CORNEL&CORNEL TOPOEXIM: Folosirea noilor tehnologii in masuratorile topografice pentru introducerea cadastrului

 In Romania, din anul 2010 a inceput inregistrarea sistematica a proprietatilor prin finantarea de catre guvern a UAT-urilor implicate in program. Conform conditiilor impuse, precizia determinarii colturilor de proprietate a trebuit sa fie de ±10 centimetri. In aceste circumstante, la masuratorile de teren s-au utilizat in principal doua instrumente: statia totala si receptoarele GNSS. Receptoarele GNSS au posibilitatea determinarii cu tehnologia ROMPOS, care asigura precizia ceruta. Receptoarele GNSS au avantajul determinarii instantanee a pozitiei in conditii optime.

Trebuie avut in vedere ca masuratorile de teren vin cu provocari specifice: in unele zone de intravilan, colturile cladirilor sunt imposibil de determinat, din cauza geometriei proaste a satelitilor; pe de alta parte, in zone cu vegetatie abundenta nu se poate masura sub copaci. Folosirea ulterioara a aparatelor de tip UAV, care asigura dimensiunea unui pixel de 2 – 3 centimetri in teren, nu este de mare ajutor, deoarece aceste aparate au aceleasi probleme cu colturile de casa din cauza stresinii si cu zonele acoperite de vegetatie sub care nu se pot observa detaliile.

Aparitia receptorului Leica GS18 I a facut posibila determinarea acestor elemente de detaliu intr-un timp mai scurt decat folosind statia totala, si cu mai putin personal.

Pentru a demonstra eficienta si performantele receptorului, am realizat un studiu de caz in Romania, la UAT Schitu, in judetul Giurgiu, unde lucrarile de teren la cadastrul sistematic erau finalizate. Datele fusesera preluate cu statia totala Leica TS06 plus (drumuire), cu receptoare GNSS Leica GS08 plus dubla frecventa, combinate cu vectorizarea de pe ortofotoplanul realizat din zbor cu un UAV, rezolutie 2 – 3 centimetri.

Pentru o zona de intravilan din UAT Schitu s-au efectuat masuratori cu ajutorul receptorului Leica GS18 I, iar rezultatele (coordonatele punctelor) au fost comparate pentru a stabili diferentele in pozitie si daca se incadreaza in precizia ceruta prin legislatie.

PREZENTAREA MODULUI DE PRELUARE AL DATELOR

1. Tehnologia utilizata la realizarea cadastrului sistematic

In lucrarea de cadastru sistematic, asa cum am precizat mai sus, s-au folosit date preluate cu statia totala Leica TS06 plus si cu receptoare GNSS Leica GS08 plus dubla frecventa.

• Statia totala Leica TS06 plus

S-a utilizat metoda drumuirii, efectuandu-se in teren masuratori de directii si distante. Masuratorile au fost calculate cu aplicatii dezvoltate in acest scop pentru determinarea punctelor de detaliu ale imobilelor (teren si constructii).

• Sistemul GNSS Leica GS08 plus

Este un receptor cu dubla frecventa, utilizand servicii de pozitionare in timp real (RTK) puse la dispozitie de catre Sistemul Romanesc de Pozitionare ROMPOS (format dintr-un numar de 74 de statii permanente nationale). Aceste servicii presupun transmiterea prin internet a unor informatii care, in literatura de specialitate, poarta numele de corectii diferentiale. Cu ajutorul accesului la corectii diferentiale, se obtin precizii de pozitionare de ± 3-5 cm in timp real, in conditii optime. Pentru accesarea corectiilor, utilizatorii trebuie sa se logheze cu numele de utilizator si parola aferente roverului prin intermediul softului de tip client NTRIP corespunzator receptoarelor GNSS de teren. Serviciile de pozitionare in timp real ofera posibilitatea de a accesa doua tipuri de produse:

• Produse de tip Nearest (Single–Base RTK). Acestea presupun utilizarea de corectii diferentiale de la o singura statie de referinta. Un exemplu de astfel de produs este Nearest_2.3, ceea ce inseamna ca urmeaza sa fie accesate corectii diferentiale de la statia de referinta in format RTCM 2.3.
• Produse de tip Network RTK (produse de retea). Acestea presupun calculul corectiilor pe baza observatiilor de la cele mai apropiate statii de referinta aflate in jurul utilizatorului. Se recomanda utilizarea lor daca va aflati la distante mari de oricare statie de referinta sau daca cea mai apropiata statie de referinta este nefunctionala. ROMPOS ofera acces la 4 tipuri de produse de retea: MAX, iMAX, FKP si VRS. Un exemplu de produs de retea este RO_MAX_3.1, ceea ce inseamna ca urmeaza sa fie utilizat un produs de tip MAC, in format RTCM 3.1, avand date de la constelatiile de sateliti GPS si GLONASS. Produsele cu extensia 3G sau MSM contin corectii Galileo.
  

• TransDatRo

Transformarile de coordonate se realizeaza printr-o aplicatie denumita TransDatRo (versiunea 4.0), pusa la dispozitie gratuit de Agentia Nationala de Cadastru si Publicitate Imobiliara.

2. Prezentare Leica GS18 I
   

Atunci cand utilizam un senzor GNSS pentru a putea masura puncte, senzorul GNSS trebuie sa primeasca semnale de la satelit. Pozitia unui punct poate fi masurata numai atunci cand senzorul GNSS are acces la cerul liber si varful jalonului este fizic plasat pe detaliul de masurat. Daca acest lucru nu este posibil, topografii pot utiliza metode alternative precum:

• distante masurate cu ruleta, functia COGO si schita;
• accesorii suplimentare in combinatie cu senzorul GNSS, de ex. controler cu distomat integrat sau un jalon de 4.5 metri. Acest mod de masurare poate dura mult timp si poate compromite si acuratetea;
• senzori alternativi precum statii totale.

GS18 I este un senzor versatil GNSS RTK. Poate fi utilizat pentru masurarea punctelor cu un jalon tinut vertical sau inclinat datorita senzorului IMU integrat. In plus, poate fi utilizat pentru a masura puncte inaccesibile cu precizie topografica prin captarea si masurarea din imagini.

• Principiul masurarii cu GS18 I

Sa luam ca exemplu urmatoarea imagine: un utilizator doreste sa masoare anumite puncte de interes. Tot ce are de facut este sa mearga de-a lungul fatadei cu camera indreptata spre obiect, in timp ce GS18 I surprinde automat imagini, la o viteza de 2/ secunda, asigurand suprapunerea si geometria optima a imaginii. Odata ce captarea este oprita, imaginile vor fi procesate automat de algoritmii care ruleaza in aplicatia de pe controler. Imaginile captate pot fi utilizate pentru masurarea punctelor imediat dupa procesare.

Fig. 1: Imagini captate cu receptorul GS18 I

Aplicatia va prelucra, pozitiona si orienta automat imaginile captate, asigurand astfel controlul calitatii deja pe teren. Imaginile pot fi importate apoi si in softul Leica Infinity, unde utilizatorii pot masura punctele din birou pe un ecran mai mare.

Fig. 2: Punctarea pe imagini

Pur si simplu se alege un punct dintr-o imagine si algoritmul se va potrivi automat cu acelasi punct din celelalte imagini. Cu un singur clic, coordonatele 3D ale punctului masurat vor fi calculate si stocate. Punctele captate cu GS18 I nu trebuie sa fie selectate manual in fiecare imagine, deoarece algoritmul face acest lucru. Cand punctul ales este identificat in imagini consecutive, pozitia 3D a acestuia este construita cu ajutorul intersectiei inainte.

Tehnologia de pozitionare vizuala se bazeaza pe corelarea informatiilor furnizate de pozitiile GNSS, IMU si imaginile captate. De asemenea, este posibil sa se creeze nori de puncte din imaginile captate.

Fig. 3: Nor de puncte rezultat in urma prelucrarii imaginilor

Pot fi obtinute diferente intre prima faza de masuratori si masuratorile efectuate cu senzorul GS18 I (masuratori cu jalon inclinat/puncte determinate pe baza grupurilor de imagini realizate in teren).

Fig. 4: Masuratori punct cu punct

REZULTATUL MASURATORILOR

In Tabelul 1 sunt prezentate rezultatele calcularii pozitiei fiecarui punct determinat cu statia totala in cadrul lucrarii de cadastru sistematic si cu receptorul GS18 I.

Tabel 1: Pozitia fiecarui punct de interes, determinata cu statia totala si cu receptorul GS18 I

Diferenta totala este sub toleranta ceruta de ±10 centimetri.

REZULTATUL EVALUARII STUDIULUI 

• flexibilitatea metodei atunci cand este utilizata in diferite tipuri de teren, cum ar fi zonele rurale sau periurbane, timpul necesar pentru munca pe teren sau necesitatea revizuirii locului pentru masuratori suplimentare

Metoda se preteaza a fi utilizata in zone rurale cu constructii joase (parter sau parter plus un etaj), deoarece constructiile inalte pot deveni obstacole importante pentru semnalele receptionate de la sateliti. Se poate face o vizualizare a zonei de determinat pe ortofotoplanurile existente sau pe Google Earth, care ofera o imagine a obstructiilor din fiecare curte. Astfel, in unele curti se poate folosi metoda, in altele – nu. Curtile in care exista vegetatie abundenta sau constructii inalte nu se preteaza la aceasta metoda.

In zonele de extravilan se poate masura, de obicei, chiar pe punctul de determinat.

• productivitatea si eficienta instrumentului tehnic in captarea unui numar mare de coordonate punctuale de inalta precizie intr-un timp scurt

Productivitatea metodei este net superioara determinarilor cu statia totala. De asemenea, este utila si in zonele in care arborii acopera o parte importanta a cladirilor. Ritmul determinarii poate creste cu minimum 50% fata de determinarile cu statia totala. Determinarile cu jalonul inclinat fac posibila stabilirea colturilor cladirilor joase intr-un timp foarte scurt. Preluarea imaginilor si determinarea coordonatelor unui punct din norul de puncte este rapida si precisa, dupa cum a reiesit din studiul de caz. Rezultatele se incadreaza in precizia ceruta la cadastrul sistematic.

• avantajul ca nu este necesara utilizarea altor echipamente consumatoare de timp si pentru un timp indelungat de procesare a datelor in birou, pentru a prinde toate detaliile necesare puncte peste costul acesteia

Rezultatul pozitionarii poate fi obtinut in doua moduri:

1. direct la teren, prin punctare si determinare a pozitiei unui punct dupa preluarea imaginilor;
2. prelucrarea norului de puncte obtinut din prelucrarea imaginilor.

Ambele metode dau rezultate foarte bune. Am ales prima varianta deoarece nu este consumatoare de timp la birou, iar rezultatul este foarte apropiat si se incadreaza in tolerantele impuse prin normative.

• necesitatea de formare a personalului, precum si numarul de personal in timpul lucrului pe teren

Utilizarea acestui tip de receptor este similara cu utilizarea unui receptor obisnuit, cu cateva conditii suplimentare care se pot invata usor intr-un timp foarte scurt (cateva minute, max. o ora). In acest fel, un operator care utilizeaza frecvent receptoare GNSS in lucrarile curente poate deveni operator pe un receptor GNSS de tipul GS18 I.

• potentialul de a efectua controale pe teren in timp real in colectarea punctelor de hotar etc.

Limitele de proprietate pot fi mai usor si mai rapid determinate cu ajutorul acestui instrument, direct la teren.

Numarul personalului este mai mic, timpul de realizare se scurteaza. In acest mod, costurile la teren pentru realizarea unei lucrari de cadastru sistematic se reduc cu valori intre 30 si 50%, in functie de regimul de inaltime al constructiilor si de gradul de acoperire cu vegetatie.

CONCLUZII 

• Din punct de vedere tehnic
  

Punctele inaccesibile pot fi preluate cu usurinta in imagini. Timpul de lucru in teren este redus, iar masurarea poate fi terminata la birou, crescand astfel productivitatea. Exista cateva conditii care ar trebui luate in considerare atunci cand se utilizeaza GS18 I pentru masurarea din imagini: GS18 I trebuie sa primeasca suficient semnalele GNSS pe toata durata masurarii. Daca se pierde urmarirea satelitilor GNSS, captarea se va opri automat. Daca este necesara pozitionarea vizuala, este de evitat sa o utilizam in conditii de intuneric sau cand camera este orientata direct spre soare, deoarece nu sunt recunoscute cu usurinta suficiente detalii din imaginile captate pentru a le corela.

Pentru o precizie si performanta optima, obiectul de interes trebuie captat de la o distanta intre 2 m si 10 m. Cand imaginile sunt surprinse de la distanta mai mica de 2 m, pot fi estompate din cauza focalizarii fixe a camerei. Pe de alta parte, cand imaginile sunt surprinse de la distanta mai mare de 10 m, precizia scade. In cazul captarii imaginilor de la o distanta mai mica de 2 m sau mai mare de 10 m de obiect, utilizatorul trebuie sa ia in considerare faptul ca precizia poate fi redusa. De asemenea, exista riscul ca masurarea punctelor folosind imagini sa nu fie posibila.

Viteza de captare a imaginii este optimizata pentru viteza normala de mers.

• Din punct de vedere economic

Din cele expuse mai sus este evident ca reducerea timpului de masurare a fiecarui punct de detaliu si reducerea personalului la teren sunt importante in reducerea costurilor generale.

Avand in vedere ca lucrarile de teren constituie doar o parte a intregii lucrari de cadastru sistematic, reducerea cheltuielilor pe ansamblu este de circa 7 – 10%, in functie de zona in care se deruleaza lucrarile.

In zonele de campie, reducerea este mai mica, iar in zonele de munte, reducerea este mai mare.

Receptorul GS18 I este un pas important in procesul de imbunatatire a determinarii pozitiei punctelor la teren. Culegerea datelor se poate face mult mai usor in conditii de obstructii in intravilan si in zonele acoperite de vegetatie. Recomandam folosirea instrumentului in lucrarile de cadastru sistematic pentru ridicarea productivitatii si reducerea costurilor.

Autori: prof. dr. ing. Cornel PAUNESCU – Facultatea de Geologie si Geofizica, Universitatea din Bucuresti, prof. dr. ing. Chryssy POTSIOU – Universitatea Tehnica Nationala din Atena, ing. Alexandru CIOACA – TOPOEXIM SRL, drd. ing. Konstantinos APOSTOLOPOULOS – Universitatea Nationala Tehnica din Atena, asist. drd. ing. Florin NACHE – Facultatea de Geologie si Geofizica, Universitatea din Bucuresti

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 204 – iulie 2023, pag. 55-57