Технология наземного лазерного сканирования

Триангуляционные сети
На первый взгляд, наземное лазерное сканирование составом полевых работ больше всего похоже на традиционную фототеодолитную съемку.

Но полная автоматизация измерений, компьютеризация работ на каждом этапе, делает этот метод намного более эффективным и производительным.
Наземное лазерное сканирование обладает такими преимуществами, как возможность оперативного контроля любых полевых измерений, уменьшение материальных и временных затрат на обработку полученных результатов, получение более точной трехмерной (3D) модели объекта на основе тщательно измеренных величин.

Конечный результат сканирования зависит только от поставленных задач — это может быть как облако точек, т.е. пространственный растр, так и полноценная трехмерная модель объекта.
Для того, чтобы получить облако точек реальных цветов, необходимо выполнить полный комплекс работ, включающий в себя наземное сканирование и камеральные работы по дешифрированию, фильтрации, векторизации и классификации массива точек лазерных отражений.

Массив обрабатывается согласно требованиям технического задания, в соответствии с масштабом топографического плана. Если совместить трехмерные модели с топографическим планом, можно получить цифровой векторный план в масштабе 1:500 при помощи любого программного обеспечения для подобного представления данных (MapInfo, AutoCAD, Credo, Microstation, и т.п.).

Применение горизонталей с отображением высот
Трехмерные модели, совмещенные с топографическим планом масштаба 1:500, используются для:
- разработки проектов и генеральных планов размещения строительства;
- составления технических проектов горнодобывающих и промышленных предприятий;
- разработки генеральных маркшейдерских планов осваиваемых нефтегазовых месторождений, решения горнотехнических задач и проектирования обустройства месторождений;
- землеустройства и земельного кадастра;
- проектирования и дальнейшего строительства гидроузлов, ГЭС, плотин и т.д.

Цифровая модель рельефа создается на основе данных, полученных в результате наземного лазерного сканирования.
Для получения такой модели необходимо проведение комплекса работ по наземному лазерному сканированию и камеральных работ по разряжению, классификации и регуляризации (если создается регулярная модель) ТЛО, а также необходимо сделать триангуляционные модели рельефа.

Нетекстурированные модели рельефа можно создать как в виде горизонталей, расположенных на определенных высотах, так и в виде триангуляционных сетей, при помощи программного обеспечения, которое поддерживает такое представление данных (Land, AutoCAD, Credo, Microstation и т.п.).
Данная продукция представляет собой полностью трехмерное изображение реального рельефа местности в момент съемочных работ.

Это позволяет применять его при решении таких прикладных задач, как:
- определение геометрических параметров рельефа (размеров, расстояний, высот и т.д.);
- построение сечений и профилей;
- создание горизонталей рельефа;
- осуществление проектно-изыскательских работ;
- исследование состояния местности;
- анализ объемов перемещенного грунта.
Цифровая модель зданий и промышленных объектов также создается на основе результатов наземного лазерного сканирования.

Точки лазерных отражений служат источником ее формирования.
Для получения модели необходима комплексная работа по наземному сканированию, проведение камеральных работ по разряжению и классификации точек лазерных отражений и построению твердотельных моделей объектов.

Модели зданий и промышленных объектов можно представить как совокупность объектов твердотельного моделирования при помощи программного обеспечения, которое поддерживает такое представление данных (Land, AutoCAD, SolidWorks, Microstation и т.п.).
Данная продукция представляет собой полностью трехмерное изображение реального состояния объекта в момент съемочных работ.

Это позволяет применять его при решении таких прикладных задач, как:
- определение геометрических параметров инженерных конструкций и технологических элементов (размеров, расстояний, объемов, высот и т.п.);
- построение сечений, профилей и разрезов;
- создание планов объекта;
- осуществление проектно-изыскательских работ;
- анализ состояния объектов, а также технологического оборудования;
- анализ и прогнозирование последствий ЧС.
Фотопанорама

Панорамные фотосхемы формируются на основе данных панорамной фотосъемки, а также технической и другой документации и могут быть выполнены в различных форматах (jpg, avi, mp3 и др.).
Фотопанорамы дают возможность перемещаться по объекту работ при помощи движения между станциями съемки.

Каждая такая станция представляет собой сферические или цилиндрические закольцованные фотоизображения, содержащие ссылки на модель или топографический план.
Путем объединения нескольких фотопанорам можно создать VR-туры.

Также можно скомбинировать геопривязанные фотосхемы и VR-туры. Так как эти продукты создаются на основе цифровых фотоснимков, имеющих высокое разрешение, полученная в результате визуальная информация отличается точностью и качеством.

К конечной модели можно добавить любую техническую информацию (фотографии, видео, схемы и пр.)
Геопривязанные панорамные фотосхемы представляются в программном обеспечении QuickTime в виде файлов панорамных фотосхем, связанных с файлом формата dwg (такие файлы содержат именно расположение в пространстве панорамных фотосхем), а VR-туры представляются в формате html, который содержит панорамные фотосхемы, а также любую другую сопутствующую информацию.

Такие проекты представляют собой реальное отражение объекта в момент проведения съемочных работ. Это позволяет применять их при решении таких прикладных задач, как:
- анализ состояния объекта на момент съемки;
- интерактивный осмотр объекта (в случае съемки реальных квартир и других объектов недвижимости, с приложением необходимой технической информации, такой как схемы квартир и пр.);
- построение реальной модели картинных галерей, музеев и других объектов массового посещения (существует возможность создания такой интерактивной модели музея, чтобы при наведении курсора на экспонат возникала его реальная модель в сопровождении аудио- или любой другой информации о нем).

Трехмерная модель здания
Работу по предварительному планированию реконструкции объектов значительно упрощают такие современные продукты, как панорамные фотосхемы или VR-туры.

Благодаря им проектировщик или обслуживающий персонал может разглядеть детали объекта, не вставая с места, на экране монитора.
Именно на основе модели удобно решать различные инженерные задачи, например можно собрать информацию о деформации объекта за длительное время, получить обмерные и фасадные чертежи, выявить возможные дефекты конструкции, сравнив с проектной моделью, создать чертежи разрезов в нужном сечении.

Конечно, в каждой ситуации лазерное сканирование может применяться для решения определенных задач.
Новую технологию можно считать не только высокоэффективной, но и во многих случаях просто незаменимой.

Электронным безотражательным тахеометром подобную работу пришлось бы выполнять две — три недели, а может, и месяц. Учитывая, что при помощи лазерного сканирования на выполнение всех полевых работ ушло три с небольшим рабочих дня — это действительно современная технология.

Дальнейшая обработка результатов измерений заняла всего 15 рабочих дней, в результате были получены чертежи коммуникаций и создана пространственная модель объекта.
В целях подтверждения эффективной эксплуатации данного прибора назовем несколько работ, выполненных компанией 3Д Геокосмос с использованием наземного лазерного сканирования.

Первая — выполнена в Волгограде при возведении высотного современного жилого комплекса Волжские паруса. При выполнении работ строительство комплекса уже завершалось, поэтому нужно было осуществить общий контроль строительства и рассчитать отклонение плоскости фасада по отношению к отвесной плоскости.

Обычно строительство зданий контролируется традиционными методами, такими как оптические приборы (теодолиты, нивелиры) или электронная тахеометрия, являющаяся более предпочтительной.
Но эти приборы имеют существенные ограничения при работе именно в безотражательном режиме по углу отражения и дальности.

К тому же методом электронной тахеометрии удается выполнить съемку лишь на высоте не более 60 метров, высота комплекса же составляет чуть более 100 метров. Поэтому только с помощью технологии наземного лазерного сканирования удалось осуществить съемку всего здания, а также получить полную информацию о строящемся объекте в течение всего двух рабочих дней.

Еще одна работа — это наземное лазерное сканирование участка протяженностью 360 метров Новолюберецкого канала (что в районе аллеи Первой Маевки), которая была сделана с целью точного определения количества необходимого облицовочного материала. Все работы были выполнены в течение всего 3 дней.

Полученное в результате трехмерное облако точек позволило быстро выполнить все необходимые измерения.
По заказу ОАО Центр инфраструктурных проектов (РАО ЕЭС) во второй половине 2004 года была выполнена съемка всех открытых распределительных устройств (ОРУ) нескольких подстанций (Хабаровская, 500 кВ; Череповецкая, 750 кВ; Лучегорская, 220 кВ) при помощи наземного лазерного сканирования.

В результате были созданы ведомости геометрических параметров, а также выполнена трехмерная модель рельефа в границах съемки и объектов электрических сетей. Общий объем работ охватил 50 гектаров.

Компания 3Д Геокосмос в 2007 году принимала участие также в осуществлении археологических раскопок Тайницкого сада на территории московского Кремля. Следует отметить, что раскопки такого масштаба здесь проводились впервые.

В результате археологи раскрыли и изучили больше тридцати построек из дерева хозяйственного и жилого назначения. Большую роль сыграла уникальная сохранность верхнего культурного слоя. Отдельные срубы сохранились даже на высоту 10-12 венцов.

По полученным в результате раскопок данным были созданы объемные трехмерные модели отдельных участков работ. Чтобы иметь возможность более детального изучения каждого объекта, массивы точек реальных цветов подгружались в определенные участки модели с нужной плотностью.

Также данные лазерного сканирования позволили составить планы расположения находок. Панорамные фотосхемы применялись для передачи истинного цвета и другой дополнительной информации.

В октябре 2006 года на подстанции № 212 в Санкт-Петербурге был проведен комплекс различных геодезических работ. С помощью наземного сканирования была создана трехмерная модель рельефа и объектов электрических сетей, топографический план М 1:500 и панорамные фотосхемы. Общая площадь работ составила 0,5 га.

Другие светильники этого типа: