CC BY
57Original article УДК 69.051
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ 3D МОДЕЛЕЙ
APPLICATION OF TERRESTRIAL LASER SCANNING TECHNOLOGY TO
CREATE 3D MODELS
Брылев Игорь Сергеевич аспирант, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
Brylev Igor Sergeevich Post-graduate student, Tyumen Industrial University, Tyumen
Аннотация
В статье рассматривается применение технологии наземного лазерного сканирования при изысканиях на месторождении «Бадра». Данная технология позволяет оперативно собирать точные и полные данные о местности, которые играют важную роль при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий. Информация, полученная на основе съемки наземного лазерного сканирования дает возможность создания 3D- моделей, благодаря которым можно осуществлять не только строительный контроль путем сравнения уже построенного объекта с его проектной 3D моделью, но и получать фактические объекты местности в 3D, которые можно использовать для развития «3D кадастра» и «Умного кадастра», на которые нацелено правительство Российской Федерации в программе «Национальная система пространственных данных». Применение подобных технологии позволяет существенно повысить эффективность работы и контроль качества строительства, за счет снижения время затрат на определенные виды съемок и высокой точности получаемых в результате данных.
Annotation
The article discusses the use of ground-based laser scanning technology in surveys at the Badra field. This technology allows you to quickly collect accurate and complete data on the terrain, which play an important role in the design, construction and operation of buildings. The use of such technologies can significantly increase the efficiency of work and quality control of construction, by reducing the time spent on certain types of surveys and the high accuracy of the resulting data. Ключевые слова: технологии лазерного сканирования, геодезические изыскания, съемка ситуации местности, геодезические приборы, создание 3D-моделей местности, развитие 3D- технологии.
Key words: laser scanning technologies, geodetic surveys, surveying the situation of the terrain, geodetic instruments, creation of 3D terrain models, development of 3D technology.
На сегодняшний день все больше становится популярным использование технологии наземного лазерного сканирования при проведении геодезических изыскании. Большинство современных задач было бы сложно решить без данных, полученных от данного вида съемки. Поскольку технологии наземного лазерного сканирования дают возможность оперативно получать точное и полное представление пространственных данных о местности, которые играют огромную роль при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий. Использование традиционных для геодезии методов и инструментов позволяет решать большинство задач, однако существуют ограничения, связанные с тяжелыми условиями видимости, со скоростью сбора и обработки получаемых при помощи электронных тахеометров данных, поэтому применение технологии наземного лазерного сканирования при крупных обследованиях становится наиболее целесообразными [1, 2].
Наземное лазерное сканирование - НЛС является одним из самых оперативных и высокопроизводительных средств для получения точной и наиболее полной
информации о пространственном объекте: промышленном сооружении и промышленной площадке, смонтированном технологическом оборудовании, строящихся зданий, памятнике архитектуры и т.д.
Наземный лазерный сканер по типу получаемой информации схож с тахеометром - при помощи фазового или импульсного безотражательного дальномера, который вычисляет расстояние до объекта и измеряет вертикальные и горизонтальные углы, получая XYZ- координаты. Главное отличие в том, что для измерения оператор выбирает не одну точку, а область съёмки и шаг сетки (плотность). Измерения производятся с очень высокой скоростью - тысячи, сотни тысяч, а порой и миллионы измерений в секунду. На пути к объекту импульсы лазерного дальномера сканера проходят через систему, состоящую из одного подвижного зеркала, которое отвечает за вертикальное смещение луча. Горизонтальное смещение луча лазера производится путем поворота верхней части сканера относительно нижней, жестко прикрепленной к штативу. Зеркало и верхняя часть сканера управляются прецизионными сервоприводами. В конечном итоге именно они обеспечивают точность направления луча лазера на снимаемый объект. Зная угол разворота зеркала и верхней части сканера в момент наблюдения и измеренное расстояние, процессор вычисляет координаты каждой точки.
В результате получается облако точек, каждая точка которого раскрашивается в зависимости от степени интенсивности отраженного сигнала. Большинство современных моделей лазерных сканеров имеют встроенную фотокамеру, благодаря которой точки можно окрасить в реальные цвета, и облако точек будет выглядеть как трёхмерное цифровое фото. Затем выполняется обработка данных, полученных со сканера, и подготовка результатов измерений в том виде, в котором они необходимы: 3D модели, топографические планы, сечения, профили [3-7].
Цель исследования заключается в создании 3D - моделей недавно возведенных объектов при помощи современного лазерного сканера с двухосевым компенсатором.
Технологии лазерного сканирования активно используются в нефтегазовой сфере, примером применения технологии для данного исследования выбрано месторождение «Бадра» компании ПАО «Газпром нефть». Особую значимость в исследовании представляет анализ между отсканированными недавно возведенными объектами и их проектными 3D- моделями, т.к. именно технология НЛС позволяет создать 3D модель недавно построенного объекта и совместить ее в специальных программных комплексах с проектной 3D -моделью. В результате выполненных действий выявляются возможные отклонения или недочёты в процессе строительства.
Основные сферы применения трехмерного сканирования на проекте «Бадра»:
• сканирование эстакад, телекоммуникационных вышек и других труднодоступных объектов на предмет соответствия проекту (наличие или отсутствие балок, проверка вертикальности);
• проверка геометрии и планово-высотного положения различных объектов;
• съемка рельефа для оптимизации объема земляных работ при проектировании площадок.
Для съемки и получения 3D моделей использовался импульсный лазерный сканер с двухосевым компенсатором Topcon GLS-1500, позволяющий работать на расстоянии до 500 метров. Скорость сканирования составляла до 30000 точек в секунду. Совместно с прибором использовалось программное обеспечение Topcon ScanMaster, которое позволяет упростить работу с прибором, повысить скорость выполнения работ, а также расширить функциональность инструмента, например, организовать видеотрансляцию со сканера в режиме реального времени, автоматически задать области сканирования или фотосъемки и др. Внешний вид прибора представлен на рисунке 1.
Столыпинский вестник №1/2022
7 Я^7
Ц5
Л? ТОРСОП
1 01.8-1500 • О
*
Рисунок 1 - Внешний вид прибора Торсоп 0ЬБ-1500 Для того, чтобы наглядно продемонстрировать результаты съемки было взято несколько примеров, а именно результаты съемки металлоконструкции и трубопроводов.
Результаты сканирования прибором Торсоп ОЬБ-1500 металлоконструкции и выявление неточностей с их проектной 3Б- моделью, представлены на рисунке 2, 3.
Данные лазерного сканирования Импорт данных в 3с1 модель
Рисунок 2 - 3Э модель металлоконструкции, полученная в результате съемки
Сравнение с 3с1 моделью Выявление недочетов
Рисунок 3 - Сравнение отсканированной металлоконструкции с ее проектной 3D моделью и выявление у нее отклонении (недочетов)
В результате сравнения с проектной 3D моделью выяснилось, что в возведенной металлоконструкции не хватает одного из элементов фермы (на рисунке 3 показано красным). Отсутствие данного элемента ухудшает прочность металлоконструкции, поэтому возведенную конструкцию необходимо доработать.
Результаты сканирования трубопроводов и сравнение с их проектной 3D моделью представлены на рисунке 4.
Облако точек Совмещённые данные лазерного _сканирования с ЗР моделью
Рисунок 4 - Сравнение отсканированного трубопровода с ее проектной 3D моделью.
Таким образом, согласно отчетам ПАО «Газпром нефть», использование технологии наземного лазерного сканирования при изысканиях позволяет существенно повысить эффективность работы и контроль качества строительства, за счет снижения времени затрат на определенные виды съемок и высокой точности получаемых в результате измерений данных. Прибор является отличным дополнением к геодезическому оборудованию (тахеометру, нивелиру, ГНСС-технологии) при работе с большими массивами данных на таких крупных и технически сложных проектах, как месторождения.
Применение технологии наземного лазерного сканирования актуально и своевременно в кадастровой деятельности, так как будет способствовать развитию и созданию «3D кадастра в Российской Федерации.
Литература
1. Ожигов Я. А., Гусева Т. А. Актуальные подходы к обеспечению и контролю качества в процессах материально-технического обеспечения для нефтегазового комплекса Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. - 2021. -№ 4 (124). - С. 25-31.
2. Щербина С. В. ГИС для автоматизации управления в нефтегазовой промышленности // Автоматизация в промышленности. 2015. № 6. - С. 13-16.
3. Хабр: Лазерные 3D-сканеры: области применения и обзор моделей: [сайт]. -URL: https://habr.eom/ru/company/top3dshop/blog/511842/_ (дата обращения: 26.01.2022). - Текст: электронный.
4. Любимова, Т. В. Влияние особенностей инженерно-геологических структур на задачи изысканий при обустройстве нефтегазовых месторождений / Т. В. Любимова, Н. А. Бондаренко. - Текст: электронный // КубГАУ. - 2015. - № 7. -URL: https://eyberleninka.ru/artiele/n/vliyanie-osobennostey-inzhenerno-geologieheskih-struktur-na-zadaehi-izyskaniy-pri-obustroystve-neftegazovyh-mestorozhdeniy_(дата обращения: 26.01.2022).
5. Бударова, В.А. Наземное лазерное сканирование объектов промышленных площадок на территории нефтегазовых месторождений/ В.А. Бударова, Н.Г.
Мартынова, А.В. Шереметинский, А.В. Привалов. - Текст: электронный // «Московский экономический журнал». - 2019. - № 6 . - URL: https://qje.su/wp-content/uploads/2019/06/Nomer-6-2019-Arhiv.pdf (дата обращения: 26.01.2022).
6. Локтев, А. С. Нормативное регулирование инженерно-геологических изысканий при освоении нефтегазовых ресурсов на российском шельфе / А. С. Локтев, Н. В. Хоштария, М. Ю. Токарев. - Текст: электронный // Вести газовой науки. - 2017. - № 4 (32). - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/normativnoe-regulirovanie-inzhenerno-geologicheskih-izyskaniy-pri-osvoenii-neftegazovyh-resursov-na-rossiyskom-shelfe (дата обращения: 26.01.2022).
7. Гектар Групп: Лазерное сканирование зданий и сооружений: все, что нужно знать заказчику: [сайт]. - URL: https://gektargroup.ru/articles/geodeziya/lazernoe-skanirovanie-zdaniy-i-sooruzheniy/ (дата обращения: 26.01.2022). - Текст: электронный.
Literature
1. Ozhigov Ya. A., Guseva T. A. Actual approaches to quality assurance and quality control in the processes of logistics for the oil and gas complex Equipment and technologies for the oil and gas complex. - 2021. - No. 4 (124). - S. 25-31.
2. Shcherbina S. V. GIS for control automation in the oil and gas industry // Automation in industry. 2015. No. 6. - P. 13-16.
3. Habr: Laser 3D scanners: applications and review of models: [website]. - URL: https://habr.com/ru/company/top3dshop/blog/511842/ (date of access: 01/26/2022). -Text: electronic.
4. Lyubimova, T.V., Bondarenko, N.A., Influence of features of engineering-geological structures on the tasks of surveys in the development of oil and gas fields. - Text: electronic // KubGAU. - 2015. - No. 7. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-osobennostey-inzhenerno-geologicheskih-struktur-na-zadachi-izyskaniy-pri-obustroystve-neftegazovyh-mestorozhdeniy (date of access: 26.01 .2022).
5. Budarova, V.A. Terrestrial laser scanning of objects of industrial sites on the territory of oil and gas fields / V.A. Budarova, N.G. Martynova, A.V. Sheremetinsky, A.V. Privalov. - Text: electronic // Moscow Economic Journal. - 2019. - No. 6. - URL: https://qje.su/wp-content/uploads/2019/06/Nomer-6-2019-Arhiv.pdf (date of access: 01/26/2022).
6. Loktev, A. S., Khoshtaria N. V., Tokarev M. Yu. Regulatory regulation of engineering and geological surveys in the development of oil and gas resources on the Russian shelf. - Text: electronic // Vesti gazovoy nauki. - 2017. - No. 4 (32). - URL: https://cyberleninka.ru/article/n7normativnoe-regulirovanie-inzhenerno-geologicheskih-izyskaniy-pri-osvoenii-neftegazovyh-resursov-na-rossiyskom-shelfe (date of access: 01/26/2022).
7. Hektar Group: Laser scanning of buildings and structures: everything the customer needs to know: [website]. - URL: https://gektargroup.ru/articles/geodeziya/lazernoe-skanirovanie-zdaniy-i-sooruzheniy/ (date of access: 01/26/2022). - Text: electronic.
© Брылев И.С., 2022. Научный сетевой журнал «Столыпинский вестник» №1/2022.
Для цитирования: Брылев И.С. Применение технологии наземного лазерного сканирования для создания 3Э моделей// Научный сетевой журнал «Столыпинский вестник» №1/2022.
