Виды лазерного сканирования

Лазерное сканирование

Геодезическое лазерное сканирование — один из современных, высокоэффективных методов обследования. Он основан на использовании свойств лазера. Технология дает высокую точность результатов, позволяет проводить изыскания в сложных условиях, при которых затруднено использование других методов. Рассмотрим основы лазерного сканирования, виды, плюсы и минусы этой технологии.

Суть технологии

Технология лазерного сканирования обеспечивает измерение расстояния между сканером и обследуемым объектом. В результате проводимых высокоскоростных измерений формируется облако точек с фиксацией пространственных координат, на основе которого строится трехмерная модель объекта. Такая модель может включать до нескольких миллионов точек, построенных с погрешностью до миллиметра. Это обеспечивают высокую степень точности измерений.

Принцип лазерного сканирования построен на измерении времени прохождения луча, генерируемый излучателем и направляемый на поверхность объекта, от которой отражается и возвращается на приемник сканера. На основании значения времени прибором вычисляется расстояние между сканером и поверхностью отражения. В результате рассчитываются пространственные координаты точки. Прибор одновременно работает с целым пучком лучей. Это обеспечивает высокую производительность, позволяя сразу получать значительный объем информации.

По сравнению с традиционным способом выполнения съемки при помощи тахеометра, эта технология обеспечивает бесконтактную работу, позволяет ее автоматизировать, обеспечивает высокую точность. Кроме этого, сканеры удобным в работе. Позиционирование измерительной головки в вертикальной и горизонтальной плоскости выполняется сервоприводом. Оператору не требуется управлять дальномером, записывать координат, искать объект в окуляре, периодически переставлять прибор. Техника позволяет проводить измерения из одной точки без снижения точности.

Типы лазерного сканирования: где используются и чем отличаются

В геодезии используются следующие виды лазерного 3D-сканирования:

  • наземное;
  • воздушное;
  • мобильное.

Рассмотрим каждый вид технологии подробнее.

Наземное лазерное 3D-сканирование

Метод наземного лазерного сканирования (НЛС) применяется для проведения топографической съемки сравнительно небольших объектов, отдельных зданий, высокоточных замеров, получения трехмерных моделей помещений, инженерных сооружений.

При проведении съемки оператор устанавливает 3Д сканер для обмеров помещения или территории на неподвижный штатив. Место установки штатива определяется так, чтобы добиться максимально полного охвата объекта, минимизировать количество теневых зон. Производительность метода в значительной мере зависит от того, насколько объект насыщен разными деталями и элементами. При малой насыщенности в течение рабочей смены один сканер может обрабатывать территорию до 10-20 Га. При значительной насыщенности за день может обрабатываться до 1 Га площади. Объем работ при НЛС, как правило, определяется количеством полученных сканов, а не измеренной площадью.

Обычно объект сканируется одновременно с нескольких станций. Один сканер может в течение рабочей смены выполнять до нескольких сотен станций на объекте. На каждой станции выполняется до десятков миллионов измерений, точность которых составляет 1-5 мм. В результате получают облако точек, включающее миллиарды измерений объекта, выполненных в заданной системе координат. На основе облака точек путем обработки данных специальным ПО получают точную трехмерную модель объекта.

НЛС — самый быстрый метод получения полных и точных данных о геометрических параметрах обследуемого объекта. Эта методика лазерного сканирования применяется для съемки мостовых сооружений, эстакад, путепроводов, инженерных коммуникаций зданий. НЛС используют при обследовании линейных объектов, энергетических сооружений. С помощью этого метода выполняют топографическую съемку сравнительно небольших земельных участков, строят модели рельефа.

Плюсы этого типа лазерного сканирования:

  • Получение облака точек, которое включает огромное количество измерений, выполненных в единой координатной системе. Результат обработки — 3D цифровые модели, чертежи, сечения.
  • Высокая производительность, быстрый сбор исходных данных.
  • Высокая степень детализации итогового материала.
  • Степень точности регистрации сканов в облаке точек в среднем около 10 мм.
  • Поступление данных сразу в цифровом формате.

Технология предусматривает дистанционное проведение съемки. Это позволяет работать, в том числе, в труднодоступных местах, а также обеспечивает безопасные условия работы операторов при ведении съемки.

Воздушное лазерное 3D-сканирование

Метод воздушного лазерного сканирования (ВЛС) стал развитием классической технологии аэрофотосъемки. В этом случае сканер устанавливается на борт воздушного судна — самолета или вертолета. Кроме этого, сейчас в геодезии активно применяются БПЛА. Лазерное сканирование дроном позволило значительно повысить доступность метода ВЛС, расширить сферу его применения.

Выполнение съемки с воздуха позволяет за одну смену охватить территории значительной площади, достигающей десятков тысяч гектаров. При этом по сравнению с наземным и мобильным способом нет ограничений по расположению сенсора — с воздушного судна обозревается вся местность. «Слепые» зоны возникают только под крышами, навесами, густыми кронами деревьев, другими объектами, закрывающими поверхность земли с высоты.

Технология позволяет получать полную и точную информацию о пространственно-геометрических параметрах рельефа, гидрографии, растительности, о расположении наземных объектов, которые находятся в зоне съемки. Стоимость лазерного сканирования, проводимого воздушным методом при больших объемах намного ниже по сравнению с традиционной топографической съемкой, выполняемой при помощи тахеометров.

Технология широко применяется для обследования крупных объектов и территорий. В том числе с воздуха проводится лазерное сканирование дорог, ЛЭП, трубопроводов других линейных объектов. Метод применяется для обследования площадных объектов, лесного и водного хозяйства, построения цифровых моделей территорий. Технологию используют для создания топографических планов, масштаб которых достигает 1:1000 и больше. ВЛС используют в градостроительстве для моделирования и отслеживания развития городской среды.

Основные плюсы ВЛС:

  • Возможность получения данных объектов и элементов, недоступных для ведения съемки с земли.
  • Повышенная детальность материалов благодаря минимальному количеству «слепых зон».
  • Возможность ведения съемки в труднодоступных районах, например в пустынных, лесных, отдаленных территориях.
  • Поступление данных сразу в цифровом формате.
  • Получение облака точек, состоящего из огромного массива измерений в единой координатной системе.

Метод ВЛС после постобработки результатов позволяет получать как цифровые модели местности, так и топографические планы территории.

Мобильное лазерное 3D-сканирование

Мобильное лазерное сканирование (МЛС) выполняется с помощью сканеров, которые крепятся на транспортном средстве — автомобиле или поезде. Транспорт передвигается по заданному маршруту, по которому проводится съемка. Приборы жестко крепятся к платформе и оснащаются компенсаторами вибраций и наклонов. Благодаря этому передвижение на скорости не ухудшает качества съемки.

Современные системы лазерного сканирования позволяют работать в любое время суток. Скорость движения транспорта, на котором установлен съемочный комплекс, должна составлять до 70 км/ч. Метод позволяет получать пространственно-геометрические данные всех объектов, расположенных по маршруту. При работе с автомобиля для получения полной информации о дорожной инфраструктуре улицы и близлежащих территориях достаточно проехать по ней 2-3 раза. При установке сканирующей системы на поезде за сутки можно выполнить съемку области примерно в 1200 погонных километров. При этом ширина сканируемой полосы составляет несколько десятков метров.

Области применения лазерного сканирования BIM, проводимого мобильным методом, включают обследования дорог, объектов электроэнергетики, трубопроводов. МЛС применяют для территориального планирования, градостроительства, проектирования ландшафта или линейных объектов. Кроме этого, метод широко применяется для мониторинга ЧС и экологического мониторинга.

Основные плюсы мобильного метода проведения изысканий:

  • Равномерное покрытие облаком точек всех объектов, которые попадают в поле зрения сканирующей системы.
  • Возможность ведения работ, независимо от времени суток.
  • Возможность ведения съемки при высокой скорости движения блока лазерного сканирования — до 70 км/ч.
  • Значительное уменьшение трудозатрат и экономия времени при съемке городских территорий, объектов большой протяженности.

При обследовании территорий и объектов мобильным методом результаты лазерного сканирования можно получить уже через несколько часов после проведения съемки, что превосходит скорость обработки при большинстве альтернативных методов.

Виды и особенности применения лазерных сканеров

Сканеры для лазерного сканирования — приборы, с помощью которых выполняется съемка. По радиусу действия сканеры бывают таких видов:

  • Среднего радиуса действия. Выполняют обследование на расстояние до 100 метров. Величина допустимой погрешности составляет до нескольких миллиметров.
  • Дальнего действия. Рабочая дальность прибора составляет до нескольких сотен метров. Величина допустимой погрешности — от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.
  • Маркшейдерские сканеры. Способны выполнять измерения на расстоянии более 1 километра. При этом погрешность может составлять до 10 сантиметров.

Нужный вид лазерного сканера подбирают с учетом необходимой дальности, точности измерений. Кроме этого, учитывается угол обзора, скорость проведения измерений.

Преимущества технологии

Технология сканирования при помощи лазера — современный метод, который широко применяется в геодезии, топографии. Также его используют для точных замеров разных объектов — от промышленных и высотных зданий до частных домов или квартир.

К основным плюсам относят такие характеристики лазерного сканирования:

  • Высокая степень точности. Сканеры работают с минимальной погрешностью, что позволяет собирать наиболее точные пространственно-геометрические параметры.
  • Высокий уровень детализации. Получаемое облако может содержать миллионы и миллиарды точек с точными координатами. Это позволяет отображать даже наиболее мелкие детали.
  • Моментальная визуализация данных. Заказчик получает результаты съемки сразу в трехмерном формате. Экономится время на дополнительную обработку данных, снижаются затраты.
  • Высокий уровень безопасности. Обследование ведется дистанционно. Благодаря этому технология позволяет проводить съемку на опасных и труднодоступных объектах.
  • Эффективная автоматизация съемки. Для проведения измерений достаточно правильно настроить оборудование и включить сканер.

Эти преимущества лазерного сканирования делают его одним их самых эффективных, удобных и экономичных методов, применяемых в геодезии, топографии, обследованиях строительных объектов.

Недостатки технологии

К недостаткам лазерного сканирования относится чувствительность приборов к температурному режиму. Многие сканеры плохо работают при отрицательной температуре, что ограничивает возможность использования технологии зимой. Часть современных моделей сканеров рассчитана на эксплуатацию при температуре до -20 °C. Однако такие морозостойкие сканеры дороже обычных, поэтому такие приборы есть в распоряжении далеко не всех исполнителей.

Кроме этого, при использовании систем лазерного сканирования могут возникать проблемы со съемкой сложных архитектурных объектов. Причина затруднений состоит не в самом методе, а программном обеспечении для компьютерного моделирования. В большинстве таких программ предусмотрено отображение зданий простыми формами. Поэтому данные, полученные в ходе лазерного сканирования, часто приходится переносить вручную, что осложняет работу. Проблема решается использованием специального ПО.

Как организовать лазерное сканирование зданий и территорий

Для проведения высокоточной съемки с соблюдением требований нормативно-технической документации обращайтесь в ООО «Мерокас». Мы организуем выполнение измерений под ключ. Для изысканий используем высокоточное оборудование, которое проходит ежегодную поверку. Работы выполняют инженеры высокой квалификации. Геодезист выезжает на объект уже на следующий день после получения заявки. Используем специальные программы для обработки результатов лазерного сканирования, что гарантирует получение точной и максимально полной трехмерной модели.

Вам может быть интересно