PROSIG EXPERT: Modelarea complexa a realitatii in Portul Calafat prin integrarea datelor LiDAR cu date optice si batimetrice

UGR face eforturi sa promoveze in publicatiile de specialitate tendinte si evolutii noi ale tehnologiilor actuale care aduc o imbunatatire si o imbogatire a serviciilor profesionale din domeniu. De multe ori am constatat ca beneficiarii nostri au nevoie de o conceptualizare noua, de o schimbare de perspectiva privind rezultatele activitatii inginerilor geodezi. Astazi, in perspectiva digitalizarii rezultatelor muncii noastre, discutam de managementul informatiei spatiale, modelare tridimensionala si vizaulizarea informatiei spatiale, mai degraba decat reprezentarea pe planuri si harti in format analogic a topografiei. 

Pentru proiectarea lucrarilor de modernizare din cadrul proiectului „Extinderea infrastructurii portului Calafat (km 795) si sistematizarea dispozitivului feroviar al portului – Etapa 1” a fost necesara reprezentarea realitatii din teren intr-o forma digitala. In mod clasic aceasta reprezentare a realitatii se realizeaza cu ajutorul planului de situatie cu curbe de nivel. Aceasta modelare a realitatii nu ii ofera proiectantului o reprezentare fidela a mediului real, astfel ca in final procesul de proiectare se realizeaza dupa multe vizite in teren pentru intelegerea exacta a realitatii.

Pe langa planul de situatie se utilizeaza si profilele topografice realizate in amplasamente anterior stabilite. In cazul in care cerintele de proiectare se schimba, acest lucru necesita o noua deplasare in teren pentru determinarea noilor profile. Gradul de detaliere al ridicarilor clasice este de asemenea dependent de scara planului. Pentru lucrari portuare de tipul Portului Calafat, scarile utilizate sunt 1:500 sau 1:1.000. Detaliile liniare din teren ce se afla sub limita de reprezentare a acestei scari sunt de obicei omise sau reprezentate prin simboluri.

Modelul terenului este destul de vag aproximat, ajungandu-se si la diferente de 0,5 m fata de realitatea din teren. Mai mult decat atat, pentru zone industrializate, dar in acelasi timp si cu vegetatie abundenta datorita proximitatii fata de Dunare, timpul necesar pentru o astfel de ridicare topografica creste foarte mult.

Una dintre cele mai bune tehnologii pentru discretizarea fidela a mediilor puternic industrializate si in acelasi timp a zonelor cu vegetatie deasa este tehnologia de scanare LiDAR. In cazul porturilor fluviale, suprafata relativ restransa acoperita de acestea impune adoptarea sistemelor moderne de scanare cu ajutorul platformelor UAV (Unmanned Aerial Vehicle).

Pentru proiectul din Portul Calafat, compania Prosig Expert a utilizat un sistem integrat de preluare a datelor optice simultan cu datele LiDAR. Aceste date au fost prelucrate in mod riguros, utilizand date satelitare inregistrate de statiile GNSS de la sol.

Cu ajutorul traiectoriei procesate si al parametrilor de calibrare ai senzorului optic au fost extrase datele de orientare exterioara ale imaginilor (centrele de preluare si unghiurile de rotatie ale imaginilor). Acestea au fost utilizate pentru realizarea unui ortofotoplan cu un grad de detaliere foarte ridicat (GSD 13 mm). Ortofotoplanul s-a realizat in sistemul national de coordonate Stereografic 1970. Pentru imbunatatirea preciziei in limita pixelului la sol s-au utilizat puncte de control la sol. Punctele au fost extrase din ridicarea topografica clasica, avand precizia de determinare aferenta metodei utilizate (RTK Baza-Rover). Pentru a obtine o ortorectificare cat mai buna, imaginile au fost preluate cu o acoperire longitudinala de peste 80%. Precizia de georeferentiere a ortofotoplanului, calitatea acestuia si gradul de detaliere sunt ilustrate in figura 2.

Din cauza starii degradate a Portului Calafat, o buna parte din sistemul feroviar ce deservea zona industriala a acestuia era partial distrus sau ingropat. Calitatea ridicata a ortofotoplanului a ajutat la identificarea corecta a intregului dispozitiv feroviar al portului. Cu toate acestea, ortofotoplanul nu indica detalii cu privire la pozitia in 3D a dispozitivului feroviar.

Plecand de la traiectoria post-procesata riguros s-au procesat datele scanarii LiDAR realizate pe amplasamentul portuar. Prelucrarea initiala a norului de puncte s-a realizat in proiectia UTM 34N (Universal Transverse Mercator) din cauza limitarilor aplicatiilor globale. Dupa filtrarea de zgomot a datelor LiDAR si dupa calibrarea benzilor de zbor, a rezultat modelul precis al portului in partea terestra. Dupa prelucrare, norul de puncte LiDAR a fost transformat in sistemul national de coordonate planimetrice Stereografic 1970, fiind georeferentiat precis cu ajutorul unei transformari Helmert. Pentru aducerea in sistemul altimetric de coordonate Marea Neagra 1975 ed. 1990, norului de puncte i s-a aplicat o functie cubica pe baza gridului de anomalii ale cvasigeoidului, elaborat de catre CNC. Pentru ca acest model tridimensional sa nu fie doar precis ci si unul facil de interpretat, datele LiDAR au fost fuzionate cu datele optice, rezultand modelul ilustrat in figura 3. Pe acest model se pot identifica cu usurinta detalii precum: cai ferate, linii si stalpi electrici, cabluri de andocare, canalizari (si radierul acestora, in cazul in care exista goluri de aerisire), inaltimi si dimensiuni ale benzilor transportoare, pozitiile si dimensiunile exacte ale pontoanelor, inaltimile macaralelor, cote pe malurile cu vegetatie abundenta, elemente constructive ce necesita reparatii etc. In comparatie cu modelul clasic al portului (fig. 3), indiferent de gradul de detaliere al acestuia, se constata o pierdere majora a detaliilor din teren precum si a preciziei de modelare.

Scanarile LiDAR cu informatie RGB, realizate cu ajutorul sistemelor de tip UAV, reprezinta o buna solutie pentru modelarea digitala a oricaror platforme industriale.

Cu toate acestea, in zonele portuare ele prezinta o deficienta majora prin lipsa geo-informatiei de sub apa. Din acest motiv, s-a realizat o procedura de integrare si transformare a datelor batimetrice (single-beam) in modelarea fidela a portului cu date LiDAR si informatii RGB.

Integrarea datelor multiple aduce o noua perspectiva de reprezentare cat mai complexa a zonelor portuare (fig.  4, 5, 6).

Modelele virtuale ce au la baza date LiDAR sunt modele veritabile ale realitatii dar uneori pot fi greu de folosit de catre utilizatorul final al modelului. De obicei, acesti utilizatori sunt proiectanti care in mod normal nu detin aptitudini sau softuri specifice pentru utilizarea datelor LiDAR. Pentru a veni in sprijinul acestora, echipa Prosig Expert a dezvoltat o aplicatie web, plecand de la un algoritm, respectiv de la un script open-source. Acesta a fost adaptat si dezvoltat pentru cerintele pietei autohtone. Aplicatia Potree-Prosig este o aplicatie de tip web-browser ce poate fi utilizata de pe orice calculator/laptop, pe baza unui cont in aplicatie. Aplicatia poate fi accesata de oriunde, atata timp cat exista o conexiune buna la internet. Vizualizarea, manipularea si extragerea datelor din modelul complex realizat se pot face acum cu usurita fara softuri specifice sau abilitati geodezice. In figura  5 este exemplificata realizarea unui profil in zona Portului Calafat, intr-o zona cu vegetatie abundenta.

In plus fata de extragerea de profile, aplicatia web Potree-Prosig are capacitatea de a realiza cu usurinta masuratori de distante sau arii 3D, precum si unghiuri ale elementelor din teren (fig.  6).

Astfel, modelul tridimensional complex al Portului Calafat este pus cu adevarat in valoare cu ajutorul platformei web Potree-Prosig ce ofera un mediu foarte bun pentru realizarea proiectelor portuare. Aplicatia poate fi folosita insa si pentru proiecte de anvergura precum autostrazi, canale de navigatie, porturi maritime, baraje hidrotehnice, retele electrice, platforme industriale complexe etc.

Solutia tehnica a avut ca punct de plecare activitatile de cercetare-dezvoltare derulate in cadrul proiectului cu titlul „Sistem Rapid de Monitorizare si Cartare Interactiva” (acronim LiDAR-DRONA), proiect co-finantat din Fondul European de Dezvoltare Regionala prin Programul Operational Competitivitate 2014 – 2020.

Autori:
drd. ing. Daniel Ilie – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti – daniel.ilie@phd.utcb.ro
ing. Octavian Laurentiu Balota – Prosig Expert SRL – octavian.balota@prosig.ro
s.l. dr. ing. Daniela Iordan – Universitatea de Stiinte Agronomice si Medicina Veterinara – iordandaniela5@gmail.com

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 188 – ianuarie-februarie 2022, pag. 34