Srovnání geodetických podkladů pro projekt modernizace dálnice D1 pořízených laserovým skenováním pozemní a leteckou metodou a trigonometrickým

Transkript

1 Srovnání geodetických podkladů pro projekt modernizace dálnice D1 pořízených laserovým skenováním pozemní a leteckou metodou a trigonometrickým měřením Pavel Sobotka Martin Sirotek

2 výročí zprovoznění prvního úseku dálnice D1 Dálnice D1 v ČSSR měla být páteřní komunikací o délce 722 km, měla propojovat Prahu, Jihlavu, Brno, Trenčín, Žilinu, Prešov a Košice až k hranici se Sovětským svazem. D1, část Praha Brno první zprovozněný úsek Praha - Mirošovice délka úseku 21,3 km, slavnostní otevření (doba výstavby 4 roky), propojení Prahy s Brnem dokončeno v roce 1980 (úsek Humpolec Pávov, 20,7 km).

3 Historie dálnice Praha Brno prvním úředně schválený projektem bylo propojení Moravy se Slovenskem v rámci Silniční magistrály Cheb-Velký Bočkov zpracované nákladem J. A. Bati.

4 Historie dálnice Praha Brno po Mnichovské dohodě naléhavá potřeba náhrady komunikací přerušených záborem Sudet (okamžité zahájení projekčních prací), od započetí projekčních prací do otevření prvního úseku uplyne více než 32 let (dojde třikrát ke změně politického režimu a dvakrát k okupaci země), zahájení výstavby (už v rámci Protektorátu Čechy a Morava) po přizpůsobení projektu německým normám a odsouhlasení generálním inspektorem německých silnic, rychlé tempo prací.

5 Historie dálnice Praha Brno zastavení stavebních prací rozhodnutím říšského protektora, 1946 obnovení prací v některých úsecích, od r postupný útlum prací, konec r úplné ukončení prací (řada úseků ve značně pokročilém stadiu výstavby, kolaudace některých dílčích staveb ). most přes údolí Želivky u Píště, 1956

6 Současná dálnice v mnoha úsecích využívá řadu objektů původní stavby (most přes dálnici u Průhonic u Prahy) 50. léta 20. století 80. léta 20. století současný stav

7 Současný stav dálnice Praha Brno nejvytíženější silniční komunikace v ČR, v úseku Praha - Mirošovice byla rekonstruována a rozšířena na tři jízdní pruhy v každém směru (intenzita provozu až vozidel/24 hod), úsek Mirošovice - Kývalka intenzita voz/24 hod, úsek Kývalka-Brno-Holubice intenzita voz/24 hod, časté poruchy, dochází k lokálním destrukcím vozovky, provedena řada oprav, vozovka na hranici životnosti, stavební firmy odmítají převzít záruky za opravené úseky.

8 Výhled do budoucnosti ze výsledků sčítání dopravy a jejich projekci na období do r vyplývá, že v úseku Mirošovice Kývalka vyhoví stávající uspořádání dálnice (dva pruhy v každém směru), bude provedena modernizace dálnice s rozšířením vozovek na min. šířku 11,5m (možný dočasný provoz 2+2 pruhy při opravách), realizace je plánována na období , zahrne kompletní výměnu vozovek, opravy či náhradu všech mostů, plnou náhradu vybavení dálnice na úroveň současných předpisů a technických požadavků.

9 Výhled do budoucnosti v úseku Kývalka - Brno - Holubice je do r předpokládána intenzita až voz/24 hod, plánovaná modernizace předpokládá i rozšíření na 3 jízdní pruhy v každém směru, dosud bylo v tomto úseku zpracováno několik studií a dokumentace DÚR, o termínu realizace dosud nebylo rozhodnuto.

10 Měření pro potřeby modernizace dálnice Zadání stávající ZMD není dostatečným podkladem pro náročnou projektovoučinnost => nutnost zaměření prioritních úseků, ze strany ŘSD ČR neexistence jednotného zadání na zpracování rozsáhlých geodetických podkladů v krátkých lhůtách (1 měsíc po objednání) => rozdílné požadavky - nové měření / aktualizace stávající ZMD => použití různých metod měření na jednotlivých úsecích dálnice (totální stanice / GNSS / pozemní a letecké skenování).

11 Měření pro potřeby modernizace dálnice Požadavky na přesnost směrodatná výšková odchylka na zpevněných površích 4 cm (relativní odchylka vzhledem k referenčním bodům státní nivelační sítě 3 cm), směrodatná výšková odchylka na nezpevněných površích 12 cm, směrodatná polohová odchylka 10 cm, objednatel byl upozorněn, že před zahájením stavebních prací bude nutné vybudovat v celé délce úpravy (160 km) jednotné bodové pole, aby mezi dílčími stavebními úseky nedocházelo k prostorovým rozdílům v hodnotách několika centimetrů (zejména však ve výškách)

12 Měřené úseky úsek 4, Šternov Psáře (PRAGOPROJEKT, a.s.), - pozemní laserové skenování, - skener RIEGL, metoda STOP AND GO, - významný podíl konvenčního doměření, úsek 7, Loket Hořice (PRAGOPROJEKT, a.s.), - letecké skenování z vrtulníku, technologie TOPEYE, - menší podíl konvenčních doměrků, úsek 17, Lhotka Velká Bíteš (PRAGOPROJEKT, a.s.), - aktualizace stávající ZMD konvenčním doměřením, úsek 18, Velká Bíteš Devět křížů (VIAPONT, s.r.o.), - letecké skenování z vrtulníku, technologie TOPEYE + samostatné měření klasickou technologií

13 Měření konvenčními metodami a GNSS měření bylo napojeno na body ZPBP, ZVBP v okolí dálnice, body sítě ŘSD, příp. body určené opakovanou observací GNSS, velmi náročné na zajištění bezpečnosti práce - měření na dálnici za provozu, nepřístupný středový dělící pás. zaměřeny vnější hrany zpevnění dálnice a blízké okolí, vzdálenost profilů 50-80m

14 Pozemní laserové skenování očištěná mračna bodů zředěna na hustotu cca 1 bod/2-3 m², vektorizace okrajů vozovek takto upravený podklad byl doplněn rozsáhlým konvenčním doměřením polohopisu, kontrola nezávislým klasickým měřením: - rozdíly výšek na okrajích vozovek nepřekročily 3cm (průměr 2cm), - rozdíly v poloze nepřekročily 10cm,

15 Pozemní laserové skenování operativnost a časová flexibilita, ekonomický efekt i pro měření rozsahem menších lokalit, lepší výšková přesnost (2cm), použitelnost i pro zaměření tunelů a prostor pod mosty. absence polohové složky v jinak velmi kvalitním výškovém modelu, kterou je nutné převzít z jiných podkladů nebo provést doměření polohopisu (vyhodnocení okrajů vozovky z obarveného mračna bodů nebylo zcela spolehlivé), vyšší počet falešných odrazů => náročné čištění a editace DTM, zejména na zpevněných površích, kde je požadována vysoká výšková přesnost, měření na dálnici za provozu nutnost náročných dopravních opatření pro zajištění bezpečnosti práce, součinnost s SSÚD.

16 Pozemní laserové skenování Výřez z DTM - pozemní sken (150x150m) po zředění a filtraci dat vstupuje do DTM linií trojúhelníkové sítě + povinné spojnice

17 Pozemní laserové skenování DTM vozovky s chybným odrazem interval vrstevnic 2cm

18 Pozemní laserové skenování Detail chybně vyhodnocené vozovky interval vrstevnic 2cm

19 Letecké laserové skenování z vrtulníku Úsek 7 Úsek 18 očištěná mračna bodů o průměrné hustotě 19 bodů/m 2 zředěna na hustotu cca 1 bod na cca 2-3 m 2, vektorizovány okraje vozovek, sken doplněn ortofotomapou o vysokém rozlišení (3cm/pixel) => do podkladu převzato množství polohopisných prvků i části povinných spojnic pro DTM bez nutnosti rozsáhlejších doměrků. očištěné mračno bodů ponecháno ve vyšší hustotě, terénní model na základě povinných spojnic identifikovaných v ortofotomapě (3 cm/pixel), podrobnější model vyžadoval při snímání příčných řezů práci se speciálním softwarem, schopným reagovat správně na velké množství bodů v pásu řezu. Kontrolní měření nezjistila rozdíly v nadmořských výškách na okrajích vozovek vyšší než 4.5 cm (průměrná hodnota 3 cm) a v poloze 10 cm.

20 Letecké laserové skenování z vrtulníku vysoká efektivita při zaměření rozsáhlých zájmových území, bezpečnost práce, nejsou nutná žádná dopravní opatření, díky ortofotomapě o vysokém rozlišení je výrazně redukován podíl ploch, které je nutno doměřit (lze odvodit např. hranice zeleně, rozhraní ploch, dopravní značky, linie svodidel, spárořez dlaždic odvodňovacích žlabů apod.). nižší výšková přesnost proti pozemnímu skenování (3 cm), v současné době v ČR neekonomické pro menší lokality, nutnost doměření vegetací zacloněných objektů a pro laser skrytých prostor (pod mosty, v tunelech, čela propustků apod.).

21 Porovnání standardní ortofotomapy (20cm/pix) s ortofotomapou o vysokém rozlišení (3 cm/pix)

22 Srovnání použitých metod měření při tvorbě DTM na úseku 18 byl kladen důraz na srovnávání výsledků, získaných jednotlivými metodami s cílem připravit podklad pro zadání a zpracování zaměření dalších projekčních úseků. Byla posuzována možnost práce s příčnými řezy a jejich použití v dalším projektování, Měření klasickými metodami klasickým způsobem byly zaměřeny příčné řezy po cca 80 m, DTM vytvořený z těchto řezů je možné použít tam, kde povinné spojnice kopírují skutečné hrany zejména hranu zpevnění, značná generalizace terénu, údaje z tělesa získané interpolací jsou zatíženy chybou danou nepravidelností měřeného terénu, výhodou tohoto modelu je rychlá odezva při snímání řezů model je relativně malý.

23 Srovnání použitých metod měření při tvorbě DTM Laserové skenování při použití modelu ze skenování je problematické stanovení povinných spojnic, spojnice byly polohově odečteny z přesné ortofotomapy, jejich zavedení do modelu potom způsobilo v řadě případů jeho nekorektní chování (konflikt výšky na modelu bez hran a výšky interpolované na dodatečně přidané dlouhé hraně), problémy působí i jednotlivé neodfiltrované falešné odrazy, které se ve značně rozsáhlých modelech nesnadno detekují, práce s velmi rozsáhlými modely (v řádu milionů bodů), jsou obtížně zpracovatelné běžnými programy DTM v silničních systémech.

24 Klasické zaměření - zpevněná krajnice a okolí

25 Mračno bodů po základní úpravě (ředění, odrazy)

26 Detail mračna bodů v oblasti mostu nad dálnicí Kam které body patří??, nutná definice povinných spojnic

27 Příprava povinných spojnic terénní hrany

28 Srovnání použitých metod měření při tvorbě DTM Příčný řez sejmutý z klasického modelu (b=80 m)

29 Srovnání použitých metod měření při tvorbě DTM Příčný řez sejmutý z mračna bodů po ředění

30 Srovnání použitých metod měření při tvorbě DTM Příčný řez sejmutý z mračna bodů

31 Na základě zkušeností z prezentovaných akcí můžeme doporučit 3 způsoby zpracování dat získaných skenováním: použít málo zředěný nebo neředěný model bez povinných spojnic a potřebné řezy snímat softwarem pro práci s mračny bodů. Výsledné řezy následně generalizovat na počet bodů do cca 200/řez a využít je v běžném silničním softwaru, zředit DTM z laserového skenování, opatřit jej povinnými spojnicemi a prověřit shodu výšek na hranách. Takový model je pak možno používat přímo v běžném silničním softwaru (RoadPAC, InRoads, Autodesk Civil3D), pracovat se SW nadstavbami, které umožňují práci s mračny bodů i detailními DTM. Vzhledem k nejčastěji používaným postupům projektování a možnostem současného silničního SW a HW vybavení, je však běžná aplikace tohoto postupu spíše záležitostí budoucnosti.

32 Závěr metoda laserového skenování je pro potřeby projektů rozsáhlých silničních staveb vhodná a efektivní, umožňuje rychlé a přesné zaměření velmi rozsáhlých ploch, v případě leteckého skenování není nutné přijímat náročná opatření pro zajištění bezpečnosti práce, je však nezbytné kvalitní zaměření referenčních bodů po celé délce trasy (zejména výškové), provést velmi podrobnou kontrolu DTM a jeho doplnění velkým počtem povinných spojnic,

33 Děkuji Vám za pozornost