Введение
1. Аппаратура и программное обеспечение
1.1 Описание сканирующей системы
1.2 Технические характеристики
1.3 Программное обеспечение Cyclone 6.0
1.3.1 Cyclone-SCAN - управление сканером
1.3.2 Cyclone-REGISTER - уравнивание облаков точек
1.3.3 Cyclone-MODEL - измерения, моделирование и чертежи
1.3.4 LeicaCyclone - VIEWER и VIEWERPRO – измерения и визуализация объектов
1.3.5 Leica COE (Cyclone Object Exchange) - обмен данными
1.3.6 CycloneCloudWorx для AutoCAD
2. Возможности сканирующей системы
2.1 Основы технологии лазерного сканирования
2.2 Принцип работы сканирующей системы
2.3 Задачи, решаемые с помощью лазерного сканирования
Заключение
Список используемой литературы
В настоящее время для решения строительных и архитектурных задач широко используется тахеометрическая съемка, которая позволяет получить координаты объектов, а затем представить их в графическом виде. Тахеометрическая съемка позволяет проводить измерения с точностью до нескольких миллиметров, при этом скорость измерения тахеометра не более 2 измерений в секунду. Такой метод эффективен при съемке разреженной, незагруженной объектами площади. Очевидными недостатками такой технологии являются малая скорость проведения измерений, и неэффективность съемки загруженных площадей, таких как фасады зданий, заводов с площадь превышающей 2 га, а так же малая плотность точек на 1м2.
Одним из возможных способов решения данных проблем является применение новых современных технологий исследования, а именно лазерного сканирования.
Лазерное сканирование – технология, позволяющая создать цифровую трехмерную модель объекта, представив его набором точек с пространственными координатами. Технология основана на использовании новых геодезических приборов – лазерных сканеров, измеряющих координаты точек поверхности объекта с высокой скоростью порядка нескольких десятков тысяч точек в секунду. Полученный набор точек называется «облаком точек» и впоследствии может быть представлен в виде трехмерной модели объекта, плоского чертежа, набора сечений, поверхности и т.д.
Более полную цифровую картину невозможно представить никаким другим из известных способов. Процесс съемки полностью автоматизирован, а участие оператора сводится лишь к подготовке сканера к работе.
1. Аппаратура и программное обеспечение
1.1 Описание сканирующей системы
В состав сканирующей системы входит: транспортный ящик, трегер, штатив, Ethernet-кабель связи сканера с компьютером, кейс с принадлежностями (аккумулятор, кабель соединения сканера и аккумулятора, зарядное устройство), программное обеспечение Cyclone 6.0
Рис. 1 Сканирующее устройство LeicaScanStation 2.
Сканирующее устройство имеет подвижную часть и неподвижную (рис.1). На подвижной части прибор имеет два рабочих окна, фронтальное и верхнее, видимая область этих окон называется полем зрения прибора. Сканируемая область сканера 3600 по горизонтали и 2700 по вертикали.
На неподвижной части находятся индикаторы «готовности» и три входа: два под аккумуляторы, один под Ethernet – подключение. Внутри сканера установлена система зеркал, управляемых специальными двигателями, которые направляют сканирующий лазер под нужным углом сканирования.
1 .2 Технические характеристики
Технические характеристики представлены в таблице 1.
Таблица 1 Технические характеристики сканера.
| Точность определения положения точки | 4 мм на 50 м |
| Точность измерения расстояния, мм | 4 |
| Угловая точность (по вертикали/ /горизонтали), микрорадиан | 60 |
| Тип лазера | Импульсный лазерный сканер с двухосевым компенсатором |
| Размер пятна лазера | до 4 мм на 50-и метрах |
| Максимальное расстояние | до 300 м при отражении 90% |
| Частота сканирования | до 50000 точек в секунду |
| Избирательность по вертикали/ /горизонтали | 1,2 мм между точками на 50 м |
| Точек по вертикали, максимум | 5000 |
| Точек по горизонтали, максимум | 20000 |
| Поле зрения по вертикали, ° | 270 |
| Поле зрения по горизонтали, ° | 360 |
| Видоискатель | встроенная цифровая камера |
| Видео наведение | Разрешение определяется пользователем. Одно фото 24°х24° (1024х1024 пикселей). Поле зрения 360°х270° - 111 фото. |
| Длительность работы от аккумулятора | до 6 часов |
| Рабочая температура, °С | 0° - +40°С |
| Температура хранения, °С | -25° - +65°С |
| Размеры сканера, мм | 265 х 370 х 510 |
| Вес сканера, кг | 18,5 |
| Размеры аккумулятора, мм | 165 х 236 х 215 |
| Вес аккумулятора, кг | 12 |
1 .3 Программное обеспечение Cyclone 6.0
Программное обеспечение играет чрезвычайно важную роль в быстрой и эффективной обработке «облаков точек», полученных в результате съемок высокого разрешения. Cyclone включает полный набор программных модулей для наиболее удобной обработки облаков точек.
Cyclone – это набор программных модулей Leica HDS (рис.2), который считается многими специалистами, работающими в области лазерного сканирования, настоящим стандартом для решения задач сканирования, визуализации, измерения, построения трехмерных моделей и чертежей, анализа данных и представления результата в традиционной форме или для решения других задач. С применением модуля Cyclone CloudWorx процесс обучения сводится к изучению использования трехмерных облаков точек в программных комплексах САПР.
Рис. 2 Общий порядок обработки облаков точек в Cyclone.
Cyclone - программный комплекс, который предоставляет весьма широкий набор средств для различных вариантов обработки трехмерных данных лазерного сканирования в инженерии, геодезии, строительстве и других областях применения.
Всеобъемлющая полнота трехмерных облаков точек является основным достоинством по сравнению с другими источниками геометрической информации. Уникальная архитектура программы Cyclone основана на объектно-ориентированной базе данных, работающей по технологии Клиент/Сервер. Это технология предоставляет самую высокую скорость отображения данных при обработке проектов лазерного сканирования. Программа Cyclone дает возможность эффективно управлять данными лазерного сканирования, при этом сохраняется прозрачность обслуживания базы данных, то есть не требуются какие-либо специальные знания по управлению баз данных. Все данные - облака точек, изображения, топопривязка, результаты уравнивания, измерения, модели объектов и многое другое хранятся в одном файле. Тем самым нет необходимости перезаписывать или пересылать информацию из одного модуля в другой и т.д.
Технология Клиент/Сервер позволяет одновременно работать до 10 специалистов над одним проектом.
Для ускорения работы можно перейти в однопользовательский режим. Тем самым увеличение скорости отображения и обработки массивов точек составляет до 2-4 раз.
Cyclone состоит из отдельных модулей, встраиваемых в единую программную оболочку. Различные модули предназначены для решения отдельных задач общего процесса обработки данных трехмерного лазерного сканирования.
1 .3.1 Cyclone-SCAN - управление сканером
Cyclone-SCAN - это модуль для управления работой сканера LeicaScanStation 2. Пользователь может настраивать плотность сканирования, фильтрацию данных, создавать собственные макрокоманды, сканировать и автоматически распознавать плоские и сферические визирные цели Leica Geosystems HDS. При всем функциональном богатстве работать с Cyclone-SCAN очень легко из-за простого и понятного интерфейса.
Функциональные возможности Cyclone-Scan:
Пространственное перемещение, масштабирование, разворот в режиме реального времени, изменение цвета точек по материалам цифровой фотографии или по другим условиям для точек, поверхностей и смоделированных тел.
Трехмерная визуализация во время сканирования
Регулирование уровня детализации облаков точек и трехмерных моделей для ускорения визуализации.
Настройки для быстрой переотрисовки облаков точек в сетях треугольников (TIN)
Прореживание облаков точек (каждая n-ная точка)
Визуализация облаков точек по значению интенсивности или по цвету
Ограничение объема визуализируемых точек по выбранному региону или срезу для быстрого черчения
Предварительная установка среднего расстояния до объекта по единичному направленному измерению
Автоматическое создание цифровой мозаики для панорамного снимка
Панорамный просмотр для цифрового изображения
Геодезическая привязка по пунктам известного геодезического обоснования
Установка высоты инструмента перед сканированием
Установка высоты визирной цели
Функция Установи-и-сканируй (Point-and-scan) QuickScan™ для интерактивной установки горизонтального окна съемки
Фильтрация для возможного исключения «лишних» данных:
a) Ограничение области сканирования по прямоугольнику или произвольному многоугольнику
b) Ограничение диапазона по дальности
c) Ограничение по интенсивности отраженного сигнала
d) Все предварительные установки настройки сканирования могут быть записаны и вызваны в любой момент. Есть готовый список стандартных установок сканирования
e) Настройка качества проверки совмещения
Измерения расстояний, площадей и объемов по отдельным точкам и по готовым моделям:
a) Наклонные расстояния
b) Расстояния DX, DY, DZ
c) Создание и редактирование подписей
d) Создание и управление слоями
e) Назначение цветов и материалов объектам
f) Просмотр с позиции сканера и указание его местоположения
Лазерное сканирование является разновидностью активной съемки. Лазерный сканер (лидар), работающий в импульсном режиме, проводит дискретное сканирование поверхности Земли и объектов, расположенных на ней, регистрируя направление лазерного луча и время прохождения луча. Таким образом, удается однозначно локализовать в пространстве точку (точки, если отражений было много), от которой отразился лазерный луч. Текущее положение лазерного сканера определяется с помощью высокоточного спутникового приемника, работающего в дифференциальном режиме совместно с инерциальной системой. Зная углы разворота и относительные смещения между компонентами описанной системы, можно однозначно определить абсолютные координаты каждой точки лазерного отражения в пространстве.
Съемка ведется в непрерывном режиме, особенно эффективна для малообжитых территорий.
Преимущества лазерного сканирования
1. Стоимость
Стоимость съемки и моделирования объектов ниже, чем при использовании классических технологий примерно в 3 раза.
2. Скорость ведения работ
Совокупная скорость съемки и обработки данных, полученных лазерным сканированием, в несколько раз быстрее обычной геодезии и аэрофотосъемки.
3. Точность
Точность лазерного сканирования сравнима с точностью наземной геодезии и гораздо выше точности аэрофотосъемки. В залесенных территориях у лазерного сканирования вообще нет альтернативы.
4. Уникальные свойства
Лазерное сканирование позволяет сканировать в 3Д провода и мелкие висячие конструкции (изоляторы, фермы), абсолютно недоступные для классических методов.
5. Гибкость
Растительность, дымка и ночное время не являются помехой для ведения работ.
Сложность рельефа не имеет значения
6. Универсальность
Лазерное сканирование может быть выполнено с воздуха, автомобиля, поезда, катера, вездехода, пешей бригадой.
Лазерное сканирование (или лидарная съемка) подразделяется на воздушное, мобильное и наземное.
ВОЗДУШНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (ВЛС)
Съемка ведется в непрерывном режиме, особенно эффективна для малообжитых территорий.
Воздушное лазерное сканирование применяется для высокоточного картографирования линейных и площадных объектов в масштабах 1:500–1:5000 с воздушных носителей (самолет, вертолет, автожир). Точность - 5–8 см, детальность отрисовки - 20–50 см, производительность - до 800 погонных км съемок в день (ширина полосы съемки до 1000–1500 м).
Недостатки: низкая подробность при съемке вертикальных плоскостей (например, стен).
Одновременно с воздушным лазерным сканированием, как правило ведется аэрофотографирование земной поверхности с использованием цифровой камеры, регистрирующей излучение в видимом, инфракрасном, либо тепловом или ИК диапазоне электромагнитного излучения. Для выполнения съемкм данным методом требуется крайне малое количество наземных работ, что делает его незаменимым в ненаселенной местности или на опасных объектах.
Решаемые задачи
- мониторинг объектов
Используемое оборудование: сканеры RIEGL LMS q780, q680i, q560
Точность сканирования: 8–10 см
Соответствие масштабу: 1:1000
Как правило, воздушное лазерное сканирование сопровождается одновременной цифровой аэрофотосъемкой с разрешением 5–15 см в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. В основном применяется при инженерных изысканиях на инфраструктурных объектах, в городском хозяйстве, для оценки объемов перемещенного грунта (карьеры, полки, полигоны твердых бытовых отходов), мониторинга объектов любого характера.
Для выполнения съемок данным методом требуется крайне малое количество наземных работ, что делает его незаменимым в ненаселенной местности или на опасных объектах.
МОБИЛЬНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (МЛС)
Съемка выполняется с наземного или водного носителя в непрерывном режиме. Метод допускает ограниченное кратковременное пребывание в закрытых средах (проезд под мостами, короткие тоннели). Мобильное лазерное сканирование идеально подходит для городских территорий.
Технология применяется для массированного картографирования и 3D-моделирования линейных инфраструктурных объектов (автомобильные и железные дороги, линии электропередачи, улицы городов), площадных объектов сложной структуры и высокой детальности (населенные пункты, развязки и эстакады в несколько уровней, скальные берега, нижние бьефы плотин (с плавсредств) и тому подобное. Точность - 5–8 см, детальность отрисовки - 1–5 см, производительность - до 500 погонных км съемок в день (ширина полосы съемки - 50–250 м).
Недостатки: не доступны для съемки крыши объектов, объекты рядом с носителем (заборы, кусты) могут быть препятствием.
Решаемые задачи
- создание трехмерных моделей крупных промышленно-территориальных комплексов;
- создание профилей и планов дорог.
Используемое оборудование: сканеры RIEGL VMX250, VMX450
Точность сканирования: 5–8 см
Соответствие масштабу: 1:500
НАЗЕМНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (НЛС)
Cъемка выполняется с наземных объектов или с грунта в дискретном режиме (с перестановкой прибора). Метод можно применять в закрытых помещениях и средах (тоннели, пещеры). Наземное лазерное сканирование идеально подходит для сложных сооружений и внутренних съемок.
Технология наземного лазерного сканирования используется для получения очень детальных 3D-моделей объектов, фасадных планов, топографических планов местности масштаба 1:500. Наземный лазерный сканер позволяет отснять объекты размером до 0,5–2 см с точностью до 0,5–5 мм. Наземное лазерное сканирование может вестись в любое время суток. Производительность - от 1000–4000 кв. м при съемке фасадов в масштабе 1:50 до 4–20 га при съемке топографических планов масштаба 1:500.
Решаемые задачи
- создание высокоточных трехмерных моделей промышленных объектов для включение их в корпоративные системы управления;
Используемое оборудование: сканеры RIEGL VZ400, VZ1000
Точность сканирования: 0,3–1,5 см
Соответствие масштабу: 1:200
ВЛС, МЛС и НЛС могут быть совмещены для взаимного устранения недостатков друг друга. Отмеченные недостатки являются таковыми по отношению этих методов друг к другу, однако даже самый медленный метод (наземное сканирование) гораздо производительнее тахеометрической съемки, а наименее детальный метод (воздушное сканирование) - гораздо детальнее, точнее и быстрее классической аэрофотосъемки.
Скорость реализации проектов
Скорость выполнения съемочных работ:
- Для линейных объектов - до 300 погонных км в день. Метод: воздушное лазерное сканирование и аэрофотосъемка или мобильное лазерное сканирование (для дорог)
- Для площадных объектов - до 1000 км2 в день. Метод - воздушное лазерное сканирование и аэрофотосъемка
- Для промышленных сооружений - до 20 га в день. Метод - мобильное лазерное сканирование и/или наземное лазерное сканирование и перспективная фотосъемка
Выходные данные:
- Топографические планы и ГИС-слои.
- Высокоточные цифровые модели рельефа и цифровые модели местности.
- 3D-модели объектов (CAD, 3D MAX, DGN), в том числе, с текстурой.
- Ведомости размеров и габаритов различного характера.
- Профили, разрезы и сечения объектов.
- Виртуальные модели местности и облеты.
- Цветные облака точек лазерных отражений (по одновременному фото).
- «Сетчатая» модель объекта - используется для восстановления лепнины, уникальных объектов (памятники, технологические элементы конструкций) (только для наземного лазерного сканирования).
- Фасадные и поэтажные планы (только для наземного лазерного сканирования).
- Ортофотопланы в видимом, инфракрасном или тепловом диапазонах (только для воздушного лазерного сканирования);
- Перспективные аэрофотоснимки (только для воздушного лазерного сканирования).
|
ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ В ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ Для картографирования территории и создания 3D-моделей объектов горнодобывающих предприятий компания «Совзонд» использует технологию воздушного, наземного и мобильного лазерного сканирования. Воздушное лазерное сканирование применяется для высокоточного картографирования линейных и площадных объектов в масштабах 1:500–1:2000. Технологии наземного и мобильного лазерного сканирования используются для получения очень детальных 3D-моделей объектов масштаба 1:50 и топографических планов масштаба до 1:500. Основные преимущества:
Лазерное сканирование в горнодобывающей промышленности наиболее эффективно используется для:
Лазерное сканирование карьера для создания точной модели рельефа Применение лазерного сканирования и аэрофотосъемки при проведении изыскательских и предпроектных работ На стадии проведения изыскательских и предпроектных работ производится воздушное лазерное сканирование и цифровая аэрофотосъемка. Охват - карьеры, открытые разрезы, территории обустраиваемых месторождений и иные площадные объекты с площадью отдельного объекта не менее 20 кв. км. Съемка ведется для картографирования в масштабе 1:500, 1:1000 или 1:2000, сечение рельефа от 0,5 до 1 м. Параллельно производится аэрофотосъемка с разрешением 7–20 см. Этапы работы:
2. Создание точной цифровой модели рельефа по результатам лазерного сканирования
3. Совмещение ортофотоплана с данными лазерного сканирования
4. Создание топографических планов масштаба 1:500–1:2000
|
|
ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ
Компания «Совзонд» внедрила в производственные процессы аэросъемку и лазерное сканирование территории, ввиду востребованности высокоточных пространственных данных, в том числе в нефтегазовой сфере. Все виды работ по съемке территорий и объектов выполняются с применением новейших методов лазерного сканирования – с воздуха, либо со статической позиции Решаемые задачи:
Примеры работ, выполненных методом лазерного сканирования (ЛС) совместно с аэрофотосъемкой (АФС)
Ортофотоплан с разрешением 10 см (АФС)
Цифровая модель рельефа (ЛС)
Создание топографических планов масштаба 1:2000
Съемка переходов
Моделирование: площадка Шесхарис, нефтехранилища |
.jpg)
.jpg)
|
ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИЕЙ
При создании карт, планов и трехмерных моделей городов, других населенных объектов и транспортной инфраструктуры используется мобильный картографический комплекс. Мобильный картографический комплекс функционирует на основе технологии лазерного сканирования и включает в себя лазерные сканеры, несколько фотокамер видимого диапазона, высокоточную систему спутникового позиционирования, инерциальную систему и одометр. Мобильный картографический комплекс обеспечивает съемку:
Трехмерные модели,полученные методом лазерного сканирования
|
В последнее время все большее применение находит технология наземного лазерного сканирования. Многие современные задачи проектирования и строительства, эксплуатации зданий и сооружений требуют представления пространственных данных, точно и полно описывающих рельеф, ситуацию, взаимное расположение частей зданий и сооружений. Использование традиционных для геодезии методов и инструментов позволяет решать большинство задач, однако существуют ограничения, связанные с тяжелыми условиями видимости, со скоростью сбора и обработки получаемых при помощи электронных тахеометров данных.
Появление GNSS-технологий, позволяющих буквально за считанные минуты получить точные координаты местоположения точек (режим RTK), а также безотражательных тахеометров, имеющих возможность работать без применения специальных отражателей, стало важным технологическим прорывом в области геодезических измерений. Однако применение спутниковых геодезических приемников и безотражательного тахеометра не позволяло с максимальной точностью описывать объект съемки и строить полноценную цифровую модель - координатные данные были точными, но слишком разреженными. На построение трехмерных цифровых моделей фасадов зданий или чертежей цехов требовались значительные временные ресурсы, работы получались трудоемкими и дорогостоящими. С появлением новой технологии - ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ - задача построения 3D цифровых моделей значительно упростилась.
Наземное лазерное сканирование является самым оперативным и высокопроизводительным средством получения точной и наиболее полной информации о пространственном объекте: памятнике архитектуры, промышленном сооружении и промышленной площадке, смонтированном технологическом оборудовании. Суть технологии сканирования заключается в определении пространственных координат точек объекта. Процесс реализуется посредством измерения расстояния до всех определяемых точек с помощью фазового или импульсного безотражательного дальномера. Измерения производятся с очень высокой скоростью - тысячи, сотни тысяч, а порой и миллионы измерений в секунду. На пути к объекту импульсы лазерного дальномера сканера проходят через систему, состоящую из одного подвижного зеркала, которое отвечает за вертикальное смещение луча. Горизонтальное смещение луча лазера производится путем поворота верхней части сканера относительно нижней, жестко прикрепленной к штативу. Зеркало и верхняя часть сканера управляются прецизионными сервомоторами. В конечном итоге именно они обеспечивают точность направления луча лазера на снимаемый объект. Зная угол разворота зеркала и верхней части сканера в момент наблюдения и измеренное расстояние, процессор вычисляет координаты каждой точки.
Все управление работой прибора осуществляется с помощью портативного компьютера с набором программ или с помощью панели управления, встроенной в сканер. Полученные координаты точек из сканера передаются в компьютер и накапливаются в базе данных компьютера или самого сканера, создавая так называемое облако точек.
Сканер имеет определенную область обзора, или другими словами, поле зрения. Предварительное наведение сканера на исследуемые объекты происходит либо с помощью встроенной цифровой фотокамеры, либо по результатам предварительного разреженного сканирования. Изображение, получаемое цифровой камерой, передается на экран компьютера, и оператор осуществляет визуальный контроль ориентирования прибора, выделяя необходимую область сканирования.
Работа по сканированию часто проходит в несколько сеансов из-за формы объектов, когда все поверхности просто не видны с одной точки наблюдения. Самый простой пример - четыре стены здания. Полученные с каждой точки стояния сканы совмещаются друг с другом в единое пространство в специальном программном модуле. На стадии полевых работ необходимо предусмотреть зоны взаимного перекрытия сканов. При этом перед началом сканирования в этих зонах размещают специальные мишени. По координатам этих мишеней и будет происходить процесс «сшивки». Можно совместить облака точек без мишеней, используя характерные точки снимаемого объекта. Лазерное сканирование предоставляет возможность получить максимум информации о геометрической структуре объекта. Его результатом являются 3D модели с высокой степенью детализации, плоские чертежи и разрезы.
Наземное лазерное сканирование значительно отличается от других методов сбора пространственной информации. Среди отличий выделим три основных:
- в технологии полностью реализован принцип дистанционного зондирования, позволяющий собирать информацию об исследуемом объекте, находясь на расстоянии от него, т.е. на объекте не надо устанавливать никаких дополнительных устройств и приспособлений (марок, отражателей и т.п.);
- по полноте и подробности получаемой информации с лазерным сканированием не может сравниться ни один из ранее реализованных методов, плотность и точность определяемых на поверхности объекта точек может исчисляться долями миллиметра;
- лазерное сканирование отличается непревзойденной скоростью - до нескольких сотен тысяч измерений в секунду
Благодаря своей универсальности и высокой степени автоматизации процессов измерений лазерный сканер является не просто геодезическим прибором, лазерный сканер - это инструмент оперативного решения самого широкого круга прикладных инженерных задач.
Сама технология лазерного сканирования открывает целый ряд новых, ранее недоступных возможностей. Связано это, прежде всего, с более полным использованием современных компьютерных технологий. Получаемые результаты в виде облака точек или трехмерной модели можно быстро передвигать, масштабировать и вращать. Есть возможность виртуального путешествия по изображению с записью в стандартный мультимедийный файл для дальнейшего показа. Такого полного представления об объекте не может дать ни один другой метод. При этом мы работаем не просто с изображением, а именно с моделью, сохраняющей полное геометрическое соответствие форм и размеров реального объекта. Такое положение дел обеспечивает возможность проведения измерений реальных расстояний между любыми точками или элементами модели. Несмотря на исключительную новизну, технология предусматривает возможность автоматического или полуавтоматического получения информации и документов в привычном виде - чертежи профилей, поперечников, планы, схемы.Возможность обмена через общепринятые форматы графических данных позволяет легко встроить технологию лазерного сканирования в схему уже используемого программного обеспечения.
Технология лазерного сканирования открывает новые возможности и дает необходимую информацию для развития современного метода трехмерного проектирования.
Где можно использовать лазерное сканирование?
Основные сферы применения трехмерного сканирования:
- промышленные предприятия
- строительство и архитектура
- дорожная съемка
- горное дело
- мониторинг зданий и сооружений
- документирование чрезвычайных ситуаций
Мы предлагаем широкий спектр . Более того, Вы можете получить исчерпывающую информацию по всем аспектам приобретения, использования и обслуживания у наших специалистов по контактной информации.
При разработке данного материала были использованы материалы
Лазерный сканер – устройство, проводящее замеры с помощью специального излучения. Пространственные координаты формируются в результате измерений расстояния до точек и углов отражений.
Частота сканирования при этом должна быть большой и достигать 100 тыс. замеров в секунду.
Таким образом, накапливается большой объем данных о координатах, которые затем будут обработаны с помощью компьютеров и в итоге будет построена готовая цифровая модель поверхности или любого другого объекта.
Различают сканеры наземного и воздушного базирования. О последних и пойдет речь в нашей статье.
Как проходит воздушное лазерное сканирование
Производится оно с помощью нескольких взаимодействующих компонентов: лазерного сканера, приборов спутникового позиционирования и инерциальной системы. Расстояние до точки измеряется путем замера промежутка времени между отправкой сигнала и его приемом.
Одновременно с этим с помощью GPS измеряются углы путем регистрации положения воздушного судна в пространстве. Измерительная навигационная система необходима для постоянного измерения параметров положения судна в пространстве, например наклона или крена.
В итоге конечное вычисление координат точек происходит путем совместной обработки данных воздушного судна, локационного измерения расстояний и ориентации самого лазерного сканера.
Зачастую в составе этого комплекса так же задействуют цифровую аэрофотокамеру, которая производит синхронную съемку местности.
Преимущества метода
Данный метод является одним из наиболее быстрых и точных методов получения пространственной модели поверхности с точностью до 5-15 сантиметров. Проводится он на высоте от 500 до 1000 метров при помощи самолетов или вертолетов.
Качество напрямую зависит от высоты съемки: чем выше высота полета, тем хуже итоговая модель. В результате получается качественная модель даже самых сложных рельефов с густой растительностью и с учетом самых мелких деталей.
К основным преимуществам относят следующее:
- Расстояние до объекта измеряется максимально точно вне зависимости от характеристик и типа поверхности: будь это темная поверхность (постройки, грунт, асфальт) или светлая (снег или песок)
- Трехмерные данные получаются с большой плотности и высокой точностью
- Возможность одновременного измерения до земли и верхушек деревьев
- Возможность получения картографических данных крупного масштаба с производительностью 1000 кв.м за 12 часов при проведении аэросъемочных работ, а так же 24 часа для получения уже готовой трехмерной модели рельефа
- Результат в цифровом виде
Материал для статьи предоставлен компанией "АртГео" -
Лазерное сканирование представляет собой передовую бесконтактную технологию трёхмерного измерения объектов и поверхностей. По сравнению с традиционными оптическим и спутниковым геодезическими методами технология лазерного сканирования характеризуется феноменальной детальностью, невероятной скоростью, высокой точностью измерений. Данная технология является поистине революционной в сфере инженерных изысканий, поскольку именно его появление предопределило мощный качественный рывок всей отрасли. Сегодня лазерное сканирование широко применяется в архитектуре, промышленности и энергетике, геодезии и маркшейдерии, на объектах транспортной инфраструктуры, в гражданском и промышленном строительстве, добывающей отрасли, археологии, востребована она также и во многих других отраслях производства и народного хозяйства.
Что такое трёхмерное лазерное сканирование?
Что необходимо сделать для построения точной трёхмерной модели здания или чертежа цеха? Безусловно, сначала провести измерения и получить координаты всех объектов (пространственные x,y,z или x,y на плоскости), а затем уже представить их в нужном графическом виде. Именно измерения координат объекта, иначе говоря, съёмка, составляют наиболее трудоёмкую и затратную часть всей работы. Как правило, геодезисты или другие специалисты, проводящие измерения, используют современное оборудование, в первую очередь электронные тахеометры, которые позволяют получать координаты точек с высокой точностью (до нескольких миллиметров).
Принцип работы электронного тахеометра основан на отражении узконаправленного лазерного пучка от отражающей цели и измерении расстояния до неё. Отражателем в общем случае служит специальная призма, которая крепится на поверхности объекта. Определение двух углов (вертикального и горизонтального) и расстояния даёт возможность вычислить трёхмерные пространственные координаты точки отражения. Скорость измерения тахеометра невысока (не более 2 измерений в секунду). Данный метод эффективен при съёмке разреженной, малозагруженной объектами площади, однако даже и в этом случае сложности, с которыми приходится сталкиваться при креплении отражающих призм (на большой высоте или в труднодоступном месте), зачастую оказываются непреодолимыми.
Относительно недавнее появление безотражательных электронных тахеометров, которые работают без специальных отражателей, произвело «бархатную» революцию в геодезии - теперь стало можно проводить измерения без долгих и утомительных поисков лестниц для подъёма отражателя под крышу дома, всевозможных подставок для установки призмы над полом в помещении с высокими потолками и других подобных сложностей - достаточно лишь навестись на необходимую точку, ведь луч может отражаться от любой ровной поверхности.
При использовании метода традиционных тахеометрических измерений, сколько времени, например, потребуется для детальной съёмки фасада здания высотой 20 м или цеха металлургического завода площадью 2 га? Недели, месяцы? Применение безотражательного тахеометра может значительно сократить сроки, но, тем не менее, даже в данном случае специалист проведет за прибором долгие часы и дни. А с какой же плотностью он сможет выполнить съёмку фасада - одна точка на квадратный метр? Навряд ли этого будет достаточно для построения высококачественного подробного чертежа со всеми необходимыми элементами. А теперь представьте, что у вас есть безотражательный тахеометр, который ведёт съёмку автоматически, без участия оператора, со скоростью 5 тысяч измерений в секунду! Ещё совсем недавно такое предложение представлялось не менее фантастичным, чем полет на Луну сто лет назад. Сегодня это стало так же реально, как и следы американских астронавтов или русского «Лунохода» на поверхности нашего небесного соседа. Название этого чуда - лазерное сканирование . Это метод, который позволяет создавать цифровые модели всего окружающего пространства, представляя его набором (облаком) точек с пространственными координатами.
Съёмка со скоростью 5 тысяч точек в секунду была чудом, когда технология лазерного сканирования только начинала завоёвывать мир геодезических изысканий. Сейчас же современные лазерные сканеры позволяют выполнять съёмку с поистине невероятной скоростью - более миллиона точек в секунду ! Это действительно в значительной степени сокращает трудозатраты на полевой этап работ, при этом давая возможность оперативно получать сверхподробные данные результатов измерений с высокой точностью.
Где применяется лазерное сканирование?
Как многие технические новшества и технологии, недавно вышедшие из лабораторий ученых, лазерное сканирование находится только в начале пути освоения разнообразных приложений. Но уже сейчас можно перечислить несколько технологических сфер, в которых 3D лазерные сканеры применяются все более активно и уже достаточно давно стали практически незаменимыми:
- съемка промышленных объектов (заводы, нефтеперерабатывающие заводы, сложное производство);
- съемка объектов энергетики (атомные, гидро- и тепловые электростанции);
- съемка мостов;
- съемка и профилирование тоннелей;
- промышленные измерения (определение объемов резервуаров, жидких и сыпучих материалов);
- горная промышленность;
- реставрация и строительство;
- архитектура и археология.
