ГОСТ Р 71863-2024 Фототопография. Лазерное сканирование. Общие положения.

        ГОСТ Р 71863-2024

 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 Фототопография

 ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ

 Общие положения

 Phototopography. Laser scanning. General principles

ОКС 07.040

Дата введения 2025-03-01

 Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Публично-правовой компанией "Роскадастр" (ППК "Роскадастр")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 404 "Геодезия и картография"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 декабря 2024 г. № 1859-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

 Введение

Лазерное сканирование является важным источником информации о местности и объектах при создании цифровых топографических карт и планов, получении пространственных данных для решения проектных, инженерных, кадастровых и других задач.

Характеристики материалов лазерного сканирования определяют качество конечной продукции в виде цифровых моделей поверхности, цифровых моделей рельефа, цифровых моделей местности, цифровых топографических карт и планов, единой электронной картографической основы [1]-[4], а также новых видов продукции, таких как 3D-модели объектов и технологии информационного моделирования/информационных моделей строительных объектов (ТИМ/BIM). Документ разработан в целях получения конечной продукции требуемого качества на основе использования технологий лазерного сканирования.

Содержанием стандарта являются общие положения организации, проектирования и выполнения процессов лазерного сканирования, установления общих требований к съемочному оборудованию, программным средствам и технологиям получения и обработки материалов лазерного сканирования.

Область применения настоящего стандарта связана с предметной областью ГОСТ Р 8.794, ГОСТ Р 59328, ГОСТ Р 59562, ГОСТ Р 70078.

 1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие положения и основные требования к съемочному оборудованию, программным средствам и технологиям получения и обработки материалов лазерного сканирования, используемым в целях топографического картографирования, выполнения кадастровых работ, создания цифровых моделей территории и объектов.

Стандарт предназначен для применения субъектами геодезической и картографической деятельности, а также субъектами градостроительной и кадастровой деятельности при организации и выполнении работ по воздушному и наземному лазерному сканированию местности и материальных пространственных объектов.

 2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 22268 Геодезия. Термины и определения

ГОСТ 31581 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий

ГОСТ Р 8.794-2012 Государственная система обеспечения единства измерений. Сканеры лазерные наземные. Методика поверки

ГОСТ Р 51833 Фотограмметрия. Термины и определения

ГОСТ Р 52369 Фототопография. Термины и определения

ГОСТ Р 57258 Системы беспилотные авиационные. Термины и определения

ГОСТ Р 59328 Аэрофотосъемка топографическая. Технические требования

ГОСТ Р 59562 Съемка аэрофототопографическая. Технические требования

ГОСТ Р 70078 Программно-аппаратный комплекс аэрофототопографической съемки с использованием беспилотного воздушного судна. Технические требования

ГОСТ Р 70172 Геодезия и картография. Требования к техническому контролю геодезической и картографической продукции и процессов ее создания. Основные положения

ГОСТ Р 70174 Картография цифровая. Процессы создания элемента содержания "Рельеф" цифровых топографических карт масштаба 1:25 000. Общие требования

ГОСТ Р 70689 Дороги автомобильные общего пользования. Лазерное сканирование. Общие требования к проведению работ

ГОСТ Р 70955 Картография цифровая. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

 3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 22268, ГОСТ Р 51833, ГОСТ Р 52369, ГОСТ Р 57258, ГОСТ Р 70955, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7 дивергенция: Угловое расхождение диаметра светового луча по мере удаления его от оптической апертуры источника излучения.

3.8

3.9 классификация точек лазерных отражений: Отнесение точек лазерных отражений к определенной классификационной группе по характерным признакам элементов местности и объектов.

3.10

3.11

3.12

3.13

3.14

3.15

3.16

3.17 плотность облака ТЛО: Количество точек лазерных отражений, приходящихся на единицу площади поверхности сканируемого объекта.

3.18 система лазерного сканирования: Аппаратно-программный комплекс определения пространственных координат точек отражения лазерного луча от поверхностей сканируемого объекта.

3.19

3.20

3.21 угловое разрешение лидара: Угол между ближайшими различающимися по отдельности точками лазерных отражений.

3.22

3.23

3.24

3.25 цифровой двойник объекта: Система, реализующая комплексную динамическую цифровую модель объекта для исследования и управления его характеристиками и функциональными опциями.

3.26

3.27

 4 Сокращения

В стандарте применены следующие сокращения:

АФС - аэрофотосъемка;

АФУС - аэрофотоустановка;

АЭС - атомная электростанция;

БВС - беспилотное воздушное судно;

ВЛС - воздушное лазерное сканирование;

ГГС - государственная геодезическая сеть;

ГЭС - гидроэлектростанция;

ГИС - географическая информационная система;

ГНСС - глобальная навигационная спутниковая система как обобщающее понятие, включая ГЛОНАСС, GPS и проч.;

ГСК - государственная система координат;

ИИУ - инерциальное измерительное устройство;

ЛС - лазерное сканирование;

МЛС - мобильное лазерное сканирование;

МСК - местная система координат;

НЛС - наземное лазерное сканирование;

ПВС - пилотируемое воздушное судно;

ПО - программное обеспечение;

САПР - система автоматизированного проектирования;

СКО - среднеквадратическое отклонение;

ТИМ - технология информационного моделирования;

ЦМР - цифровая модель рельефа;

BIM - информационная модель строительного объекта (Building Information Model);

CSV - текстовый формат, предназначенный для представления табличных данных (Comma- Separated Values);

GPS - система глобального позиционирования США (Global Positioning System);

ITRF - международная земная (геодезическая) отсчетная основа, реализация системы координат ITRS сетью опорных пунктов на Земле (International Terrestrial Reference Frame);

LAS - открытый двоичный формат, определенный Американским обществом фотограмметрии и дистанционного зондирования (ASPRS) для обмена и архивирования данных облака точек лидара (LiDAR Aerial Survey);

LAZ - сжатая версия формат LAS (LASzip);

MPiA - режим обработки множества импульсов, находящихся в воздухе одновременно (Multiple Pulses in Air);

OEM - оригинальный производитель оборудования - компания, производящая детали и оборудование, которые могут быть проданы другим производителем под другой торговой маркой (Original Equipment Manufacturer);

PPP - метод точного абсолютного спутникового определения местоположения (Precise Point Positioning);

RGB - обозначение цветного цифрового изображения, представленного аддитивной цветовой моделью (Red, Green, Blue);

RINEX - формат обмена данными для файлов исходных данных спутниковых навигационных приемников (Receiver Independent Exchange Format);

RTK - режим спутниковых определений - кинематики в реальном времени (Real Time Kinematic);

SLAM - технология одновременного позиционирования и картографирования без использования ГНСС-оборудования (Simultaneous Localization and Mapping);

WKT - текстовый формат представления векторной геометрии и описания систем координат (Well-Known Text).

 5 Общие положения

5.1 Классификация и состав систем лазерного сканирования

5.1.1 Лазерное сканирование выполняется с целью получения пространственных данных о земной поверхности, природных и искусственных объектах, его результатом должно являться облако ТЛО.

5.1.2 Обобщенная классификация систем, используемых для лазерного сканирования, приведена в приложении А (таблица А.1).

5.1.3 Система лазерного сканирования может быть установлена на стационарную платформу (штатив) или на подвижный носитель (воздушное или водное судно, автомобиль, железнодорожную платформу, тележку, рюкзак и т.д.).

5.1.4 Обязательными элементами системы лазерного сканирования являются сканирующий модуль (лидар), модуль записи и хранения данных на машинном носителе информации и программное обеспечение, реализующее задачи планирования, съемки и обработки результатов лазерного сканирования. Опционально эти элементы могут дополняться фото- или видеосъемочными системами, а воздушный лазерный сканер - аэрофотоустановкой.

5.1.5 В состав систем воздушного и мобильного лазерного сканирования необходимо включать модуль инерциального измерительного устройства и модуль приемного устройства глобальной навигационной спутниковой системы со спутниковой антенной, которые являются опциями для стационарной и переносной лазерных систем.

5.2 Основные характеристики систем лазерного сканирования

5.2.1 Независимо от специфики (мобильности) применения система лазерного сканирования должна быть внесена в реестр средств измерений Росстандарта и проходить поверку с установленной для нее периодичностью в соответствии с [5].

5.2.2 Основными метрологическими характеристиками наземных систем лазерного сканирования, определяющими их выбор для решения конкретных практических задач при конкретных условиях применения, в соответствии с ГОСТ Р 8.794-2012 (подраздел 8.3) являются:

- погрешность измерений расстояний в полевых и лабораторных условиях;

- погрешность измерений горизонтальных углов в диапазоне от 0° до 360°;

- погрешность измерений вертикальных углов в диапазоне от минус 45° до плюс 90°.

Основными метрологическими характеристиками воздушных систем лазерного сканирования, определяющими их выбор для решения конкретных практических задач, являются:

- абсолютная погрешность измерения длины;

- абсолютная погрешность определения координат точек.

Метрологическое обеспечение наземных и воздушных систем лазерного сканирования осуществляется с использованием государственных рабочих эталонов, выбираемых в строгом соответствии с требованиями Государственной поверочной схемы для координатно-временных средств измерений и необходимым запасом метрологической точности.

5.2.3 Основными техническими характеристиками систем лазерного сканирования, в том числе обязательными, включаемыми в требования и оцениваемые на различных технологических этапах выполнения работ по лазерному сканированию, являются:

- максимальная измеряемая дальность;

- максимальная частота повторений лазерных импульсов;

- частота сканирования;

- погрешность определения пространственных координат (для требуемой дальности или высоты съемки);

- количество принимаемых отражений;

- угол сканирования (для наземных систем - по горизонтали и по вертикали);

- дивергенция;

- угловое разрешение;

- класс лазера по безопасности для зрения в соответствии с требованиями ГОСТ 31581.

Для воздушных лазерных сканеров дополнительно может включаться в требования наличие режима MPiA (количество импульсов, находящихся в воздухе одновременно).

5.2.4 Основными используемыми эксплуатационными характеристиками систем лазерного сканирования, которые должны включаться в требования и оцениваться на различных технологических этапах выполнения работ по лазерному сканированию, являются:

- габаритно-весовые характеристики;

- характеристики энергопотребления;

- класс защиты от внешних воздействий;

- диапазон рабочих температур.

5.3 Условия использования систем лазерного сканирования

5.3.1 При выборе системы лазерного сканирования для выполнения конкретных видов работ следует руководствоваться требованиями, предъявляемыми к создаваемой продукции, техническими характеристиками системы, которые должны обеспечивать необходимую точность определения пространственных координат, плотность ТЛО и производительность проводимых работ.

5.3.2 Применение систем воздушного лазерного сканирования экономически целесообразно для получения пространственной информации на значительные по площади территории или на значительные по протяженности линейные объекты вне транспортных путей. Как правило, ВЛС применяется совместно с АФС, дополняя друг друга. При создании карт и планов ВЛС является важным и фактически единственным источником информации о земной поверхности и объектах, на ней расположенных, закрытых растительностью. В зависимости от условий съемки воздушное лазерное сканирование выполняется с пилотируемых или беспилотных воздушных судов (см. [6]).

5.3.3 Целесообразность применения ПВС или БВС в большой степени должна определяться назначением лидарной съемки, требованиями к конечной продукции и ТЛО, характеристиками воздушных судов и применяемых на них лидаров, которые имеются в распоряжении, характером и расположением объекта съемки. С учетом этих факторов должен выбираться вариант, оптимальный по стоимости и затратам времени.

5.3.3.1 При проектировании применения ВЛС с ПВС необходимо учитывать следующие факторы:

- требуемые плотность ТЛО и точность определения их пространственных координат;

- площадь объекта съемки более 100 км

, протяженность трассы более 150 пог. км;

- технические и эксплуатационные характеристики ПВС и воздушного лазерного сканера должны обеспечить требования, предъявляемые к создаваемой продукции;

- ограниченная доступность для отдельных видов транспорта объекта съемки и значительная его удаленность от аэродрома базирования ПВС.

5.3.3.2 Проектирование применения ВЛС с БВС следует выполнять с учетом размеров, положения объекта съемки, характеристик используемого лидара в соответствии с требованиями ГОСТ Р 70078 и характеристик БВС:

а) для БВС с продолжительностью полета до 2 ч:

1) площадь объекта съемки до 5 км

;

2) протяженность линейной трассы до 50 пог.км;

б) для БВС с продолжительностью полета от 2 до 6 ч:

1) площадь объекта съемки до 50 км

;

2) протяженность линейной трассы до 150 пог.км.

5.3.3.3 В отношении типа БВС (если позволяет рабочая высота съемки и характеристики оборудования):

- для съемки участков площадью менее 20 км

достаточно использовать мультикоптер или БВС самолетного типа с электродвигателем и продолжительностью полета до 2 ч;

- для съемки участков площадью от 20 до 50 км

целесообразно использовать БВС с электрическим двигателем и продолжительностью полета 2-4 ч;

- для съемки участков площадью более 100 км

при невозможности или нецелесообразности использования ПВС следует использовать БВС вертикального взлета и посадки с двигателем внутреннего сгорания или гибридным двигателем и продолжительностью полета 8-10 ч.

5.3.3.4 Выбор эффективной высоты съемки для БВС следует выполнять не только с учетом ограничений его максимальной высоты полета, но и в большей степени с учетом характеристик воздушного лазерного сканера: дальности действия, плотности и точности определения пространственных координат ТЛО, максимальной частоты импульсов, частоты сканирования, угла сканирования, количества отражений (не менее четырех, если позволяют рабочая высота съемки и характеристики оборудования), типа развертки (при создании 3D-моделей).

5.3.4 Использование систем НЛС необходимо рассматривать при их экономической эффективности в сравнении с применением традиционных геодезических и топографических методов либо для дополнения ТЛО, полученных с ВЛС, данными наземного лазерного сканирования. В свою очередь выбор между стационарными системами наземного лазерного сканирования, мобильными и переносными системами наземного лазерного сканирования должен быть экономически и технически обоснован с учетом размеров и характерных особенностей объекта съемки, требований к плотности и точности ТЛО.

5.3.4.1 Применение стационарных систем НЛС должно быть обосновано с учетом размеров объектов съемки, их доступности, требований к плотности и точности получаемых ТЛО. Основными направлениями применения стационарных систем НЛС являются:

а) крупномасштабная съемка ограниченных по площади территорий, в том числе территорий с высокой степенью загруженности конструктивными элементами, например при съемке объектов нефтегазовой отрасли, состоящих из большого количества трубопроводов, кабельных эстакад, производственных зданий, резервуаров и т.п.;

б) решение маркшейдерских задач:

1) съемка бортов открытых карьеров, котлованов,

2) вычисление объемов породы на различных отвалах, складах и хранилищах сыпучих материалов,

3) определение береговой линии хвостохранилищ,

4) определение объемов подземных выработок.

в) выполнение работ при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов:

1) на этапе проектирования - для учета взаимодействия инженерных систем объектов капитального строительства, систематизации данных об используемом оборудовании, элементах, конструкциях, выпуска документации модели и подготовки документации для экспертизы, трехмерной информационной модели и документации для строителей,

2) на этапе строительства - для контроля и корректировки проекта в процессе строительства объекта, оптимального планирования перемещения, установки и удаления крупных элементов конструкций или сложного оборудования в процессе монтажных работ, для уточнения требуемых допусков, контроля планового и фактического выполнения строительства и подтверждения выполненных объемов работ, дистанционного управления процессами строительства, исполнительной съемки по его завершении,

3) на этапе эксплуатации - мониторинг состояния объекта с учетом новых потребностей предприятия для диагностики инженерных систем, определения сроков замены оборудования, выявления возможных неисправностей и предупреждения поломок систем;

г) высокоточный мониторинг деформаций объектов и сооружений (объектов инфраструктуры ГЭС и АЭС, мостов, путепроводов, высотных сооружений, сложных конструкций);

д) определение пространственных координат многоуровневых объектов недвижимости и сложных внутренних помещений;

е) съемка памятников архитектуры и культурного наследия, монументальных сооружений и исторических памятников, археологических объектов в случаях, когда требуется получить данные с высокой точностью и детальностью;