вызванных изменением температуры или нагрузки. Технология позволяет определять трехмерные координаты точек объекта из серии цифровых фотографий, при этом быстрота проведения съемки подкрепляется внушительной точностью проведения измерений: 5 мкм + 5 мкм/м [86].