После вчерашней серии публикаций о сборе и подготовке открытых геоданных для дальнейшего их применения в трехмерном генплане города Костромы, мне хочется поделиться с вами замечательной статьей о трансформации роли геодезиста в современных условиях. Авторитет ее автора безусловно высок, компетентность мнения вице-президента компании Trimble не вызывает никаких сомнений. Деятельность международной корпорации охватывает сегодня множество областей -от разработки разнообразного и передового геодезического оборудования до масштабного производства RFID-оборудования, развертывание комплексов навигационно-управляющих систем в сельском хозяйстве, на морских просторах, в транспортно-логистических сетях на улицах и автодорогах, внедрение инноваций в добыче полезных ископаемых, продвижение программных средств для 4D-5D-6D в строительстве и многое другое.
Роль инженера-геодезиста в значительной мере изменилась с течением времени и продолжает меняться. В этой статье вице-президент компании Trimble Брин Фосбор с профессиональной точки зрения оценивает изменение роли геодезиста. Технологические изменения определяют прошлое, настоящее и будущее геодезической индустрии и профессии. Наряду с важностью применения основных базовых знаний геодезии, необходимо также осваивать новые навыки и адаптировать их к новым областям применения.
Введение
За последние 50 лет достижения в области технологий повысили эффективность профессии геодезиста, особенно в области «полевых» работ и сбора данных. Применение технологий сделали доступной ранее невозможную точность измерений и позиционирования. Кроме того, технологический прогресс позволил непрофессиональными геодезистами проводить измерения с точностью, отличающей профессионала, благодаря огромному количеству приложений, начиная от создания базы данных геоинформационной системы (ГИС) и до системы автоматического контроля. Тем не менее, новые технологии в совокупности с уменьшающимся количеством профессиональных геодезистов по всему миру ставят условие, что роль инженера-геодезиста должна и будет меняться в сторону управления, интерпретации, анализа и описания геоинформационных данных. Геодезист должен быть проводником для потребителей геопространственных данных в различных смежных приложениях в области того, как происходит сбор и использование данных при сохранении высокого уровня интеграции данных. Вступая в будущее нам необходимо помнить основные, базовые геодезические знания, а также менять и адаптировать новые навыки и области применения. Кроме того, необходимо понять, что представители промышленности и производители могут объединить свои усилия для подготовки профессиональных специалистов в области геодезии и геоинформатики завтрашнего дня.
Истоки профессии геодезиста
С установки границ между полями в долине реки Нил во времена фараонов, до оказания поддержки работам римских инженеров в строительстве Аппиевой дороги, геодезисты были фундаментальной частью жизни ранних культур. Геодезисты удовлетворяют потребности в определении границ собственности, проведении разведки и составлении карт для планирования. Они планируют, контролируют и архивируют детали строительных проектов и предоставляют множество других услуг и продуктов, которые связаны со съемкой и изображением земной поверхности с естественными, построенными и планируемыми объектами. Развитие цивилизаций и общества, повышающийся уровень жизни требует все большего от профессионалов, которые им служат. Годами геодезисты отставали от возрастающих потребностей в более обширных знаниях и более высокой точности, и стали частью более квалифицированной и образованной категории специалистов, сейчас известной как "дизайнеры". Сегодня технологический прогресс, включающий компьютеры, связь и геопространственные данные картографирования, сделал географическую информацию более доступной. В результате, потребности общества создали повышенный спрос и важность точной, своевременной и удобной в использовании геопространственной информации.
Развитие геодезической науки и технологии
Геодезия развивалась примерно так же, как и проектирование. Раньше инженеры, равно как и геодезисты, главным образом работали для нужд военной промышленности. Армии нуждались в картах и прочих данных для возведения стен, укреплений, мостов и баз для ведения военных действий. Как только правители осознали пользу поддержания населения в удовлетворенном состоянии, инженеры стали проектировать и выстраивать инфраструктуру, включая дороги, мосты и общественные здания. Геодезисты были необходимы для предоставления гео-данных в качестве поддержки той новой гражданской деятельности. Следуя по стопам египтян, которые для разметки использовали натянутые веревки, геодезисты продолжают быть единственными профессионалами, способными определить и расположить границы собственности.
Ранняя технология геодезической съемки была крайне проста. В состав инструментария землемера входили деревянные колья, струны и небольшие литые или рукодельные цепи. Несмотря на то, что это выглядит очень грубо с точки зрения современных стандартов, метод давал довольно точные результаты. Например, если взглянуть на великие пирамиды в Египте, вы увидите, что геодезисты добились потрясающей точности в выверке фундаментов на перпендикулярность и горизонтальность, ориентировки сторон по основным направлениям и сохранении точности наклонных сторон. Металлы получили преимущество в геодезической технологии только, когда литье стало частью декоративного искусства, возможно, начиная с использования точных измерительных реек. Позже железо, сталь, бронза и латунь заняли привычное место в изготовлении стрелок компасов, корпусов, лимбов и узлов приборов. Эти инструменты доминировали в технологии весь 19-ый и начало 20-ого века. Стальная лента появилась в конце 19-ого века, заменив цепь. Телескоп, изобретенный в начале 17-ого века, (сначала потребовалось изобрести стекло) появился в инструментарии геодезиста только спустя столетие.
В течение всего этого периода становления геодезисты заносили получаемые данные в книги. Расчеты, часто очень детальные и комплексные, делались вручную при помощи книг с таблицами и простого чертежного оборудования. В 20-х годах металлические лимбы в теодолитах сменились на стеклянные. Это стало очень важным шагом в повышении точности, и снизило чувствительность приборов к изменению атмосферных условий. В 50-х годах изобретение электронных дальномеров (EDM) значительно сократило время и усилия, прикладываемые к измерению больших расстояний. Внедрение электроники в конструкцию теодолита привело к созданию тахеометра, который объединил в себе электронные системы для измерения направлений и расстояний с помощью одного прибора, в наши дни известного как тотальная станция (total station). Хотя процесс съемки и записи измерений требовал от геодезиста подготовки, навыков и времени, это была лишь начальная стадия большого цикла. После того, как данные были собраны, их проверяли и преобразовывали таким образом, чтобы информация могла быть сгенерирована и передана многочисленным пользователям в форме карт, таблиц и баз данных.
Последние полвека в развитии геодезии: технологическая база для изменения системы понятий и воззрений
Геодезические технологии и процессы медленно развивались с течением времени. Но за последние полвека мы наблюдали не эволюцию, а революцию в геодезии вслед за началом измерения расстояний с помощью электронных дальномеров (EDM). Геодезисты больше не должны использовать измерительные инструменты для прямого или косвенного определения наклонных и горизонтальных расстояний. Использование технологии на основе света позволило проводить измерения практически в мгновение ока. Следующее примечательное событие наблюдалось в развитии программных возможностей тахеометров, особенно в появлении встроенных функций по сопоставлению наклонных дальностей и азимутов с координатами, что ускорило процесс ведения полевых работ. Это был электронный сборщик данных или электронный полевой журнал, который стал источником самых значительных изменений. Мгновенная, практически безошибочная регистрация полевых измерений с контролем качества дополнилась функциями координатной геометрии (COGO). Стало возможным делать расчеты в полевых условиях, позволяя геодезистам выполнять работы за одно посещение объекта. Электронные средства сбора информации избавили от необходимости возвращаться в офис для обработки данных или посещать рабочую площадку несколько раз для повторных измерений, чередуя полевые работы с возвращением в офис для проверки достоверности и полноты данных. Глобальная система позиционирования (GPS) стала следующим революционным этапом. Для становления данной технологии потребовалось несколько лет, начиная с первых дней статических измерений базисных линий. Но это стало гигантским рывком в продвижении геодезистов в направлении GPS-технологий кинематических съёмок в реальном времени (RTK). Сегодня RTK становится еще более удобным и экономически эффективным благодаря сети реального времени (RTN). RTN упрощает сбор данных, исключая необходимость в базовой станции и улучшая скорость и точность. Аналогичным образом происходило развитие технологий в сфере тахеометров, которые претерпевали ряд изменений. Наиболее важными стали появление безотражательных дальномеров и роботизированного функционала. Как и в примере с RTK, роботизированные тахеометры позволяют в одиночку выполнять задания, для которых ранее потребовалась бы бригада геодезистов. Данные технологии (электронные измерение расстояний, сбор данных и расчетов, роботизированные тахеометры и GPS) изменили парадигмы, связанные с проведением полевых работ. Тем не менее, изменение роли геодезиста стало очевидным только после появления систем управления строительной техникой (machine control).
Изменение роли геодезиста
Активное управление машинами является привычным при строительстве, а также используется в других областях, таких как добыча полезных ископаемых и сельское хозяйство. В системах управления строительной техником обычно используют GPS RTK, хотя возможно применение и других технологий. Данная концепция требует радикального изменения роли геодезиста в строительных проектах, начиная от первоначальных исследований до исполнительной документации, а также технического обслуживания и стадии восстановления. Строительный машины, такие как бульдозеры, сортировщики, экскаваторы и даже асфальтоукладчики стали снабжаться датчиками положения. Роль геодезиста в прошлом состояла в установке отметок и выставлении меток для направления оператора тяжелой техники. С появлением систем автоматического управления функции геодезиста изменились радикальным образом.
Теперь роль геодезиста заключается в обеспечении поддержки строительства в процессе планирования, используемом строительными организациями. Задачей геодезиста является общение с разнообразными заинтересованными сторонами, включая инженеров, архитекторов, планировщиков, представителей местных органов власти, арендодателей земельного участка, поставщиков коммуникационных услуг и пр., зачастую задолго до подготовки котлована. Новая функция геодезиста превратила его в менеджера геоданных, создающего и проверяющего цифровые модели рельефа и модели проекта перед загрузкой их в машины. Деятельность геодезиста также включает контроль прогресса, полевую проверку выполненных работ, внесение корректировок в модель в результате неминуемых изменений проекта, и также контроль над выпуском полной и точной исполнительной документации, которая будет использоваться в течение всего времени ведения проекта. Хотя немногие это понимают, но эта деятельность представляет собой основную часть работы современного геодезиста в строительной отрасли. Однако, геодезист также может выполнять и другие функции в строительстве. Эти работы включают: создание систем калибрования и налаживание процессов, необходимых для обеспечения работы строительной техники по точному воссозданию заданного проекта; управление коммуникациями на площадке для контроля того, что все машины использует правильную версию моделей рельефа и проекта; мониторинг производительности каждой единицы техники; а также внесение вклада в строительную информационную модель проекта (BIM).
Технология ГИС
ГИС является еще одной ключевой технологией. Это не «простое» составление карт, но и не простое предоставление геодезических данных для ГИС-специалистов, которые будут использованы для создания точной и подходящей базовой карты. Вероятней всего, ГИС для геодезистов значит быть активной частью широкого спектра деятельности ГИС. Это понимание должно стать естественным для геодезиста, который осознает, что будущее требует от него стать профессионалом геопространственных данных. Эта деятельность включает создание, заполнение и поддержку геоинформационной системы и ее использование в качестве инструмента для управления природной и искусственно созданной средой, а также кадастром. Деятельность геодезиста в сборе данных для ГИС состоит не только в выполнении измерений. Геодезисты также собирают и управляют атрибутивной информацией об элементах, их расположении, используют датчики и технологии сбора данных, которые выходят за привычный диапазон инструментария геодезиста. ГИС является живым, динамичным инструментом управления, который использует данные из многочисленных источников, но с пространственными параметрами. Перед лицом многочисленных возможностей многие геодезисты все еще стоят на обочине. Вместо того, чтобы размышлять о том, что входит в их обязанности, геодезистам будет полезней активно изучать и дополнять ГИС, непосредственно работая с ней.
Будущее геодезиста: расширение сферы
Бесспорно то, что технологический прогресс (эволюционный и революционный) сильно повлиял на деятельность геодезиста по сбору и анализу данных в полевых условиях. Недавние технологические новинки, такие как цифровой нивелир, лазерное и воздушное сканирование, цифровая фотограмметрия и методы неконтактной съёмки, добавились к общему инструментарию. Эти технологии сделали возможным сбор более полной информации, ускорили процесс проведения полевых работ и позволили производить почти мгновенный анализ полученных данных. Программные обеспечение постоянно совершенствуется для предоставления все большего количества решений для востребованных на рынке приложений. Полевые программы, ориентированные на сбор и управление пространственными данными, снабжены множеством смежных технологий. Например, геодезические системы могут подключаться к мобильному телефону и иметь доступ в Интернет, к общей вычислительной среде и базам геоданных на интернет основе. Это сочетание дает геодезистам доступ к ряду продуктов в дополнение к их информационному набору, включая контроль данных и информации, визуальные, инфракрасные и многоспектральные модели земли, аэрофотосъёмочные данные, кадастровую информацию и региональные карты. В результате, геодезист (являющийся теперь менеджером геоданных) может комбинировать информацию и методы для обеспечения потребностей всего проекта или его части.
Геодезические технологии стали настолько удобны, что многие пользователи, не являющиеся геодезистами, которые раньше пользовались услугами специалистов, могут сами использовать эти технологии для получения основной информации. Может показаться, что они обошли геодезиста. Однако, даже в этих ситуациях роль геодезиста не может быть упразднена. Без профессионального образования в теории и математике очень сложно заметить ошибки и неточности, которые приводят к недостаткам информации. Эта потребность дает геодезисту возможность предоставлять услуги, которые обеспечивают лучший сбор данных и их качество. С поверхностной точки зрения сбор данных стал намного проще, но на самом деле он еще более сложен, чем раньше. Например, легко представить и понять принцип работы измерительной ленты, компаса и теодолита. Они намного ближе к тем привычным инструментам, которые используются непрофессионалами. По сравнению с ними намного сложнее понять потенциальные ошибки в GPS измерениях. Многолучевость, ионосферные эффекты и даже принципы дублирования и контроля качества, которые геодезисты используют во всех применяемых технологиях, никогда полностью не будут поняты непрофессиональным пользователем геодезического оборудования.
Не все непрофессиональные геодезисты будут самостоятельно заниматься сбором данных лишь для сохранения стоимости. Инженеры и ученые, которым необходимо провести собственные наблюдения или проверить данные, часто работают с геодезическим оборудование. Эксперты в таких дисциплинах, как бухгалтерский учет, управление рисками и управление объектами также могут быть заинтересованы в геодезических данных.
ГИС Технологии
ГИС получила значительное развитие с точки зрения технологий и поглощения проектировщиков, ученых, профессионалов строительной области, инженеров, руководителей административно-хозяйственного комплекса и других. Она окажется прекрасной возможностью для геодезиста в будущем при условии, что геодезист сделает первый шаг. Должным образом подготовленный геодезист может быть экспертом в нескольких областям, включая преобразование фоновой информации с ортофотопланов в цифровую топографическую карту (DTMs), сбор данных для занесения и обновления ГИС, контроль качества, управление и анализ данных. Умение планировать с ГИС и использовать ее для понимания происходящих процессов является огромной возможностью для менеджера гео-данных. Извлечение новой информации и знаний из уже существующих баз данных является центральной ролью, которую геодезисты исполняют для тех, кто распоряжается землей и всем, что на ней. Так как пользователи настаивают на более быстром сборе данных и производстве полезной информации, становится просто необходимым уметь работать с инструментами анализа для управления, проверки и объяснения этого огромного объема данных.
Основной сложностью для геодезиста, даже с применением высокоразвитых технологий, будет интерпретация информации для пользователей.
Геодезисты могут предоставлять информацию с использованием различных средств, включая статическое и динамическое визуальное отображение. В дополнение к трехмерным изображениям представление данных может включать другие параметры, такие как цена, рентабельность, график ведения работ и уровни риска проекта.
BIM (информационное моделирование зданий)
Информационное моделирование зданий (BIM) является постоянно развивающейся областью, вклад геодезистов в которую будет очень важен в будущем. Инженеры, архитекторы, руководители предприятий и строительных организаций быстро осваивают систему BIM. Она позволяет более эффективно использовать цикл эксплуатации здания путем планирования технического обслуживания, ремонта и восстановления административно-хозяйственных блоков. Хотя многие заинтересованные стороны вносят данные в единую систему - BIM, геодезисты соберут большую часть с указание положения информации.
Таким образом, управление гео-данными BIM является возможностью для геодезистов сотрудничать и расширять их роль в процессе строительства в качестве профессиональных проектировщиков и коллег. Данный вид сотрудничества требует от геодезиста умения оценивать проект с точки зрения управляющего строительством или объектом, а также получать новые навыки в других областях знаний системы BIM.
Менеджеры геоданных будущего
Казалось бы, парадокс. Область геодезических изысканий, будет распространяться и сужаться, производя узконаправленные навыки и действия. В то же время, для того, чтобы остаться важной частью строительного процесса, геодезисту будущего придется обладать более широким рядом междисциплинарных навыков. Но это утверждение вполне обосновано. Например, рассмотрим профессию хирурга, который специализируется на некоторых видах рака. Хирург является узким специалистом, но в тоже время он знает достаточно об общей медицины, чтобы грамотно общаться со своими коллегами, которые специализируются в других областях медицины. Геодезист также должен быть мульти-дисциплинарным в том смысле, что навыки будут необходимы для преодоления разных культурных и технических барьеров. Технические навыки должны сопровождаться навыками общения в разных областях знаний, дисциплин и обычных локальных процессов.
Мир геодезиста нашего времени эволюционирует от сбора данных к управлению геоданных и извлечению информации и знаний. Такое изменение не преуменьшает роль геодезиста, скорее оно расширяет ее при том, что фаза сбора данных становится фундаментом для более широкого набора навыков и услуг. Такое изменение требует изменения мировоззрения геодезиста будущего для того, чтобы стать настоящим профессионалом, предоставляя аналитические инструменты и результаты клиентам, которые нуждаются во все более комплексной геопространственной информации.
Однако понимания и принятия этих изменений не достаточно. Индивидуальные геодезисты и сообщества, к которым они принадлежат, должны взаимодействовать с образовательными учреждениями, государством и промышленностью для достижения общих целей и положительных результатов. Вместе им необходимо укрепить утверждение о том, что геодезисты являются менеджерами гео-данных будущего, и, что будущие специалисты подготовлены к трудностям посредством образования, тренингов и повышения квалификации.
Брин Фосбор является вице-президентом и членом исполнительного комитета компании Trimble. С момента вступления в Trimbleв 1994 году круг его обязанностей включал ряд подразделений, корпоративных функций и регионов.
До прихода в компанию Trimble, Г-н Фосбор был инженером-строителем в транспортном отделе Висконсина и отвечал за координацию планирования, сбор и анализ данных в работах по масштабной GPS-съемке штата в качестве поддержки проектов по улучшению транспортной инфраструктуры.
