Введение 3
Глава 1. Литературный обзор 6
Глава 2. Технология геоинформационного моделирования объектов дорожной инфраструктуры на основе данных лазерного сканирования 14
2.1 Сущность метода геоинформационного моделирования 14
2.2 Объекты дорожной инфраструктуры 19
2.3 Технология лазерного сканирования 25
2.4 Технология создания геоинформационной модели объектов дорожной инфраструктуры 29
2.4.1 Обработка данных лазерного сканирования 29
2.4.2 Разработка файловой базы геоданных объектов дорожной инфраструктуры 31
2.4.3 Технология разбивки участка автомобильной дороги методами геоинформационного
анализа 32
2.4.4 Технология расчета и присвоения линейной адресации объектам дорожной
инфраструктуры 35
2.4.5 Картографическая визуализация объектов дорожной инфраструктуры. Технология
разворота дорожных знаков в геоинформационной модели по направлению движения 37
Глава 3. Апробация метода. Создание геоинформационной модели объектов дорожной инфраструктуры. Оценка результатов 40
3.1 Обработка данных лазерного сканирования 40
3.1.1 Сбор данных 40
3.1.2 Результаты и обработка данных 42
3.2 Разработка файловой базы геоданных объектов дорожной инфраструктуры 54
3.3 Разбивка участка Кольцевой автомобильной дороги г. Санкт-Петербурга 57
3.4 Расчет линейной адресации объектов дорожной инфраструктуры 63
3.5 Картографическая визуализация. Автоматический разворот дорожных знаков по
направлению движения 68
3.6 Создание тематических карт. Оценка результатов 70
Заключение 75
Список литературы 77
Приложения
В настоящее время происходит процесс перехода в информационное общество. Данный процесс предполагает работу существенной части населения в информационной сфере (производства информации и информационных услуг). Соответственно, значительная часть общества является потребителем информационных услуг. В связи с этим, возрастает актуальность применения методов работы с информационными ресурсами. В совокупности, это можно обозначить термином «информационное моделирование».
Применение пространственной информации актуально в контексте процессов управления и производства. В результате предыдущей деятельности изыскательских организаций накоплен большой массив пространственных данных. Однако, большие объемы информации зачастую характеризуются отсутствием единой структуры, за счет чего создается информационный барьер, а также препятствия для эффективного применения данной информации. Одно из решений в сложившейся ситуации - создание технологий эффективного использования пространственной информации. Пример такой технологии - геоинформационное моделирование.
Геоинформатика является одной из важных основ перехода в информационное общество. Информатизация является глубинным процессом. В сложившейся ситуации, геоинформационное моделирование - ключ к познанию окружающего мира.
Одним из критериев эффективного использования информационных ресурсов является умение работать с пространственной информацией. В наши дни информационные ресурсы представлены широким спектром информационных моделей. Геоинформатика основана на междисциплинарной интеграции, а обработка информации геоинформационными методами строится на основе применения моделей. В этой связи, геоинформационное моделирование является ключевым звеном цепочки обработки геоданных и геоинформации.
Также сейчас наблюдается бурное развитие тематики моделирования автомобильных дорог. В особенности, свое применение находит технология лазерного сканирования. Преимуществом данной технологии является высокая скорость изысканий, которая позволяет задуматься об эффективном применении его результатов в моделировании. В рамках моделирования на сегодняшний день определяющее значения имеет одно из определяющих значений технология геоинформационных систем (ГИС), поскольку она позволяет учитывать объекты на местности, что, в свою очередь, является важным при инвентаризации объектов дорожной инфраструктуры.
Объектом исследования являются объекты дорожной инфраструктуры, их пространственное и географическое положение, а также их отражение в данных лазерного сканирования.
Цель исследования исходит из названия данной работы - создание геоинформационной модели объектов дорожной инфраструктуры на основе данных лазерного сканирования.
Достижение поставленной цели предусматривает решения ряда последовательных задач, формирующий этапы проведения работы:
1. Проведение обзора и анализа отечественного и зарубежного опыта применения данных лазерного сканирования в дорожном информационном моделировании, а также опыта классификации объектов дорожной инфраструктуры по данным лазерного сканирования.
2. Проведение сбора исходных данных (полевые работы с использованием мобильной сканирующей системы), постобработка полученных данных, полученные данных лазерного сканирования, привязанных во времени и пространстве.
3. Исследование и апробирование ручных и полуавтоматических алгоритмов обработки данных лазерного сканирования, а также классификации и выделения объектов дорожной инфраструктуры; анализ соответствующего программного обеспечения.
4. Разработка структуры и создание файловой базы геоданных объектов дорожной инфраструктуры.
5. Разработка и апробирование метода разбивки участка автомобильной дороги по километровым участкам средствами пространственного и геоинформационного анализа.
6. Разработка и апробирование метода автоматического расчета линейной адресации объектов дорожной инфраструктуры.
7. Разработка библиотеки системы условных обозначений дорожных знаков в соответствии с требованием ГОСТ, обеспечение наглядности картографической визуализации объектов.
8. Составление тематических карт, для демонстрации и оценки качества результата создания геоинформационной модели.
Использованные материалы. В качестве основных материалов были использованы данные лазерного сканирования с мобильной сканирующей системы Topcon IP-S2 участка основного хода федеральной автомобильной дороги А-118 (Кольцевая автомобильная дорога г. Санкт-Петербурга).
Научная новизна состоит в разработанном методе геоинформационного моделирования объектов дорожной инфраструктуры с использованием в качестве основы данные лазерного сканирования; ряде алгоритмов (таких как разбивка участка автомобильной дороги на километровые участки, расчет линейной адресации объектов дорожной инфраструктуры методами геоинформационного анализа), актуальных как в геоинформационном картографировании, так и дорожном проектировании и моделировании.
Практическая значимость полученных результатов. Разработанные методы и алгоритмы уже интегрированы в процесс формирования цифровых моделей автомобильных дорог для решения задач отражения фактической дорожной ситуации, выпуска исходных данных для проектировщиков дорог, а также в целях диагностики, паспортизации и инвентаризации.
Структура и объем работы. Магистерская работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы (42 наименования), а также четырех приложений (каждое из которых является тематической картой). Материал изложен на 80 страницах (без учета приложений), содержит 4 таблицы и 51 рисунок.
В ходе проведенных теоретических исследований, разработки и апробации метода достигнута основная цель магистерской диссертации: разработана геоинформационная модель объектов дорожной инфраструктуры на основе данных лазерного сканирования.
Результаты диссертационного исследования заключаются в следующем:
1. Проведен обзор и анализ предшествующего отечественного и зарубежного опыта применения данных лазерного сканирования в дорожном информационном моделировании. Также в обзор и анализ вошел обзор предшествующего опыта классификации объектов дорожной инфраструктуры по данным лазерного сканирования (облакам точек и панорамной фото- и видеосъемки).
2. Были проведены полевые работы с мобильной сканирующей системой (сбор исходных данных), в результате постобработки данных были получены облако точек, панорамная фотосъемка с привязкой в пространстве и времени.
3. Были исследованы и апробированы ручные и полуавтоматические алгоритмы классификации объектов дорожной инфраструктуры по данным лазерного сканирования, в результате чего были подготовлены исходные данные для дальнейшей интеграции и обработки методами геоинформационного моделирования. Проведен анализ различного программного обеспечения для обработки данных лазерного сканирования.
4. Разработана структура и создана файловая база геоданных объектов дорожной инфраструктуры.
5. Разработан и апробирован метод разбивки участка автомобильной дороги по километровым участкам средствами пространственного и геоинформационного анализа.
6. Разработан и апробирован метод автоматического расчета линейной адресации объектов дорожной инфраструктуры.
7. В рамках решения задачи картографической визуализации была разработана система условных обозначений дорожных знаков, соответствующая требования национального стандарта. Учитывалась уникальность всех знаков - вплоть до каждого знака индивидуального проектирования.
8. По результатам создания геоинформационной модели объектов дорожной инфраструктуры был составлен ряд уникальных тематических карт, позволяющих провести оценку качества результатов.
Таким образом, цель магистерской диссертации достигнута, решены все задачи на пути ее достижения.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
