CC BY
233
УДК 528.721.221.6
Д.В. Комиссаров, О.А. Дементьева, Е.В. Миллер СГГ А, Новосибирск
ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ В ПРОГРАММНОМ ПРОДУКТЕ CYCLONE
В настоящее время новейшим средством получения метрической информации об объектах является наземное лазерное сканирование, результат которого: массив («облако») точек - лазерных отражений от объектов, находящихся в поле зрения сканера, с пятью характеристиками, а именно пространственными координатами (X, Y, Z), интенсивностью отражения и реальным цветом. При построении трехмерных моделей объектов на основе данных лазерного сканирования качество, трудоемкость и оперативность получения результата в первую очередь зависят от используемого программного обеспечения.
Для построения векторной модели по массиву точек используются различные программные продукты. К ним предъявляются следующие требования: создание по облаку точек нерегулярной сети (TIN);
редактирование TIN, создание модели на основе набора графических примитивов, поддержка нескольких способов «встраивания» примитива в облако, оценка качества встраивания, возможность работы с библиотеками стандартных элементов; профилирование; проведение измерений длины, диаметра, площади, объёма; визуализация построенной модели, придание модели реалистичности, экспорт построенной модели в CAD-системы, удобный интерфейс для пользователя и др. Одним из наиболее мощных программных продуктов для этих целей является Cyclone (Cyrax Technologies, США).
В Региональном центре лазерного сканирования Сибирской государственной геодезической академии с помощью программного продукта Cyclone выполнено несколько научно-экспериментальных работ по исполнительной съемке различных инженерных сооружений: установки комплексной подготовки газа (УКПГ) города Новый Уренгой, а также построение чертежей фасада авиационного техникума города Новосибирска.
Сканирование Восточно-Уренгойской установки комплексной подготовки газа (УКПГ) производилось летом 2004 г. УКПГ представляет собой сложный технологический объект с множеством трубопроводов, цистерн, кабельных эстакад и пр. Площадь установки составляет 6 га. Полевые работы по сканированию и подготовке планово-высотного обоснования продолжались в течение 10 дней. Параллельно со сканированием выполнялась фото- и видеосъемка, составлялись абрисы, которые использовались для дешифрирования результатов лазерного сканирования.
Для облегчения и ускорения работы программы объект разбивался на блоки в соответствии с их технологическим назначением (агрегат воздушного охлаждения, цех дегазации, цех сепарации газа и т.д.). Результаты лазерного сканирования обрабатывались в течение 150 человеко-дней.
Программа Cyclone позволяет векторизовать облака точек несколькими методами:
- Вписывание геометрических примитивов в автоматическом режиме;
- Вписывание геометрических примитивов в полуавтоматическом режиме;
- Встраивание примитива в интерактивном режиме.
При использовании автоматической функции оператор из всего облака точек указывает одну, которая принадлежит поверхности встраиваемого элемента (например, участку трубы). После вызова функции Region Grow программа анализирует соседние точки и выделяет те, которые максимально соответствуют примитиву, после чего в выделенные точки встраивается сам примитив в соответствии с некоторым критерием (например, по методу наименьших квадратов). Качество построения примитива можно оценить по средней квадратической ошибке (СКО) встраивания.
Однако данная функция построения требует, чтобы величина шума измерений была на порядок ниже по отношению к размеру самого объекта. Поэтому при создании модели УКПГ рассматриваемая процедура использовалась для векторизации труб диаметром от 325 мм и более, цистерн, плоских объектов и др.
Функция вписывания примитива в «облако» точек в полуавтоматическом режиме является более гибкой, но и трудоемкой, поскольку задачу фильтрации «облака точек» (удаления точек, не принадлежащих примитиву), в которое будет вписываться примитив, решает оператор.
Результаты использования автоматических и полуавтоматических функций построения примитивов не всегда удовлетворительны, например, диаметры труб, вычисленные программой, не всегда соответствуют стандартам. Программный продукт Cyclone позволяет редактировать параметры примитивов соответственно ГОСТу при помощи процедуры Edit Properties.
Для остальных элементов объекта (труб диаметром менее 114 мм, проводов, кабелей и т.п.) по результатам лазерного сканирования можно определить положение, ориентацию и размер, но невозможно определить форму примитива. Поэтому такие примитивы строились в интерактивном режиме, и точность их встраивания в облако точек оценивалась визуально.
Модели зданий, расположенных на территории УКПГ, были построены по следующей методике: в автоматическом или полуавтоматическом режимах строилась плоскость, соответствующая одной из стен строения, а затем с помощью функции Extrude «выдавливалась» на «глубину», соответствующую длине или ширине здания.
Одной из концепций создания топографических планов является разделение модели по слоям. Поэтому после построения трехмерной модели УКПГ, она разбивалась на несколько слоев, например, газопровод, конденсатопровод, сооружения и их части и т.д.
На рис. 1 показан фрагмент УКПГ (насосная станция), а на рисунке 2 показана ее модель. На этом примере хорошо видны трубы различных диаметров, построенные перечисленными инструментами.
Рис. l. Фотография насосной станции насосной станции УКПГ
УКПГ
Кроме съемки сложных технологических объектов перспективной областью применения лазерного сканирования является съемка зданий для проектирования фасадов и решения других практических задач.
Для проектирования навесного фасада выполнялось сканирование здания техникума. Время, затраченное на съёмку, составило около шести часов. Обработка данных наземного лазерного сканирования производилась в программном продукте Cyclone, где была задана базовая плоскость (Reference plane), совпадающая с плоскостью фасада, на которой отрисованы при помощи функции 2D Drawing Mode оконные проемы. После этого векторизованная модель экспортировалась в AutoCAD, где проставлялись размеры оконных проемов.
Также была предложена другая технология построения чертежа в AutoCAD2002, которая заключается в следующем:
- Экспорт массива точек в модуль Cloud Worx;
- Отрисовка оконных проемов при помощи функции Polyline на плоскости, соответствующей плоскости фасада здания;
- Проставление размеров оконных проемов.
Для оценки точности построения чертежей фасада здания по данным лазерного сканирования вычислены разности между размерами оконных проемов полученных в AutoCAD и промерами, выполненными с помощью компарированной рулетки.
Как показала практическая работа, программный продукт Cyclone является мощным средством для обработки результатов наземного лазерного сканирования. Он содержит разнообразные инструменты для построения трехмерных моделей различных инженерных сооружений.
Созданные модели являются метрическими, по которым можно выполнять измерения длин, объемов и площадей.
©Д.В. Комиссаров, О.А. Дементьева, Е.В. Миллер, 2005
