Обзор программного обеспечения для целей автоматизированного геодезического мониторинга сооружений метрополитена



Правительством города Москвы выполняется «Программа развития Московского метрополитена» [1], согласно которой к 2027 году должно быть построено 43 станции и 95 км путей, темпы строительства данных сооружений набирают все большие обороты, что приводит к повышению спроса к точностным характеристикам выполнения работ и к физической и интеллектуальной деятельности человека, задействованного в строительных процессах. При строительстве новых объектов метрополитена оказывается воздействие на уже существующие и практически непрерывно действующие конструкции (тоннельная обделка, пути, станции, вестибюли). Для наблюдения за такими объектами, разрабатываются проекты наблюдательных станций, в которых может быть заложена цикличность геодезического мониторинга, доходящая даже до 24 раз в сутки. При таких больших объемах работ, использовать человеческие ресурсы крайне неэффективно, затратно, а иногда и невозможно в условиях действующего метрополитена при движении поездов, в этом и заключается актуальность и эффективность использования роботизированных тахеометров для геодезического мониторинга и специализированного программного обеспечения для обработки и анализа результатов.

Для обзора мною были выбраны два программных продукта: Leica GeoMos и Trimble 4D Control. Обе программы подходят для целей автоматизированного геодезического мониторинга.

Leica GeoMoS — это современная программная система мониторинга, конфигурируемая под конкретное применение, на существующих и строящихся объектах любой величины. Каждый проект мониторинга предъявляет определенные требования к производимым измерениям и их точности. Программное обеспечение (ПО) Leica GeoMoS обеспечивает функционирование очень гибкой автоматической системы контроля за деформациями, которая в состоянии объединить показания геодезических, геотехнических и метеорологических датчиков [2].

Leica GeoMoS хранит все измерения и результаты обработки в открытой базе данных SQL. К данным можно обратиться локально или удаленно, используя приложения Leica GeoMoS Анализатор, Leica GeoMoS Уравнивание или иное программное обеспечение.

В дополнение к стандартным средствам связи Leica GeoMoS также поддерживает сетевой протокол связи TCP/IP, который позволяет использовать технологию Ethernet и мобильные сети.

Функциональные возможности:

1. Концепция проекта для мониторинга деформаций объектов с заданной периодичностью.
2. Хранение данных в открытой базе данных SQL.
3. Параллельное использование множества датчиков.
4. Широкий диапазон технологий связи для управления датчиками и сбора данных.
5. Возможность с помощью тахеометров осуществлять измерения на большие расстояния (до 8 км).
6. Метеорологическая сеть, моделируемая по области измерения.
7. Вычисление виртуальных датчиков.
8. Гибкие и настраиваемые предельные значения контролируются на различных уровнях.
9. Мощная система управления событиями и широкие возможности передачи сообщений.
10. Визуальный и буквенно-цифровой анализ.
11. Редактирование и обработка данных тахеометров с учетом хронологии.
12. Краткий обзор текущего состояния на фотографии или карте с использованием светофорной символики.
13. Импорт-экспорт в другие системы (форматы ASCII, DXF, WMF, стандартный Excel).
14. Автоматическое резервное копирование данных и архивация.
15. Автоматический экспорт файлов в формате GeoMoS XML [2].

Программное обеспечение Trimble 4D Control (T4D) — универсальное средство слежения за деформациями зданий и сооружений.

Основные характеристики T4D:

1. Возможность создания комплексных систем мониторинга с использованием GNSS приемников, электронных тахеометров и геотехнических датчиков.
2. Возможность расширения и настройки системы мониторинга для решения широкого круга специализированных задач.
3. Измерения, анализ, визуализация и отчеты по проектам мониторинга.
4. Управление системой и просмотр результатов методом удаленного доступа.

Установленная система мониторинга позволяет обнаружить смещение или движение природных объектов и искусственных строений. Она обеспечивает данными, необходимыми для понимания скорости, направления и величины каждого движения. Программное обеспечение является ядром проекта мониторинга. Оно управляет измерениями, оперирует с данными и анализирует их, обеспечивая поддержку в принятии решений.

В Trimble 4D Control можно задать группы точек для измерения и периодичность наблюдений. Для измерений оптическими инструментами при создании проекта можно просто «натренировать» систему путем наведения электронного тахеометра Trimble на каждую из точек измерения. Затем система будет автоматически измерять заданные точки с заданной периодичностью. Trimble 4D Control собирает и управляет данными, получаемыми с геотехнических датчиков для обеспечения полной функциональности мониторинга [3].

T4D содержит в себе инструменты для анализа данных. В его ядре заложены алгоритмы для анализа сетевой деформации. T4D выполняет подробную оценку данных и выделяет точки, которые движутся. Среди точек можно идентифицировать случайные или систематические ошибки и участки движения. T4D поможет увидеть цикличные движения, а также внезапные или неожиданные изменения в проекте.

Также можно использовать SQL для получения сырых данных напрямую из базы данных. Затем можно провести выборочный анализ, используя информацию, собранную и сохраненную системой. Также можно использовать удаленный доступ через Web-интерфейс для получения ежеминутной информации из удаленного местоположения.

Быстрое построение графиков позволяет отображать результаты отдельных точек или датчиков.

Функции анализа T4D используются для визуализации информации, получаемой от датчиков мониторинга, в форме графиков или таблиц. Расчеты и графика позволяют проводить анализ сложных структур и движения [3].

Сравнение программных продуктов будет проходить по следующим параметрам:

1) интерфейс ПО;

2) выгрузка данных через сайт (возможность быстро и беспрепятственно получить данные в любое время суток);

3) гибкость настроек (возможность установления цикличности мониторинга, добавление и удаление точек, определение засечки тахеометром);

4) графическое отображение данных мониторинга (отображение графиков, диаграмм и визуального расположение точек мониторинга);

5) возможность ведения нескольких проектов одновременно (то есть, есть ли возможность наблюдать за одним объектом мониторинга, либо за несколькими одновременно с помощью подпроектов);

6) стоимость ПО;

7) стоимость оборудования;

8) простота и удобство работы в ПО.

Сравнительный анализ информационных технологий.

Leica GeoMos:

– возможность использовать только оборудование Leica;

– гибкость настроек — свободное установление цикличности мониторинга, определение засечки, добавление и удаление точек;

– возможность ведения только одного проекта, в отличии от T4D. То есть, в программе может наблюдаться только один объект мониторинга;

– выгрузка данных через сайт на интуитивном уровне;

– дорогостоящее ПО с множеством отдельных модулей, необходимых для комплексного мониторинга ≈ 5 млн. рублей;

– необходимость докупать модули, к каждому тахеометру покупается отдельная лицензия, отдельно оплачивается GeoMos Now для выгрузки данных через сайт (≈500 тысяч рублей);

– ПО разделено на опции, которые выполняют свои функции: Monitor — собирает данные мониторнга, Analyzer/Spider — уравнивает полученные данные;

– дорогостоящее оборудование, стоимость роботизированного тахеометра Leica в среднем ≈ 7 млн. рублей;

– популярное ПО в геодезических кругах, в отличии от T4D.

Trimble 4D Control:

– возможность использовать только оборудование Trimble;

– удобный интерфейс ПО;

– последовательный вывод данных по циклу;

– отображение расположения точек с эллипсами ошибок;

– сложная выгрузка данных через сайт;

– в некоторых местах недоработан софт;

– одна программа имеет подпроекты, то есть возможно вести несколько объектов мониторинга одновременно;

– Тахеометр, обработка и проект находятся в одном модуле, то есть не нужно ничего отдельно докупать;

– стоимость ПО ≈ 2 млн. рублей;

– нераспространенное ПО в геодезических кругах, низкая популярность продукта в Российской Федерации;

– недорогое оборудование в сравнении с тахеометрами Leica. Тахеометры Trimble дешевле практически в два раза (≈3 млн. рублей);

– тахеометры Trimble работают быстрее, есть возможность приобретения тахеометра без панели, что сокращает его стоимость (в отличии от Leica, где необходимо приобретать полный комплект оборудования)

Таблица 1

Сравнение характеристик программного обеспечения по баллам от 1 до 5

Ключевые показатели	Leica GeoMos	Trimble 4D Control
Интерфейс ПО	4	5
Выгрузка данных с сайта	5	3
Гибкость настроек	5	4
Графическое отображение данных мониторинга	3	5
Возможность ведения нескольких проектов	1	5
Стоимость ПО	2	4
Стоимость оборудования для автоматизированного мониторинга	2	4
Технические характеристики оборудования	5	5
Простота и удобство работы в ПО	5	4

Несмотря на одинаковые цели и задачи двух программ: Leica GeoMos и Trimble 4D Control, чаще всего выбор пользователя падает в сторону GeoMos из-за широкой популярность данного ПО. T4D практически не используется на территории РФ, хотя в некоторых случаях удобство и функционал технологии на порядок выше. Стоимость обоих программных продуктов с приобретением всех модулей и опций отличается немногим, но стоимость оборудования, применяемого для автоматизированного мониторинга к каждому ПО, отличается в разы. Исходя из этого, можно предположить, что основной недостаток — это невозможность использования оборудования других производителей под данные технологии.

В целом, это единственные программные продукты, используемые для целей автоматизированного мониторинга и выделить одного лидера по всем позициям невозможно. Программное обеспечение обновляется, с каждым годом оно становится лучше для пользователей, выходят новые версии, но также можно выделить и минус — это платные обновления (например, обновление для T4D ≈ 100 тыс. рублей). Если все-таки выделять ПО по ценовой доступности, то на первое место встанет Trimble 4D Control, но по гибкости настроек, выгрузке данных и применяемому оборудованию лидирует Leica GeoMos.

Автор: Сушенкова Ксения Александровна, студент магистратуры геодезического факультета Московского государственного университета геодезии и картографии

Литература:

1. Развитие системы метрополитена Москвы до 2027 года — Текст: электронный // Комплекс градостроительной политики и строительства города Москвы: [сайт]. — URL: https://stroi.mos.ru/razvitie-uds/razvitie-metro (дата обращения: 01.06.2022).
2. Leica GeoMoS. — Текст: электронный // gfk-leica: [сайт]. — URL: https://www.gfk-leica.ru/katalog/programmnoe_obespechenie/po_leica/leica_geomos/ (дата обращения: 01.06.2022).
3. Trimble 4D Control. — Текст: электронный // kmcgeo: [сайт]. — URL: http://kmcgeo.com/Products/T4Dcontrol.htm (дата обращения: 04.06.2022).