Технология трехмерного лазерного сканирования как средство обеспечения безопасности объектов спортивной инфраструктуры

Ф изическая культура представляет собой деятельность, направленную на укрепление здоровья людей и развитие их физических способностей. Уже давно доказано, что физические упражнения гармонично развивают организм и позволяют укрепить здоровье человека на многие годы. Физическая культура включает в себя широкий спектр упражнений и занятий, начиная от игровых видов спорта (футбол, баскетбол, волейбол, теннис и т.д.) и заканчивая тяжелой атлетикой. Очевидно, что физические упражнения в большинстве своем являются травмоопасными занятиями, и для выполнения их у человека должна быть достаточно хорошая физическая подготовка. Но также необходимо подчеркнуть, что немаловажную роль при выполнении упражнений играют спортивные сооружения, на которых человек непосредственно занимается физической культурой.

Спортивное сооружение представляет собой специальный объект крытого или открытого типа, которое обеспечивает проведение учебно-тренировочных занятий, соревнований по различным видам спорта и т.д. Качество и состояние таких сооружений сильно влияет на безопасность человека при выполнении физических упражнений, ведь негативное состояние этих параметров может существенно увеличить вероятность получения травм различной степени тяжести. Поэтому очень важно следить за состоянием таких сооружений.

Следует отметить, что дисциплина «Физическая культура» является обязательной в школах и в высших учебных заведениях многих стран мира, в том числе и в России. В настоящее время на территории страны функционируют около 40000 тыс. школ и 742 вуза. Согласно СП 278.1325800.2016 «Здания образовательных организаций высшего образования. Правила проектирования» и СП 251.1325800.2016 «Здания общеобразовательных организаций. Правила проектирования» каждое высшее образовательное учреждение и каждая школа должны быть обеспечены спортивными объектами, которые обязаны позволять безопасно проводить спортивные занятия. Но, к сожалению, некоторые учебные заведения, особенно школы, относятся достаточно халатно к таким требованиям, чему свидетельствует официальная статистика Росстата: по состоянию на 2020 год около 20% от общего количества школ России требуют косметический ремонт объектов, расположенных на территории школы, в том числе спортивных сооружений. В свою очередь, 1,5% школ в России требуют капитального ремонта, в том числе спортивных сооружений таких школ [3].

Что касается высших учебных сооружений, то, по данным Росстата, практически во всех вузах спор- тивные объекты в надлежащем состоянии, но при этом необходимо дальше анализировать безопасность спортсооружений на территории вузов, поскольку студенты при занятии физической культурой выполняют более сложные упражнения, чем учащиеся школ.

В настоящее время проверка состояния спортивных учреждений в России осуществляется специализированной комиссией. Такая проверка является периодической и проходит раз в несколько лет. Данный метод является обязательным и неизменным в течение нескольких десятилетий способом аккредитации спортивных объектов. В данном исследовании предлагается применение другого более современного способа проверки безопасности спортивных сооружений – трехмерное лазерное сканирование.

Трехмерное лазерное сканирование – это съемочная система, которая измеряет с высокой скоростью расстояния, вертикальные и горизонтальные углы. Результатом трехмерного лазерного сканирования является облако точек, по которому в дальнейшем отрисовываются различные объекты [7]. Лазерное сканирование по типу применяемого оборудования подразделяется на воздушное, которое в основном выполняется при помощи беспилотных летательных аппаратов, наземное и мобильное [1,2,6]. Лазерное сканирование нашло свое место во многих отраслях деятельности человека, и чаще всего данная технология применяется в следующих сферах деятельности: – Мониторинг деформаций зданий и сооружений; – Инженерно-геодезические изыскания;

– Маркшейдерское сопровождение буровых и взрывных работ;

– Фиксация ДТП, мест преступлений и т.д. [9–11].

Лазерные сканеры также применяются при строительстве спорткомплексов и сооружений, но в данной научной работе будут исследоваться перспективы применения лазерных сканеров для мониторинга состояния беговых дорожек на спортивных стадионах [4– 8].

Цель исследования – проанализировать перспективы применения трехмерного лазерного сканирования при мониторинге безопасности беговых дорожек на спортивных легкоатлетических стадионах.

Задачи исследования:

• 1.    Проанализировать на основе статистических данных уровень безопасности спортивных сооружений, находящихся на территории образовательных учреждений;

• 2.    Исследовать существующие методы аккредитации спортивных сооружений;

• 3.    Применить лазерное сканирование на конкретном спортивном сооружении для выявления соответствия или несоответствия характеристик данного сооружения существующим нормативам безопасности для спортивных объектов;

• 4.    Сделать выводы о перспективах применения лазерного сканирования для обеспечения безопасности спортивных сооружений.

БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Рис. 1. Легкоатлетический стадион Кубанского государственного технологического университета

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

Для проверки безопасности беговых дорожек был выбран легкоатлетический стадион Кубанского государственного технологического университета (КубГТУ), находящийся по адресу: г. Краснодар, ул. Московская, д. 2. Фотография стадиона представлена на рис. 1.

Сканирование проводилось лазерным сканером «Leica ScanStation C10». Фотография используемого сканера представлена на рис. 2.

При сканировании стадиона Кубанского государственного технологического университета научно-исследовательской группой была задана дискретность 10х10 см, выдержка – 64 с., разрешение

Рис. 2. Лазерный сканер «Leica ScanStation C10»

1920х1920 пикселей, область охвата сканирования составляла 360х270о, сканирование производилось с 6 станций. После проведения сканирования облако точек было загружено в программное обеспечение «Leica Cyclone» для дальнейшей отрисовки объектов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Отрисованный стадион в ПО «Leica Cyclone» представлен на рис. 3.

После отрисовки стадиона была произведена классификация точек беговой дорожки стадиона по высоте. Каждому значению высоты присваивалась определенная цветовая гамма. Массив точек с цветами, отражающими их высоту, представлен на рис. 4.

Рис. 3. Обработанное облако точек в ПО Leica Cyclone

БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Рис. 4. Отрисованное облако, точки которого были классифицированы по высоте в ПО «Leica Cyclone»

Следует отметить, что цвета отражают следующие значения высоты:

• –    зеленый – 0–2 мм;

• –    синий – 2–3 мм;

• –    желтый – 3–5 мм;

• –    оранжевый – 5–7 мм;

• –    красный – 7–8 мм;

• –    черный – 8–9 мм.

Согласно ГОСТ Р 55529-2013 «Объекты спорта. Требования безопасности при проведении спортивных и физкультурных мероприятий. Методы испытаний» значение неровностей на беговых дорожках легкоатлетического стадиона должно быть не более 10 мм. Сравнение результатов сканирования с вышеуказанным нормативным документом представлено в табл. 1.

Исходя из информации, полученной после анализа результатов сканирования и требований ранее указанного нормативного документа (табл. 1), следует сделать вывод, что значения неровностей, найденных на легкоатлетическом стадионе КубГТУ, соответствуют ГОСТ Р 55529-2013, и тем самым данный спортивный объект позволяет безопасно заниматься физическими упражнениями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненное исследование позволяет сделать вывод, что метод анализа состояния объектов спортивной инфраструктуры с помощью трехмерного лазерного наземного сканирования является достаточно перспективным и эффективным. Сканирование делает возможной сплошную съемку различных объектов со значительной скоростью и позволяет за малое время осуществлять значительный объем измерений с высокой точностью и информативностью.

В данной статье рассмотрены использование системы наземного лазерного сканирования как одного из методов наблюдения за деформациями с целью контроля состояния объектов спортивной инфраструктуры, процесс проведения полевой съемки на примере легкоатлетического стадиона Кубанского государственного технологического университета

Таблица 1

Сравнение результатов сканирования с требованиями ГОСТ Р 55529-2013

Цвет точек	Величина неровностей, мм	Соблюдены ли требования ГОСТ Р 55529-2013
Зеленый	0–2	да
Синий	2–3	да
Желтый	3–5	да
Оранжевый	5–7	да
Красный	7–8	да
Черный	8–9	да

БЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ в г. Краснодаре и выполнение обработки данных трехмерного лазерного сканирования в специализированном программном обеспечении.

В заключение можно отметить несколько преимуществ системы наземного лазерного сканирования:

• 1.    Мгновенная трехмерная визуализация.

• 2.    Технология процесса выполнения работ интуитивно понятна.

• 3.    Высокая точность.

• 4.    Быстрый сбор данных.

• 5.    Выявление деформаций на ранних стадиях эксплуатации объекта.

• 6.    Информативность [9].

Материальные затраты по сбору данных и моделированию объектов инфраструктуры методами наземного лазерного сканирования на небольших участках и объектах значительно превышают классические методы съемки. На сегодняшний день преимущества лазерного сканирования позволяют избежать дополнительных расходов на этапах проектирования и эксплуатации объектов инфраструктуры [10, 11]. Более того, ввиду постоянного развития научно-технического прогресса ожидается снижение стоимости оборудования для сканирования, что в ближайшие годы сделает его более применимым даже для менее значимых инфраструктурных объектов.