Наземное 3D сканирование в помощь стоителям и геодезистам

Эффективная технология 3D-сканирования объектов с помощью лазера используется в современной геодезической науке практически повсеместно. В настоящее время этот способ выполнения измерений считается одной из самых современных расчетных методик и отличается не только высокой точностью, но и удобством применения.

Под наземным лазерным сканированием специалисты подразумевают инновационную технологию анализа и измерения трехмерных поверхности, применение которой предусматривает грамотное использование специальных высокоточных 3D-сканеров. Если сравнивать данный метод с традиционными оптическими методами геодезии, то можно заметить, что он более точен и детален и практически идеально подходит для архитектурных и промышленных исследований, а также археологии.

Виды и основные принципы работы 3D-сканеров

Современная модель 3D-сканера представляет сложный по устройству технологический прибор, способный представлять выбранные для изучения объекты в виде так называемого облака точек. Такой массив информационных данных можно легко представить как в 2D, так и в 3D и использовать его для проведения различного рода расчетов и измерений.

На сегодняшний день утверждена следующая классификация лазерных сканеров:

1. Импульсные сканеры. Такое оборудование позволяет быстро и качественно рассчитывать расстояние в виде временного промежутка, за которое лазерный луч достигает объекта и возвращается обратно.
2. Фазовые сканеры. Устройства оперируют понятием сдвига отдельных фаз создаваемого прибором лазерного излучения.
3. Триангуляционные сканеры. В этих моделях для решения рабочей задачи используется строго выверенное расстояние между излучателем и приемником.

В качестве наиболее значимых параметров 3D-сканера лазерного типа выделяют дальность, угол обзора, номинальную скорость и уровень точности.

По уровню точности и дальности современные трехмерные сканеры делят на следующие категории: высокоточные, среднего и дальнего радиуса действия и маркшейдерские.

Устройства, входящие в состав трех последних категорий, могут использоваться для решения практически любых геодезических задач. Как правило, такие сканеры применяют в промышленной сфере и архитектуре.

Если говорить о скорости работы трехмерных лазерных сканеров, то здесь все зависит от типа проводимых измерений. Самыми быстрыми считаются фазовые приборы – при профессиональной настройке они способны производить 1 000 000 измерений всего за одну-единственную секунду. Сканеры импульсного типа работают медленнее – их номинальная скорость не выходит за пределы скоростей 300-400 тысяч точек за единицу времени.

Отдельное внимание уделяется такому параметру как угол обзора. Эта характеристика рассчитывается исходя из того количества информационных данных, которое способен собрать сканер с одной точки стояния. Кроме того, от угла обзора сильно зависит конечная скорость работы.

В настоящее время горизонтальный угол обзора используемых в геодезии лазерных 3D-сканеров составляет примерно 360 градусов. Что же касается углов вертикальных, то они могут варьироваться в пределах 40-300 градусов.

Характеристики лазерного сканирования

Несмотря на то, что первые системы лазерного сканирования начали использоваться в геодезии сравнительно недавно, большинство опытных специалистов уже успели по достоинству оценить их удобство и эффективность.

В качестве основных преимуществ лазерного сканирования наземного типа можно выделить следующее:

• присутствие высочайшего уровня детализации;
• максимальная точность получаемых в процессе работы данных;
• непревзойденная скорость выполнения съемки;
• возможность эффективного использования безотражательной измерительной технологии, незаменимой при исследовании объектов, нахождение вблизи которых нежелательно для человека по ряду причин;
• высокая степень автоматизации, гарантирующая максимально возможное исключение тех факторов, влияние которых провоцирует возникновение погрешностей в результате сканирования;
• идеальная совместимость полученных в результате наземного сканирования информационных данных с такими культовыми программами как Intergraph, Autodesk и т.п.
• представление данных в трехмерном виде;
• минимальная длительность полевого этапа сканирования.

Эксперты приводят несколько аргументов в пользу применения 3D-лазерного сканирования:

Проектирование, выполняемое с учетом полученных в результате геодезических измерений трехмерных данных способствует повышению качества проекта и гарантирует минимизацию будущих строительных расходов.

• Процесс измерения полностью исключает влияние на него человеческого фактора, а это значит, вероятность возникновения ошибок в данных сводится практически к нулю.
• Все измерения проводятся в удаленном режиме, что избавляет от необходимости применения дополнительных меры безопасности – например, возведения лесов или установки дорожных ограничителей.
• Уникальная технология лазерного сканирования способна работать в тесной связке со многими популярными средствами проектирования – SmartPlant, AVEVA PDMS и т.п.
• Специалисты могут представлять результат изысканих в любых нужных им выходных форматах: 3D- облако точек, 3D-модель, 2D-чертежи, 3D-поверхность.

В целом, процесс наземного лазерного сканирования можно поделить на три этапа:

1. осмотр местности;
2. выполнение полевых работ;
3. выполнение камеральных работ с последующей обработкой информационных данных.

Применение лазерного сканирования

Услуга лазерного сканирования начала предоставляться в России примерно десять лет назад. За это время технология глубоко проникла во многие сферы человеческой жизнедеятельности и стала неотъемлемой частью многих геодезических процессов.

Использование 3D-сканирования в промышленной сфере позволяет упрощает работы по реконструкции и исполнительной съемке, без проведения которых добиться поставленной заказчиком цели зачастую просто невозможно. Высокая скорость метода способствует получению точной трехмерной модели производства в кратчайшие сроки и с минимальными для клиента финансовыми затратами.

В современной архитектуре технология эффективного лазерного сканирования чаще всего применяется геодезистами для получения детальных снимков интерьеров и фасадов зданий. После обработки данных специалисты получают четкий архитектурный обмер, в состав которого входит масса важных элементов: планы, разрезы, шаблоны и т.п. Что же касается достоверности выдаваемой сканерами информации, то она получается на порядок выше, если сравнивать ее со сведениями, предоставленными традиционными геодезическими средствами.

Сегодня лазерное сканирование активно используется для создания трехмерных моделей памятников и различного рода жилых и производственных зданий. Кроме того, данные полученные с помощью этой технологии помогают в разработке проектов реконструкций и строительстве сооружений.

На транспортных объектах лазерное 3D-сканирование отлично зарекомендовало себя в плане съемки объектов линейного типа без необходимости вынужденной остановки движения. Технология активно используется для создания моделей мостов, тоннелей и трасс с целью переноса полученных данных на топографические планы и карты. Также готовые макеты позволяют получать объективную информацию о физическом состоянии отдельно взятых транспортных развязок.

Наземное сканирование в продвинутых геодезических исследованиях применяется, в основном, для составления крупномасштабных топографических схем и планов, а также съемки ЦМР. Максимальный эффект от применения метода проявляется при изучении шахт, карьеров и различных горных выработок. Благодаря высокой скорости сканирования отдельных участков мастера могут быстро выяснить, какое количество породы было вынуто на поверхность, а также своевременно отреагировать на возникновение опасных оползней.

В археологии наземное лазерное сканирование применяется для фиксации обнаруженных при раскопках объектов и предметов. Специфика археологических исследований выдвигает повышенные требования к скорости съемки, поэтому без современного наземного 3D-сканера здесь просто не обойтись. Высокая детальность точечного облака является залогом создания максимально реалистичной трехмерной модели объектов, которую впоследствии можно свободно использовать в различных виртуальных каталогах и музеях.

В целом, наземное трехмерное сканирование с помощью лазера можно смело назвать настоящим технологическим прорывом. Данный метод прост в освоении и отлично подходит для использования в самых различных сферах. Единственный его недостаток заключается в дорогостоящем оборудовании, которое, тем не менее, очень быстро оправдывает понесенные в процессе его приобретения расходы