Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ЗАДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НАЗЕМНЫХ ЛАЗЕРНЫХ СКАНЕРОВ ДЛЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКО-МАРКШЕЙДЕРСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВ 10
1.1 Основные задачи геодезическо-маркшейдерского обеспечения
эксплуатации нефтегазопромыслов 10
12 Современные наземные лазерные сканеры 14
Принцип действия наземных лазерных сканеров 14
Принцип действия дал ьномерного блока наземных
лазерных сканеров 16
Принцип действия блока развертки наземных лазерных сканеров 18
Основные технические характеристики современных наземных лазерных сканеров 20
Классификация наземных лазерных сканеров по
техническим характеристикам 25
1.2.6 Требования к техническим характеристикам наземных ла
зерных сканеров для создания цифровых моделей
объектов нефтегазопромыслов 26
1.3 Программные продукты обработки данных наземного лазерного
сканирования 27
Классификация программных продуктов обработки данных наземного лазерного сканирования „„ , 27
Основные функции программных продуктов обработки
данных наземного лазерного сканирования 29
1.3.3 Выбор программных продуктов для создания цифровых
топографических планов и трехмерных моделей на основе
данных наземного лазерного сканирования ,.,„. 39
1А Анализ возможных областей применения наземных лазерных
сканеров 43
Вывод 48
2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАЗЕМНЫХ ЛАЗЕРНЫХ
СКАНЕРАХ И АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ОШИБОК
РЕЗУЛЬТАТОВ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО
СКАНИРОВАНИЯ 49
2Л Методики выполнения измерений современными наземными
лазерными сканерами 49
2.1.1 Основные этапы работы с современными наземными
лазерными сканерами 49
2.1.2 Установка наземных лазерных сканеров на станции 49
2Л.З Создание планово-высотного обоснования 50
2Л.4 Выполнение измерений наземными лазерными сканерами 53
2.2 Основные источники ошибок, возникающих при измерении
расстояний наземными лазерными сканерами 54
2.2 Л Влияние атмосферы на точность измерения расстояний 54
2.2.2 Влияние формы и материала отражающих поверхностей на
точность измерения расстояний 62
2.3 Априорная оценка точности результатов наземного лазерного
сканирования 67
Вывод 74
3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ
ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВ СРЕДСТВАМИ
НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ 75
ЗЛ Цифровые модели местности 75
ЗЛ Л Понятие, формы представления и требования к точности
цифровых моделей местности 75
3.L2 Обзор современных инструментов и технологий получения
трехмерных координат и цифровых моделей изучаемых
объектов „ 79
ЗЛ Методика съемки объектов нефтегазопромьтслов с применением
наземных лазерных сканеров 81
3.2.1 Проектирование работ 81
3,22 Создание основного планово-высотного обоснования на
снимаемом объекте , 82
3.2.3 Особенности составления абрисов объектов
нефтегазопромыслов 83
Выбор мест положения сканерных станций и параметров сканирования 84
Выполнение сканерной съемки 89
Создание рабочего планово-высотного обоснования (на примере наземных лазерных сканеров RIEGL, серии
LMS-Z) 90
3.2.7 Формирование единой точечной модели по данным
наземного лазерного сканирования (на примере ПО
RiSCANPRO) 92
3.3 Методика создания цифровых топофафических планов объектов
нефтегазопромыслов на основе данных наземного лазерного
сканирования 93
3.3.1 Основные этапы методики создания цифровых топографи
ческих планов объектов нефтегазопромыслов на
основе данных наземного лазерного сканирования 93
3.3.2 Подготовка данных наземного лазерного сканирования для
создания цифровых топографических планов 94
33.3 Векторизация точечной модели 95
Определение высотных характеристик объектов и рельефа 99
Экспорт цифрового топографического плана в пользовательский формат 100
Создание баз данных 101
Оформление цифрового топографического плана в соответствии с требованиями 102
Контроль точности цифровых топофафических планов, создаваемых на основе данных наземного лазерного сканирования 103
3.4 Методика создания цифровых трехмерных моделей объектов
нефтегазопромыслов на основе данных наземного лазерного
сканирования 104
3.4.1 Основные этапы методики создания цифровых трехмерных
моделей объектов нефтегазопромыслов на основе данных
наземного лазерного сканирования 104
Подготовка данных наземного лазерного сканирования для создания цифровых трехмерных моделей 104
Векторизация точечной модели 105
Экспорт цифровой трехмерной модели в пользовательский
формат 115
Вывод 117
4 ОПЫТ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ НАЗЕМНОГО
ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ
МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВ 118
4.1 Экспериментальные исследования методики создания цифровых
топографических планов объектов иефтегазопромыслов с
применением наземного лазерного сканирования 118
Общее описание работ 118
Составление абрисов 119
4Л-3 Выполнение основных и дополнительных съемочных работ 121
4.1.4 Формирование единой точеной модели по данным
наземного лазерного сканирования [23
4.L5 Создание цифровых топографических планов на основе
данных наземного лазерного сканирования 124
4.1.6 Контроль точности цифровых топографических планов 126
4.2 Экспериментальные исследования методики создания цифровых
трехмерных моделей объектов газовых промыслов с
применением наземного лазерного сканирования 127
4.2.1 Общее описание работ 127
4-2.2 Создание планово-высотного обоснования на район работ 128
4.2.3 Составление абрисов 130
4-2.4 Выполнение съемочных работ 130
4.2.5 Формирование единой точеной модели по данным
наземного лазерного сканирования 132
4.2.6 Создание цифровых трехмерных моделей на основе
данных наземного лазерного сканирования 132
4.3 Расчет комплексных норм времени на создание цифровых топо
графических планов и трехмерных моделей объектов иефтегазо
промыслов с применением наземного лазерного
сканирования 133
Вывод 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 136
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 137
Приложение А Технические характеристики современных
топографических наземных лазерных сканеров 148
Приложение Б Функции программного обеспечения для обработки
данных наземного лазерного сканирования 149
Приложение В Исследование различных схем создания рабочего
планово-высотного обоснования наземных
лазерных сканеров 150
Приложение Г Категории загруженности участков территорий
объектов нефтегазопромыслов 155
Приложение Д Расстояния между сканерными станциями и средние
площади съемки со станции на ЦППН-1, ДНС-2 и
ДНС-1 ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз» 159
Приложение Е Средние квадратические погрешности положения
сканерных марок во внешней системе координат 164
Приложение Ж Нормы времени на отдельные процессы создания 1 га
цифровых топографических планов и трехмерных
моделей объектов нефтегазопромыслов 165
Введение к работе
В настоящее время технологии выполнения топографо-геодезических работ претерпевают значительные изменения, которые связаны с внедрением современных измерительных систем, компьютеров и интернет-технологий. На передний план выходят автоматизированные комплексы, позволяющие производить измерения и обработку данных с дальнейшей их интерпретацией и моделированием.
При этом, для целого ряда значимых объектов актуальным становится представление результатов измерений в виде трехмерных моделей. Такая задача может быть успешно решена с применением наземных лазерных сканеров.
Активным потребителем продукции, получаемой с помощью наземных лазерных сканеров, является нефтегазодобывающая отрасль. Именно здесь возникает потребность в цифровых моделях технологического оборудования, получаемых в заданной системе координат для решения задач геомониторинга, проектирования, безопасной эксплуатации и других приложений.
Однако, в связи с новизной наземных лазерных сканеров, в настоящее время отсутствуют готовые методики создания цифровых моделей объектов нефтегазопромыслов средствами наземного лазерного сканирования. Поэтому тема диссертационного исследования является актуальной.
Как новое направление в геодезии, технология наземного лазерного сканирования вызывает особый интерес у многих ученых. Большой вклад в становление и развитие данного научного направления внесли Савиных В.П.? Ям-баев Х.К., Журкин И. Г., Мельников СР., Медведев Е.А., Данилин И.М., Сере-дович В.А., Гук АЛ. Основными организациями, в настоящее время, развивающими практическое применение наземного лазерного сканирования в России, являются высшие учебные заведения, крупные инновационные производственные организации, компании, распространяющие лазерные сканеры и программное обеспечение. Большую активность в исследовании характеристик наземных лазерных сканеров, методик выполнения измерений и обработки результатов проявляют российские геодезические вузы МГУГиК (МИИГАиК) и СГГА, организовавшие структурные подразделения и закупившие оборудование для данных исследований.
Цель диссертационного исследования заключается в разработке методики создания цифровых моделей объектов нефтегазопромыслов с применением на-
земного лазерного сканирования. Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие основные задачи:
определить критерии выбора программных средств наземного лазерного сканирования;
выполнить анализ основных источников погрешностей в результатах наземного лазерного сканирования;
разработать и исследовать методику выполнения сканерной съемки объектов нефтегазопромыслов для создания цифровых топофафических планов и трехмерных моделей;
разработать и исследовать методики создания цифровых топографических планов и трехмерных моделей объектов нефтегазопромыслов на основе данных наземного лазерного сканирования;
выполнить апробацию предлагаемых методик на реальных объектах, оценить точность создания цифровых моделей и определить нормы времени на данные виды работ.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 165 страницы печатного текста, 43 таблицы и 78 рисунков. Список использованных источников включает 115 наименований.
В первом разделе рассмотрены цели и задачи геодезическо-маркшейдерского обеспечения нефтегазопромыслов, выполнен анализ характеристик современных наземных лазерных сканеров и обрабатывающего программного обеспечения. Определены требования к техническим характеристиками наземных лазерных сканеров и предложена методика выбора программного обеспечения для создания цифровых топографических планов и трехмерных моделей объектов нефтегазопромыслов.
Во втором разделе выполнены: анализ основных источников ошибок в дальномерных измерениях наземных лазерных сканеров; предрасчет точности результатов наземного лазерного сканирования н разработаны рекомендации по учету неблагоприятных факторов и снижению их влияния на точность измерений.
В третьем разделе обобщены сведения о цифровых моделях местности, в том числе о цифровых топофафических картах и планах и трехмерных моделях местности, и приводятся основные требования к их точности, предложены ме-
тодики выполнения скаперной съемки и создания цифровых моделей объектов нефтегазопромыслов на основе данных наземного лазерного сканирования.
В четвертом разделе на основе выполненных разработок и предложенных методик приведены результаты целого ряда проектов по созданию цифровых топографических планов и трехмерных моделей объектов нефтегазопромыслов. Все представленные проекты доведены до практического внедрения, и выполнены в период с 2004 по 2006 год, при личном участии автора в качестве исполнителя.
Похожие диссертации на Методика создания цифровых моделей объектов нефтегазопромыслов средствами наземного лазерного сканирования
