Воздушное лазерное сканирование компании. Технология наземного лазерного сканирования

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

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.

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.

Чем различаются 3D-съёмки: НЛС, МЛС, ВЛС?

Между технологиями лазерного сканирования большое различие в методике 3D-съёмки, в используемых приборах, в методах регистрации и обработки массивов измерений. Соответственно, различен и достигаемый результат измерений. И в первую очередь - по точности.

Условно, по реальной точности разных методов измерений (не точности самих приборов) и по производительности работ, типы съёмки можно охарактеризовать так:

Отмечу, что применительно ко всем типам лазерных съёмок: повышение точности и детальности ведут к существенному увеличению как технических мероприятий, так и трудовых затрат, а значит - к удорожанию работ. Поэтому, в технических заданиях следует тщательнее соизмерять реальные потребности с бюджетом конкретного проекта. То есть тезис «Снять нужно абсолютно всё и как можно точнее» - это всегда окажется дорого. А вот конкретика: «Интересуют несущие строительные конструкции с точностью 4 см.» - смета сразу окажется в 2-3 раза меньше.

Современная 3D-технология "воздушное лазерное сканирование" (ВЛС) – это качественное развитие традиционных аэрофотосъёмочных технологий. Сканирование проводится с борта летящего самолета или вертолета и позволяет за один полётный день выполнить съёмку тысяч гектар поверхности земли. Получаемые трёхмерные данные содержат полную пространственно-геометрическую информацию о рельефе местности, растительном покрове, гидрографии и расположении всех наземных объектов в полосе съёмки. При больших объёмах, стоимость работ ВЛС существенно дешевле, чем привычная топографическая съёмка тахеометрами.

Сегодня ВЛС активно используется при:

создании топографических планов различных масштабов вплоть до 1:1000;

построении цифровых моделей местности;

исследовании линейных и площадных объектов;

управлении водным и лесным хозяйством;

изучении природных и техногенных процессов;

инвентаризации земельно-имущественного комплекса;

градостроительстве, моделировании процессов развития города;

инспекции линий электропередач;

строительстве и реконструкции автомобильных и железных дорог.

Основу технологии ВЛС составляет система LIDAR . Название - транслитерация английского "Light Identification, Detection and Ranging" , означат получение и обработку информации об удалённых объектах с помощью лазерной сканирующей системы.

Основные характеристики системы:

Система LIDAR позволяет с воздушного судна измерять расстояния до всех видимых объектов на поверхности земли.

За одну секунду выполняется порядка 300 тысяч измерений (точек) на поверхности объектов.

Съёмка территории ведётся полосами с углом обзора порядка 60 градусов.

Результат лазерного сканирования: массив измерений (облако точек), представленный в единой системе координат. После постобработки - топопланы масштаба от 1:1000, трёхмерные цифровые модели местности.

Точность данных, полученных системой LIDAR, зависит от используемого оборудования, GPS-обстановки и условий полёта.

Преимущества технологии ВЛС:

Съёмка с высоты полёта позволяет получить недоступные с земли элементы объектов.

Из-за минимума горизонтальных «слепых зон» - высокая детальность материалов.

Возможность получения истинного рельефа таких труднодоступных и чересчур обременительных для съемки традиционными методами мест как: тундра, пустыня, заснеженная территория.

Быстрое получение результата сканирования: массив измерений (облако точек), представленный в единой системе координат. После постобработки – топографические планы масштаба от 1:1000 и трёхмерные цифровые модели местности.

Мобильное лазерное сканирование

Допустим, необходимо выполнить не привычную планово-высотную съёмку, а полноценную трёхмерную съёмку, например, городского района. ВЛС быстро и качественно позволяет снимать наклонно-горизонтальные поверхности площадных объектов. При этом, фронтальные поверхности объектов снимутся значительно хуже. Конечно же можно дополнить съёмку, применив технологии НЛС. Но у этих технологий существенная разница в производительности. Решение простое: система LIDAR немного трансформируется и устанавливается на автомобиль. При этом, либо увеличивается число сканирующих лазерных сенсоров, либо используется один широкоугольный. Как и в ВЛС, сканирование осуществляется в постоянном движении и реальном времени. Это и есть мобильное лазерное сканирование (МЛС). Система может быть установлена на любое передвижное средство, например, поезд.

Методика МЛС позволяет проводить съемку всех объектов по курсу движения транспортного средства. Здания, сооружения, дорожное полотно, уличная инфраструктура, ЛЭП, мосты, туннели и т.д. Принципы и точность съёмки схожы с ВЛС.

Работы могут производиться в любое время суток не мешая транспортному потоку. Средняя скорость движения съемочного комплекса – до 70 км/час. Так, поезд, оборудованный подобной системой, способен в течение суток отснять около 1200 погонных километров путей (в одном направлении) с шириной полосы сканирования в десятки метров. Автомобилю достаточно 2-3 раза проехать по улице, что бы получить не только дорожную инфраструктуру улицы, но и прилегающие к ней территории.

МЛС используется в следующих сферах:

дорожное хозяйство;

электроэнергетика;

градостроительство

территориальное планирование;

жилищно-коммунальное хозяйство;

трубопроводное строительство;

экологический мониторинг;

мониторинг чрезвычайных ситуаций.

Преимущества технологии МЛС:

Мобильная сканирующая система равномерно покрывает измерениями (облаком точек) всё, что попадает в поле зрения.

Работы могут производиться в любое время суток, при этом, не мешая транспортному потоку.

Средняя скорость движения съемочного комплекса довольно велика и составляет 60-70 км/час.

Применение МЛС позволяет экономить время и трудозатраты при съемке протяженных объектов и городских кварталов.

Технология позволяет производить первые измерения по облаку точек уже спустя несколько часов после съемки.

ВЛС и МЛС хороши для топосъёмки больших территорий. На объектах, где их применение нецелесообразно (из-за низкой точности, внутри зданий и сооружений, в местах с повышенной детализацией), успешно применяется технология наземного лазерного сканирования (НЛС). Методы НЛС позволяют выполнять съёмку не только снаружи, но и внутри сложных инженерных сооружений.

НЛС на сегодняшний день, - самый оперативный способ получения точной и полной информации об геометрических параметрах объекта. Наземное сканирование применяется при съёмке зданий, мостов, путепроводов, эстакад, надземных коммуникаций, цехов заводов, энергетических объектов, линейных объектов, для построения модели рельефа и топографической съёмки локальных участков земли.

Сканирование производится с точки установки штатива (станции), обзор составляет 360*320 градусов. Как правило, сканирование объекта выполняется с нескольких станций. Используя методы классической геодезии, данные ЛС приводятся к единой системе координат. В зависимости от условий, одним сканером за один день на объекте можно выполнить порядка сотни станций. На каждой станции в автоматическом режиме выполняются десятки миллионов измерений объекта с точностью 1-5 мм. Миллиметровая плотность покрытия измерениями (точками) позволяет детализировать в итоговой съёмке (облаке точек) даже самые малые элементы объекта.

Результат съёмки: облако точек, состоящее из миллиардов точных измерений исследуемого объекта в заданной системе координат. Никакими иными методами подобного результата невозможно достичь за соизмеримые сроки исполнения. Облако точек – это реальная трёхмерная модель объекта съёмки. Облако точек можно использовать для производства любых линейных и угловых измерений, выполняя их на обычном компьютере. Векторизацией облака точек можно получить 3D-модель объекта в привычной среде проектирования, например - в AutoCAD или AVEVA.

Технология НЛС применима в следующих областях:

энергетика;

нефтегазовая отрасль;

промышленное производство;

добыча полезных ископаемых;

промышленное и гражданское строительство;

инженерные коммуникации;

железные и автомобильные дороги;

архитектура, археология, сохранение памятников и исторических объектов.

НЛС незаменимо при проектировании и реконструкции объектов, поскольку является источником достоверной информации об объекте и окружающей его обстановке.

Преимущества технологии НЛС:

Результат лазерного сканирования: огромный массив измерений (облако точек), представленный в единой системе координат. После постобработки – трёхмерные цифровые модели, сечения и чертежи в масштабах от 1:1.

Высочайшая детальность получаемых материалов.

Высокая скорость сбора данных.

Все данные поступают сразу в цифровом виде.

Точность регистрации сканов в общем облаке точек порядка 10 мм.

Съемка происходит дистанционно, что исключает риск травмирования персонала в опасных зонах на производстве.

Сегодня большинство программ для проектирования имеют возможность загружать и использовать облака точек для моделирования и отслеживания коллизий в процессе строительства. По облаку точек, полученному в итоге лазерной съёмки, можно выполнить моделирование элементов объекта с представлением результатов в любую среду автоматизированного проектирования: Autodesk, AVEVA, Bentley, ESRI, Intergraph и другие.

Примеры правильного выбора типа лазерной съёмки

Можно ли по данным МЛС получить фасадные чертежи? Можно, однако, точность и плотность не соответствуют требованиям для фасадной съёмки. К тому же, привлекаемое оборудование и ресурсы будут в 7 раз дороже ресурсов НЛС. Необходимо использовать технологию НЛС.

Можно ли с помощью технологии НЛС получить план масштаба 1:2000 будущего водохранилища Богучанской ГЭС? Можно, но это будет неэффективно. Самолёт с оборудованием ВЛС на борту отсканирует быстрее при существенном удешевлении стоимости работ за счёт низких трудозатрат.

Какую применить технологию для получения плана масштаба 1:500 ровного земельного участка 50Га под будущее строительство? Для этих работ любое ЛС будет малоэффективным по трудозатратам. Такие объекты выполняются обычными топографами, используя методы классической геодезии.

Можно ли при восстановлении исполнительной документации оборудования цеха газового предприятия обойтись простой геодезией и не использовать дорогие лазерные сканеры? Можно, но такая работа по трудозатратам будет в тысячи раз ёмче и сопряжена со множеством человеческих ошибок. В итоге получится существенное удорожание работ.

А есть ли такие проекты, в которых возможно совместное использование всех трёх технологий ЛС? Да, возможно любое сочетание, поскольку, работа выполняется в едином координатном пространстве. Например, используя технологию ВЛС, с самолета отсканировали территорию города Пенза, затем, двигаясь по улицам, с помощью технологии МЛС с автомашины сканировали фасады зданий и объекты инфраструктуры, затем, посредством технологии НЛС, со штатива сканировали внутренние помещения домов и сооружений. Посредством геодезических методов, все три массива измерений приводятся к единой СК и обобщённый массив станет детальной трехмерной моделью города на дату производства измерительных работ (съёмки).

Области применения сканирующих систем:

Благодаря своим потрясающим производственным характеристикам, системы наземного сканирования сегодня получает все большее распространение в производстве самых различных работ, среди которых можно упомянуть:

Геометрический контроль строительства;
Планирование и моделирование городских объектов;
Архитектура и наблюдения за фасадами;
Исполнительные съемки сооружений;
Мониторинг сооружений;
Создание топографических карт;
Создание цифровых моделей карьеров и выработок;
Определение объемов работ;
Проходка и обслуживание тоннелей;
Археология и наблюдение за культурными ценностями и т. д.;
Создание цифровых моделей объектов со сложными коммуникациями;
Выполнение измерений в местах с ограниченным доступом.

Выбрать и купить сканирующую систему в Москве вы можете в магазине или на сайте РУСГЕОКОМ. Мы также осуществляем