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.
Лазерное сканирование в промышленности используется в качестве метода изысканий под реконструкцию или исполнительной съемки. Скорость метода позволяет крайне быстро получить точную и актуальную 3D-модель производства «как есть» или «как построено». Наличие таких данных позволяет на другом качественном уровне спроектировать реконструкцию или проконтролировать ход строительства. Подробнее об этом применении см. в статье Лазерное сканирование в промышленности.
Лазерное сканирование в архитектуре применяется для геодезической съемки фасадов, интерьеров зданий. Архитектурный обмер по данным лазерного сканирования содержит фасады, планы, разрезы, детали, шаблоны, при этом достоверность этой информации за счет высокой автоматизации на порядок выше, чем при использовании традиционных геодезических средств. Наиболее востребовано лазерное сканирование памятников архитектуры, съемка зданий для монтажа навесных фасадов. В последнее время с ростом популярности BIM (ИМЗ) данные лазерного сканирования используются для проектирования реконструкции и контроля строительства зданий и сооружений. Подробнее об этом направлении см. в статье Лазерное сканирование в архитектуре.
На объектах транспорта эффективность лазерного сканирования определяется возможностью съемки линейных объектов без остановки движения. 3D сканирование тоннелей, мостов, дорог как правило выполняется с целью создания топографических планов, профилей, сечений для проектирования ремонта, реконструкции, для наполнения автоматизированного электронного банка данных объективными пространственными данными о фактическом состоянии объектов транспорта. Подробнее см. в статье Лазерное сканирование транспортной инфраструктуры.
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 в геодезии и маркшейдерии.
Лазерное сканирование в археологии применяется для фиксации раскопов, археологических находок. Скорость съемки важна в охранной археологии. Высокая детальность облака точек позволяет впоследствии создать точную и реалистичную 3D-модель памятника археологии, использовать эту модель в интерактивном приложении при музеефикации или для обеспечения виртуального доступа к объекту научного сообщества. Больше информации по этому направлению в статье Лазерное сканирование в археологии.
Подробнее о наземном лазерном сканировании, методах работы, получаемых результатах, видах услуг по лазерному сканированию см. в соответствующих разделах по областям применения:
- промышленное строительство,
- архитектура,
- транспорт (тоннели, мосты, дороги),
- геодезия и маркшейдерия,
- археология, музейное дело.
Работы по лазерному сканированию
Компания Триметари Консалтинг имеет большой опыт в выполнении работ методом лазерного сканирования и 3D-моделировании по перечисленным сферам применения. Информация о части выполненных проектов доступна в разделе Проекты. Помимо работ по лазерному сканированию компания предоставляет услуги по обучению, консалтингу и сопровождению проектов. Для заказа работ по лазерному сканированию, расчета стоимости лазерного сканирования свяжитесь с нами посредством страницы Контакты.