Сканирующие системы. Лазерное сканирование — это современная технология точных обмерных работ

Лазерный сканер называют по-разному: наземным лазерным сканером, лазерной сканирующей системой или трехмерным лазерным сканером. Главное, что все эти термины обозначают одно устройство.

Работа сканера заключается в том, что он на высокой скорости сканирует поверхность, определяет ее характеристики, преобразует их в цифровой вид в трехмерной системе координат. Это устройство совсем недавно начали использовать в геодезии, и лазерные системы сканирования отлично подошли для этого вида работ.

Перед началом работы задается область сканирования. Это угол поворота зеркала, в переделах которого с большой скоростью распространяется лазерный луч. Область сканирования можно задавать до 360° по горизонтали (то есть полный круг) и до 270° в вертикальном направлении. Таким образом, можно производить геодезическую съемку практически всех точек вокруг лазерного сканера. Это позволяет обойтись минимальным количеством приборов.

Во время работы для каждой отсканированной точки определяются три пространственные координаты, которые записываются в виде числового массива. Кроме того, для каждой точки определяется ее цвет.

Главные преимущества лазерной сканирующей системы:

высокая точность измерений,

возможность создания различных чертежей, в частности, чертежей сечений,

измерения проводятся с высокой скоростью

обработка данных происходит практически мгновенно, что немаловажно для работы в полевых условиях,

есть возможность сравнивать полученную информацию с проектной моделью, что облегчает контроль качества работы,

по результатам съемки можно составлять топографические планы,

возможность геодезической съемки труднодоступных и опасных объектов,

возможность автоматического сравнения результатов сканирования с предыдущими для определения величины деформации.

Принцип работы прибора основан на выполнении измерений дальности до объекта съемки, с помощью лазерного безотражательного дальномера, а также и определении горизонтального и вертикального углов, для каждой точки интересующего нас объекта. Измерения производятся с высокой плотностью и точностью, что впоследствии позволяет создать трехмерную математическую модель объекта съемки. Процесс выполнения съемки автоматизирован. Преобразование полярных координат точек лазерных отражений в Декартовы производится автоматически.

На сегодняшний день системы лазерного сканирования получают все большее распространение. Преимущества данной технологии перед традиционными методами очевидны. Использование систем лазерного сканирования значительно повышает производительность, сокращаются затраты времени на полевые работы и камеральную обработку. Также появляется возможность бесконтактной съемки объектов, что особенно важно на объектах с повышенной опасностью.

Принцип действия систем сканирования состоит в безотражательном измерении расстояния до цели, при помощи лазера, и значения угла, определяющего направление распространения лазера. В результате получается точка с известными координатами. Поле зрения наземного лазерного сканера составляет от 40 х 40 до 180 х360. Точность регистрации поверхности составляет от нескольких миллиметров до 5 сантиметров, в зависимости от расстояния, отражающей способности поверхности и разрешения. Такое геодезическое оборудование как лазерный сканер имеет дальность действия от 1 до 2500 метров, в зависимости от особенностей конкретного прибора.

Комплект оборудования состоит из собственно лазерного сканера, портативного компьютера со специальным программным обеспечением, аккумуляторов и зарядного устройства. В последнее время на лазерных сканерах все чаще встречается встроенная камера высокого разрешения, позволяющая одновременно с облаком точек получать реальные изображения поверхности. Системы лазерного сканирования, устанавливаемые на автомобилях (так называемые, системы мобильного сканирования) могут дополнительно комплектоваться спутниковыми приемниками и специальными датчиками колес (одометрами).

Процесс работы на станции предельно прост. Через персональный компьютер или (на некоторых моделях) через котроллер задается необходимое поле сканирования, плотность сканирования (разрешение) и запускается сам процесс съемки.

Получаемое "облако точек" выдается на монитор, или экран контроллера, непосредственно в процессе измерения в реальном времени, по мере следования лазерного луча по объекту. Данный массив точек можно сразу же просматривать, вращать и выполнять необходимые измерения. Для удобства визуализации по желанию пользователя изображение может окрашиваться в цвета показывающие интенсивность лазера, удаление цели от прибора, или в реальный цвет.

Эффективность применения лазерного сканирования наиболее ярко проявляется в том случае, когда съемка объекта необходима с высокой подробностью и точностью.

Выводы по главе

Обеспечение геодезическими данными при проведении при топографических работах производилось сложно и отнимало много времени на измерения. Теперь, при быстром развитии науки на замену старым методикам и приборам пришли электронные и лазерные геодезические приборы. Проведённый в работе анализ получения данных, качество обработки результатов наблюдений демонстрирует существенные преимущества современных приборов.

Охрана окружающей среды

Годы независимости в Казахстане стали годами образования и становления совершенно новой государственной системы обеспечения экологической безопасности, управления охраной окружающей среды и природопользованием - хорошо организованной и территориально разветвленной системы исполнительных органов в области охраны окружающей среды Республики Казахстан. Это обеспечило формирование и последовательную реализацию государственной политики в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Однако на протяжении многих десятилетий в Казахстане складывалась преимущественно сырьевая система природопользования с экстремально высокими техногенными нагрузками на окружающую среду. Поэтому кардинального улучшения экологической ситуации пока не произошло и она по-прежнему характеризуется деградацией природных систем, что ведет к дестабилизации биосферы, утрате ее способности поддерживать качество окружающей среды, необходимое для жизнедеятельности общества.

Однако,с момента принятия Концепции экологической безопасности в Республике Казахстан произошли серьезные перемены в общественном развитии. Разработаны стратегические документы развития государства, создана основа природоохранного законодательства, подписан ряд международных конвенций по вопросам охраны окружающей среды, создана система управления природоохранной деятельностью.

Целью государственной политики в области экологической безопасности является обеспечение защищенности природных систем, жизненно важных интересов общества и прав личности от угроз, возникающих в результате антропогенных и природных воздействий на окружающую среду.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

снижение антропогенного воздействия, ведущего к изменению климата и разрушению озонового слоя Земли;

сохранение биоразнообразия и предотвращение опустынивания и деградации земель;

реабилитация зон экологического бедствия, полигонов военно-космического и испытательного комплексов;

предупреждение загрязнения шельфа Каспийского моря;

предупреждение истощения и загрязнения водных ресурсов;

ликвидация и предотвращение исторических загрязнений, загрязнения воздушного бассейна, радиоактивного, бактериологического и химического загрязнений, в том числе трансграничного;

сокращение объемов накопления промышленных и бытовых отходов;

предупреждение чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Охрана окружающей среды при производстве топографических работ

При производстве топографических работ следует уделять большое внимание вопросам охраны природы. При этом необходимо стремиться к максимальной сохранности лесных и пахотных земель, пастбищ и других сельскохозяйственных угодий. Прокладку опорных ходов нужно выпол­нять по возможности вдоль дорог и троп, располагая центры и реперы в местах отсутствия лесонасаждений и сельскохозяйственных культур. При передвижении транспорта необходимо свести к минимуму повреждения ценных угодий и проведение лесных вырубок; с этой целью следует стре­миться к более широкому использованию аэрогеодезических методов из­мерений. При развитии съемочного обоснования нужно по возможности использовать естественные контуры и местные объекты для размещения опорных точек, чтобы исключить нанесение ущерба природе.

При выполнении работ в населенных пунктах запрещается произво­дить измерения на газонах, в огородах и других местах искусственных насаждений, рубить деревья и кустарники, ломать ветки. Нельзя засо­рять территорию и водоемы бытовыми отходами, выбрасывать бумагу, упаковочные материалы, банки, бутылки, они должны быть сло­жены в ящики и контейнеры для сбора мусора.

Все работники должны быть проинструктированы о соблюдении установленного на предприятии противопожарного режима. При изменении специфики работы рабочих и служащих предприятия проводится повторный инструктаж или организуются занятия по пожарно-техническому минимуму. По окончании прохождения пожарно-технического минимума принимаются зачеты. В процессе работы необходимо предпринимать меры, исключающие загрязнение водных источников и окружающей среды, сохранять и охра­нять леса, торфяники и сельскохозяйственные посевы от пожаров. Прави­лами пожарной безопасности запрещается разводить костры возле нефте­продуктов и других легковоспламеняющихся веществ, вблизи деревьев, кустарников и спелых посевов, в местах с подсохшей травой, на торфяни­ках. Костры следует окапывать канавой и тщательно гасить, засыпая пес­ком, землей или заливая водой. Нельзя бросать на землю горящие спички и тлеющие окурки в сухом лесу или на лугу с высохшей травой.

По результатам топографической съемки составляется подробный план с нанесением границ участка, естественного рельефа местности, наличия и характера природных водоемов. Топографическая съемка, а именно - фотографирование из космоса применяется для контроля состояния окружающей среды. На космических снимках регистрируются почти все виды загрязнений воздушной и водной сред и почв как результат промышленной деятельности человека. Процессы загрязнения окружающей среды, ежедневно происходящие на громадной территории очень динамичны. Поэтому космические съемки имеют особое значение для их регистрации.

Охрана труда

На условия и охрану труда в настоящее время определяющее влияние оказывают экономическое положение организаций, состояние материально-технической базы производства, уровень используемых технологий, развитость научно-технических и экономико-правовых институтов по защите работающих. Такое положение объясняется тем, что во многих организациях республики отсутствуют службы безопасности и охраны труда, а в тех организациях, где созданы эти службы, они укомплектованы слабыми, недостаточно квалифицированными кадрами.

На рабочих местах недостаточно качественно проводится обучение работников безопасным приемам работ и инструктажи по технике безопасности. К тому же на предприятиях, в том числе на объектах базовых отраслей промышленности, крайне медленными темпами осуществляется техническое перевооружение производств.

Система управления охраной труда, действующая в настоящее время, построена на принципах реагирования на страховые случаи, а не на принципах их профилактики, что является одной из серьезных проблем. Анализ системы управления охраной труда на предприятиях свидетельствует о необходимости активного применения наряду с правовыми, административными, организационными подходами научно-исследовательских, социальных, экономических рычагов управления охраной труда, обеспечивающих улучшение условий труда и снижение профессионального риска.

Надо признать, что сегодня влияния неблагоприятных производственных факторов на здоровье работников на производстве практически не изучаются, фиксируются лишь последствия, приведшие к несчастным случаям, а не причины их возникновения. Основное внимание уделяется не предупреждению случаев повреждений здоровья работников, а компенсационным мероприятиям при наступлении несчастных случаев.

Приоритетность компенсационных мер по возмещению вреда пострадавшим на производстве в ущерб превентивным мерам является причиной ситуации, когда обеспечение профилактических и защитных мероприятий по охране труда производится по остаточному принципу.

На предприятиях Астаны за прошедший год произошло 157 несчастных случаев. Основная причина – неосторожность сотрудников, 30 человек погибли.

Из общего числа пострадавших женщин составило 16,6%. При этом 8 человек пострадало при групповых несчастных случаях. Главной причиной несчастных случаев являлась грубая неосторожность пострадавшего. По этой причине пострадало 76 человек, из них 9 погибло.

К примеру, в результате несчастного случая 71 человек получил закрытые переломы, 17 человек – открытые переломы, другие переломы (с вывихом, со смещением) – 10 человек. Поверхностные травмы, ушибы, травмы от поверхностного инородного тела (без больших открытых ран), укусы насекомых (неядовитые) получили 29 человек. Травмы от сотрясения и травмы внутренних органов зафиксированы у 26 человек, ожоги – 7 человек. Наибольшее число пострадавших - квалифицированные рабочие в возрасте от 18 до 29 лет, работавшие в первую смену.

Неудовлетворительное состояние здоровья работающего населения негативно отражается на экономике страны. Наряду с экономическими потерями из-за неудовлетворительных условий труда, производственного травматизма и профессиональных заболеваний республика несет большие социальные издержки.

По данным Агентства Республики Казахстан по статистике материальные последствия несчастных случаев, включая выплату по листу нетрудоспособности, доплаты до прежнего заработка или при переводе на другую работу и единовременные пособия, в 2014 г. составили 1,2 млрд тенге. На льготы и компенсации за работу во вредных условиях труда в 2014г. было затрачено более 52 млрд тенге, что на 28,8% больше, чем в 2000г. (более 40 млрд тенге), или 0,02% ВВП (21 514 млрд тенге).

Правила безопасности и охрана труда при топографической съемке местности

До начала полевых работ в экспедициях и полевых партиях должны быть проведены организационно-технические мероприятия, направленные на создание безопасных и здоровых условий труда при выполнении полевых работ. В период составления проектов должны учитываться следующие организационные вопросы, связанные с охраной труда: вид транспорта и порядок передвижения по участку работ; водные переправы и переходы через сложные горные перевалы и труднодоступные участки; сроки проведения работ по участкам; размещение баз партий, подбаз и лабазов, организация радиосвязи и порядок обеспечения бригад продуктами; необходимость и порядок организации перегона транспорта и доставка людей к месту работы; наиболее приемлемые технологические схемы работ.

Проект организации полевых работ экспедиции должен состоять из проектов организации работ партий, рабочих и технических проектов производства полевых работ и подробной объяснительной записки о выполнении мероприятий по охране труда в период подготовки к полевым топографо-геодезическим работам.

Перед началом работы геодезист должен надеть специальную одежду и специальную обувь с учетом погодных условий, а также сигнальный жилет и защитную каску; при необходимости, нужно проверить наличие и подготовить к использованию средства индивидуальной защиты от воздействия опасных и вредных производственных факторов.

Спецодежда должна быть соответствующего размера, чистой и не стеснять движений.

Прежде чем приступать к работе, необходимо внимательно осмотреть место предстоящей работы, привести его в порядок, убрать все посторонние предметы и подготовить ограждения и дорожно-сигнальные переносные знаки для их установки в местах возможного прохода людей и проезда автотранспорта.

1. В солнечные дни обязательно работать с покрытой головой. При работе в поле на солнце без головного убора воздействие инфракрасных солнечных лучей может вызвать солнечный или тепловой удар.

2. Не разрешается ложиться или садиться на сырую землю и траву – это может вызвать сильную простуду и тяжелые заболевания.

4. В сухое время года использовать легкую обувь, полуботинки, тапочки.

5. При работе вдоль дороги запрещается размещать инструменты и работающих на проезжей части.

6. Запрещается топтать и портить посевы, зеленые насаждения, ходить по газонам, портить заборы и т.п., оставлять забитые колышки.

7. Основное время рабочего дня геодезист и топографист находятся на ногах, поэтому обувь необходимо подбирать по ноге, соблюдать гигиену.

10. Необходимо выполнять установленный распорядок. В часы прохождения практики не разрешается самовольно отлучаться из бригады, не поставив в известность руководителя практики или бригадира.

11. При интенсивном движении городского транспорта расстояние следует определять аналитически с расположением базиса на тротуаре или в другом безопасном месте.

12. На действующей автомобильной дороге промер линий следует вести по бровке.

14. При работе на городских улицах запрещается носить рейки, вешки на плечах.

15. Необходимо осторожно обращаться со стальной мерной лентой при разматывании ее.

16. В случае укуса змеи или ядовитых насекомых нужно немедленно и крепко перевязать пораженную часть тела выше укуса на 10-15 см.

Сообщить руководителю и немедленно обратиться к врачу.

17. О каждом несчастном случае, в результате которого пострадавший оставляет место работы, руководитель практики немедленно должен быть уведомлен.

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

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

Развитие геодезической техники привело к появлению технологии 3D лазерного сканирования. На сегодняшний день это один из самых современных и производительных методов измерений.

Наземное лазерное сканирование — бесконтактная технология измерения 3D поверхностей с использованием специальных приборов, лазерных сканеров. По отношению к традиционным оптическим и спутниковым геодезическим методам характеризуется высокой детальностью, скоростью и точностью измерений. 3D лазерное сканирование применяется в архитектуре, промышленности, строительстве дорожной инфраструктуры, геодезии и маркшейдерии, археологии.

Классификация и принцип действия 3D лазерных сканеров

3D лазерный сканер – прибор, который, производя до миллиона измерений в секунду, представляет объекты в виде набора точек с пространственными координатами. Полученный массив данных, называемый облаком точек, может быть впоследствии представлен в трехмерном и двухмерном виде, а также использован для измерений, расчетов, анализа и моделирования.

По принципу действия лазерные сканеры разделяют на импульсные (TOF), фазовые и триангуляционные. Импульсные сканеры рассчитывают расстояние как функцию времени прохождения лазерного луча до измеряемого объекта и обратно. Фазовые оперируют со сдвигом фаз лазерного излучения, в триангуляционных 3D сканерах приемник и излучатель разнесены на определенное расстояние, которое используется для решения треугольника излучатель-объект-приемник.

Основные параметры лазерного сканера – дальность, точность, скорость, угол обзора.

По дальности действия и точности измерений 3D сканеры разделяются на:

• высокоточные (погрешность меньше миллиметра, дальность от дециметра до 2-3 метров),
• среднего радиуса действия (погрешность до нескольких миллиметров, дальность до 100 м),
• дальнего радиуса действия (дальность сотни метров, погрешность от миллиметров до первых сантиметров),
• маркшейдерские (погрешность доходит до дециметров, дальность более километра).

Последние три класса по способности решать различные типы задач можно отнести к разряду геодезических 3D-сканеров. Именно геодезические сканеры используются для выполнения работ по лазерному сканированию в архитектуре и промышленности.

Скорость действия лазерных сканеров определяется типом измерений. Как правило, наиболее скоростные фазовые, на определенных режимах скорость которых достигает 1 млн измерений в секунду и более, импульсные несколько медленнее, такие приборы оперируют со скоростями в сотни тысяч точек в секунду.

Угол обзора – ещё один немаловажный параметр, определяющий количество данных, собираемых с одной точки стояния, удобство и конечную скорость работы. В настоящее время все геодезические лазерные сканеры имеют горизонтальный угол обзора в 360°, вертикальные углы варьируются от 40-60° до 300°.

Характеристики лазерного сканирования

Хотя первые сканирующие системы появились относительно недавно, технология лазерного сканирования показала свою высокую эффективность и активно вытесняет менее производительные методы измерений.

Преимущества наземного лазерного сканирования:

• высокая детализация и точность данных;
• непревзойденная скорость съемки (от 50 000 до 1 000 000 измерений в секунду);
• безотражательная технология измерений, незаменимая при выполнении работ по лазерному сканированию труднодоступных объектов, а также объектов, где нахождение человека нежелательно (невозможно);
• высокая степень автоматизации, практически исключающая влияние субъективных факторов на результат лазерного сканирования;
• совместимость полученных данных с форматами программ по 2D и 3D проектированию ведущих мировых производителей (Autodesk , Bentley , AVEVA , Intergraph и др.);
• изначальная «трехмерность» получаемых данных;
• низкая доля полевого этапа в общих трудозатратах.

Применение 3D лазерного сканирования выгодно по нескольким причинам:

• проектирование с использованием трехмерных данных геодезических изысканий не только упрощает сам процесс проектирования, но главным образом повышает качество проекта, что минимизирует последующие расходы на этапе строительства,
• все измерения проводятся крайне быстрым и точным методом, исключающим человеческий фактор, степень достоверности информации повышается в разы, уменьшается вероятность ошибки,
• все измерения проводятся безотражательным способом, дистанционно, что увеличивает безопасность работы; например, нет необходимости перекрывать автостраду для съемки поперечных сечений, возводить строительные леса для измерения фасада,
• технология лазерного сканирования интегрируется с большинством САПР (Autodesk AutoCAD , Revit , Bentley Microstation), а также с «тяжелыми» средствами проектирования, такими как AVEVA PDMS , E3D , Intergraph SmartPlant , Smart3D, PDS.
• результат изысканий получается в различных видах, от выходного формата зависит цена лазерного сканирования и сроки работ:
  • трехмерное облако точек (определенные САПР работают уже с этими данными),
  • трехмерная модель (геометрическая, интеллектуальная),
  • стандартные двумерные чертежи,
  • трехмерная поверхность (TIN, NURBS).

Процесс лазерного сканирования состоит из трех основных этапов:

• рекогносцировка на местности,
• полевые работы,
• камеральные работы, обработка данных

Применение лазерного сканирования

Работы по лазерному сканированию в России на коммерческой основе выполняются с десяток лет. Несмотря на то, что технология достаточно универсальна, за это время определился круг основных применений.

Наземное лазерное сканирование в геодезии, маркшейдерии применяется для съемки топографических планов крупного масштаба, съемки ЦМР. Наибольшая эффективность достигается при лазерном сканировании карьеров, открытых выработок, шахт, штолен, тоннелей. Скорость метода позволяет оперативно получать данные о ходе земляных работ, рассчитывать объемы вынутой породы, осуществлять геодезический контроль хода строительства, следить за устойчивостью бортов карьера, мониторить оползневые процессы. Подробнее см. в статье

Лазерное сканирование – это метод высокоточного картографирования местности или её оцифровывание. Однако, в отличие от технологий позволяющих вести последовательную съемку отдельных точек, сканирование позволяет быстро получать детальные измерительные данные обо всем объекте в целом. Как будто камера делает панорамную фотографию на 360 градусов, но при этом получает точные трехмерные координаты каждого пикселя.

Где применяются наземные лазерные сканеры?

Получение качественной исполнительной съемки или измерительной информации о текущем состоянии объекта, это очень важно для строительства и реконструкции, такая съемка снижает риски и стоимость работ.

Топографическая съемка, получаемая посредством лазерного сканера, настолько полная и детальная, что вы всегда можете обращаясь к массиву данных словно бы вернуться в поле, найти необходимы данные или дополнить проект. Также все работы производятся значительно быстрее.

Быстрый подсчет объёмов складов, жидкостей или сыпучих материалов с получением более точного результата, даже при измерении геометрически более сложных объектов. Это востребовано там, где невозможно сделать измерения тахеометром или GNSS приемником. Данную задачу приходится решать в различных сферах:

• химические предприятия (производство удобрений);
• добыча полезных ископаемых (уголь, руда, песок, щебень);
• агропромышленные предприятия (учет сельскохозяйственной продукции);
• производство стройматериалов (цемент);
• нефтепереработка и хранение.

Съемка дорог на расстоянии. Выполнить съемку оживленного шоссе или развязки очень затруднительно, т.к. постоянный трафик не позволит быстро пройтись по дороге с RTK ровером. Используя лазерный сканер, мы можем произвести съемку, находясь на безопасном расстоянии.

Криминалистика – вы можете в любой момент открыть цифровую модель места происшествия на своем компьютере, чтобы произвести дополнительные измерения и анализ, возможно, это позволит заметить некоторые детали, которые ускользнули от взора при первичном осмотре места преступления.

Так как данные, полученные посредством лазерного сканера – это измерительная информация, вы можете использовать их в программах для различного рода задач. Например, по виртуальным данным можно анализировать реальное расположение конструкций относительно проектного.

Как работает лазерный сканер?

Весь процесс выполнения любого вида работ лазерным сканером можно разбить на две составляющих:

• первая – это полевой этап, на котором сканер производит физическую съемку объектов;
• вторая – это камеральная обработка, где полевые данные преобразуются в те результаты, которые и используются в дальнейшей работе.

Ставим сканер в оптимальное для съемки выбранного объекта положение, нажимаем кнопку и просто ждем, пока прибор сделает свою работу. На полевом этапе, если необходимо, можно получить панорамные снимки и сделать исходные данные еще более реалистичными. Перед началом работы нужно правильно выбрать место установки инструмента, это позволит сократить количество станций и сэкономить время.

Как получить 3D модель всего объекта?

Для этого необходимо выполнить сканирование с нескольких точек, что позволит получить облака точек одного и того же объекта с разных ракурсов, которые потом сшиваем и привязываем к системе координат. Сканы могут быть точно привязаны к нужной системе координат, как при стандартной топографической съемке.

Программное обеспечение для обработки позволяет создавать бесконечное количество конечных проектов и выделять только ту информацию, которая необходима: двухмерные планы и высотные отметки, понятные и удобные панорамные изображения с возможностью получение измерений для каждого пикселя, сечения и профили, объем, направление выстрелов для анализа траектории полета пули и создания картин преступлений.

Кроме того технология сканирования позволяет получить дополнительные результаты, например, детальные топографические планы, триангуляционные поверхности, полностью текстурированные модели, обзорные видео, интеллектуальные 3D модели промышленных объектов, а также BIM (информационные модели зданий).

Обучение работе на лазерном сканере

Наши специалисты обучат вас работать со сканером и программным обеспечением для получения нужного результата. Они эксперты во всех профильных вопросах, начиная от решения самых простых задач, и заканчивая наиболее сложными. Иными словами мы поможем вам реализовать все возможности технологии лазерного сканирования, независимо от того, где и как вы собираетесь её применять:

• проектирование;
• строительство;
• управление производством;
• эксплуатация и обслуживание зданий и сооружений;
• криминалистика;
• моделирование;
• в образовательной сфере;
• съёмка промышленных объектов;
• создание информационных моделей зданий;
• в археологии и сохранении памятников.

ООО «А-ГЕО» - ваш главный партнёр по профессиональному внедрению и использованию технологий лазерного сканирования.