Картирование подземных коммуникаций в режиме реального времени с помощью ПО RadarMap

Отдельного разговора заслуживает ситуация с локальными подключениями многоквартирных и частных домов. В зависимости от типа коммуникаций существуют разные подходы при ответвлении от магистрали, подведении к фасаду здания и непосредственно самому подключению. Но на картах таким подключениям либо не уделяют внимания вовсе, либо проводят одну схематичную прямую, не всегда соответствующую реальной обстановке. Все это требует срочного и надежного решения.

В поисках наиболее удобного и наименее затратного метода не деструктивного нахождения подземных коммуникаций зарубежные специалисты остановились на георадиолокации.

Выявление коммуникаций на георадарном профиле

В результате дифракции каждый точечный отражатель, находящийся в однородной среде, при равномерном движении георадара по ее поверхности отображается на получаемом профиле в виде гиперболы, вершине которой соответствует истинное положение локального объекта. При этом, поскольку в таком же виде отражаются любые локальные объекты, такие как валуны или пустоты, для их отсева необходимо один и тот же объект пересечь в нескольких местах и убедиться, что он является протяженным и выстраивается на поверхности в линию, т.е. является искусственно сооруженным. Иными словами, основная задача исследователя в данном случае сводится к нахождению, распознаванию и картированию «гипербол» на георадарном профиле.

Как следует из вышесказанного, для точного построения и регистрации найденных «гипербол» необходим способ их позиционирования на поверхности, например, при помощи спутниковых глобальных систем позиционирования GPS, ГЛОНАС или GNSS, а в идеале – RTK GNSS системы с возможностью внесения корректировки и накопления ошибок в реальном времени и с постоянным подключением к корректирующей базовой станции. Для этой же цели могут применятся разного рода инерциальные, лазерные или оптические системы позиционирования и их комплексные решения, такие как Dead Reckonning Systems (Системы Счисления Координат), например, WPS (Wheels Positioning System) разработки НПФ «Радарные Системы», интегрированная в ПО RadarMap. В подавляющем большинстве случаев эти системы предоставляют данные позиционирования посредством формата NMEA (National Marine Electronics Association), который является текстовым и может нести разного рода информацию – от координат до характеристик оборудования и источников сигнала. Далее такого рода системы можно объединить под общим термином «GPS-приемник», а их данные позиционирования определить, как «GPS-координаты».

Идея объединить любые цифровые данные с GPS-координатами не имеет явного авторства и лежала на поверхности со времени появления в широком доступе GPS-приемников и массового их внедрения в хозяйственную деятельность человека. На рынке георадаров производители почти одновременно стали предлагать возможность подключения GPS-приемника к их оборудованию напрямую или посредством их же программного обеспечения. Главная задача сводилась к привязке георадарного профиля к GPS-координатам. Вопросы точности привязки, интерполяции и сглаживания GPS-координат, лежащие в плоскостях оборудования и ПО, можно опустить и отнести к техническим.

Но времена одиночных георадарных профилей канули в лету, теперь заказчики хотят оперировать массивами данных – наборами георадарных профилей, перекрывающими исследуемый участок по площади и имеющими жесткую GPS-привязку. Соответственно, стали появляться варианты экспорта или объединения георадарных данных в том или ином виде с онлайновыми картографическими сервисами, такими как Microsoft Bing Maps, Яндекс.Карты или наиболее распространённый Google Earth, он же Google Maps. Все эти сервисы объединяет ряд общих проблем: правообладание и лицензирование, крайне грубый масштаб, а также узкая специализация предоставляемых т.н. API (программных интерфейсов программирования – инструментов программного доступа к онлайн-данным).

Как альтернативный метод отображения георадарных данных с GPS-координатами широко используется метод привязки группы профилей к параллельной или параллельно-перпендикулярной сетке, или разбиению пройденного «змейкой» GPS-трека на линейно-параллельные участки с дальнейшим выделением найденных «гипербол» и нахождением протяженных подповерхностных объектов.

Широко применяется так же и комплексное использование обозначенных выше методов. Но общий принцип использования заключается в пост-обработке данных уже в «офисе», а не «в поле». Это связано, в первую очередь, с не очень широким распространением мобильных компьютеров с широкополосным доступом к интернету, проще говоря с GPRS-модемом «на борту». Наличие смартфонов решает данную проблему, но лишь отчасти: либо скорости не те, либо интерфейсы компьютера уже заняты соединениями с георадаром или GPS-приемником. Использование USB-кабеля «в поле» неудобно, а дополнительное Bluetooth-соединение сужает интернет-трафик.

Выходом и существенным расширением возможностей является использование уже готовых многослойных карт в цифровом формате, предоставляемых кадастровыми службами на местах или идущими вместе с проектной документацией инженерных сетей, которые уже могут содержать начальную, «задокументированную» информацию о наличии на исследуемом участке тех или иных подземных коммуникаций в виде отдельного слоя или слоев. Существует лишь несколько ограничений – формат данных карт, их исполнение (растровое, или что более приемлемо, векторное) и самое главное – это система координат, используемая в этих картах. Ведь GPS-приемник, в большинстве случаев, предоставляет координаты в виде широты и долготы – в градусах-минутах-секундах, в так называемом GGA String, а карты обычно имеют «метровую» привязку. Переход от градусов к расстояниям в метрах или футах влечет за собой широкий пласт проблем, связанных с их пересчетом для каждой отдельно взятой страны или т.н. «зоны» и переходом от сферических координат к прямоугольным с использованием того или иного «эллипсоида» или, проще говоря, от глобальных к локальным координатам. Каждая страна для точного описания своих локальных координат или «зон» использует свой стандарт системы координат, в основе которого, кроме коэффициентов пересчета, используется свой «эллипсоид», размеры которого подбираются при условии наилучшего соответствия фигуре геоида Земли в целом или отдельных её частей, и имеющих наименьшую ошибку точности пересчета в конкретной «зоне». Также следует отметить, что каждая система координат имеет свой собственный «нулевой километр».

Таким образом, необходимое ПО должно обладать свойствами ГИС-системы с возможностью пересчета и перехода из одной системы координат в другую и обратно без потери точности и привязки георадарных данных. Т.е. GPS-координата становится неким многомерным «железным гвоздем», соединяющим георадарные и географические данные, который позволяет «прибить намертво» выделенные гиперболы непосредственно к карте. Данное утверждение проходит «красной нитью» внутри разработки, внедрения и использования ПО RadarMap.

ПО RadarMap

При разработке ПО RadarMap было предложено отталкиваться непосредственно от задачи картирования подземных коммуникаций прямо «в поле» с минимальной предварительной подготовкой в виде копирования или «закачки» необходимой карты, охватывающей исследуемый участок. Для получения цифровых карт данное программное обеспечение позволяет использовать разные источники: растровые многослойные карты в виде набора полупрозрачных PNG-изображений, векторные карты в формате AutoCAD DXF, растровые онлайн карты OpenStreetMap® (причем в режиме онлайн для текущих GPS-координат или по заданным вручную координатам с возможностью кэширования скачиваемой карты). Так же допускается использование векторных мультифайловых карт, хранящихся в локальной базе данных. Наконец, предусмотрена возможность применения любых изображений карт (например, скан-копий) с ориентацией на север.

Текущая версия ПО RadarMap используется в Голландии, Швеции и Бельгии, а также внедряется в Германии и готовится к внедрению в остальных странах Евросоюза и странах СНГ. Системы координат для разных стран и зон добавляются в виде отдельных «плагинов» с открытым исходным кодом и доступны для широкого использования.

Дальнейшее развитие как метода, так и его воплощения в ПО RadarMap следует по пути автоматического нахождения и распознавания образов гипербол с их дальнейшей классификацией и подразделением на типы подземных коммуникаций.

Приобрести программное обеспечение RadarMap, а также получить все необходимые консультации можно в представительстве НПФ «Радарные Системы» в России и странах СНГ – проекте «Радарные и сейсмические системы».