Наземное лазерное сканирование

Технология наземного лазерного сканирования появилась сравнительно недавно, чуть более десяти лет назад, и сразу произвела революцию в области инженерных изысканий. Сегодня наземное 3D сканирование широко применяется в гражданском и промышленном строительстве, для производства исполнительной съёмки, при реконструкции и реставрации зданий, для мониторинга деформаций инженерных сооружений. Археологи используют лазерное сканирование для создания точных и детальных планов раскопов и оцифровывания исторических памятников, дизайнеры — для создания цифровых дизайн-проектов интерьеров, горные инженеры и маркшейдеры — для измерения объёмов сыпучих тел при выработке карьеров и создания точных моделей шахт. Также наземное лазерное сканирование незаменимо при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций и во многих других отраслях народного хозяйства. Несколько лет назад в Великобритании одними из первых в мире лазерные сканеры стали применять полицейские для точной фиксации обстановки на местах преступлений.

В чём суть метода? Принцип работы лазерного сканера крайне прост: прибор измеряет расстояние от самого себя до сканируемого объекта, выпуская пучок лазерных лучей. Лучи отражаются от измеряемой поверхности и возвращаются обратно к сканеру. Затем так называемые импульсные сканеры вычисляют расстояние до объекта (до точки, от которой отразился лазер) по времени прохождения луча туда и обратно, а наиболее точные фазовые — по разности фаз (волн) испускаемых и отражённых лучей.

При скорости света триста тысяч километров в секунду максимальная скорость работы 3D сканера ограничена лишь мощностью процессора и производительностью встроенного программного обеспечения по вычислению этих величин. Современные наземные лазерные сканеры способны производить до миллиона измерений в секунду.

В сканере есть вращающаяся призма, которая распределяет световой пучок в вертикальной плоскости, с заранее заданным шагом (например, 0,1 градуса), и сервопривод для вращения прибора по горизонтали на тот же заданный угол. Таким образом, лучи покрывают заданный сектор сканирования в двух оставшихся плоскостях, сами являясь третьей — получается трёхмерный охват. Шаг луча и сервопривода определяют так называемую «плотность сканирования», которая может составлять до нескольких десятков точек (попаданий луча) на 1 квадратный сантиметр поверхности.

Сканер «знает» свои координаты, вертикальный и горизонтальный углы, под которыми он выпустил и принял каждый луч, автоматически вычисляет расстояние, пройденное этим лучом до точки отражения от объекта, и получает таким образом трёхмерные координаты этой точки. Координаты каждой такой точки сканер сохраняет в проект. Впоследствии они будут представлены (визуализированы) в виде «облака точек» — точной копии отсканированного объекта, «нарисованной» сотнями миллионов точек. На основе облака инженеры могут построить точную векторную 3D модель, сделать сечения и детальные планы отсканированного объекта, измерить объёмы резервуаров, сыпучих тел, площадь и геометрическую форму объектов любой сложности.

Наземное лазерное сканирование: как это работает?

Предлагаем вам просмотреть короткий видеоролик, снятый производителем лазерных сканеров, компанией Leica Geosystems, о том, что такое наземное лазерное сканирование. Он размещён ниже.

Для проигрывания видео нажмите на изображение

Мы представили вам вторую серию фильма о лазерном сканировании. Те из вас, кто хочет узнать об этой технологии больше, могут посмотреть первую часть фильма, посвящённую различным областям применения 3D лазерного сканирования, и третью часть фильма, рассказывающую о простых и сложных проектах.

Точность и детализация конечных данных зависят, прежде всего, от цели, с которой проводятся инженерные изыскания. Например, для задач строительства, реконструкции зданий, а особенно — при реставрации памятников архитектуры, как правило, необходима подробная съёмка, с максимальной плотностью сканирования, чтобы по этим данным определить точную геометрическую форму и размеры мельчайших элементов лепнины. А для задач градуировки резервуаров, при вычислении объёмов сыпучих тел или обмерах добывающих карьеров подробная цифровая модель нужна редко, здесь бывает достаточно облака точек средней плотности.

При этом важно понимать, что на точность наземного лазерного сканирования, как и на конечный результат инженерных изысканий, влияет множество факторов. Среди них – расстояние, с которого выполнялись измерения, количество и качество «точек стояния» прибора (позиций, откуда вели съёмку), погодные условия — видимость должна быть хорошей, поскольку в сильный дождь или снегопад вместо фасада здания будут отсканированы капли и снежинки. Поэтому главным фактором успеха инженерных изысканий методом наземного лазерного сканирования была и остаётся квалификация инженера, который будет работать с прибором «в поле», а затем выполнять для вас постобработку данных. В команде «Союзгипрозема» работают лучшие в стране специалисты в области наземного лазерного сканирования.