CC BY
35УДК 528
Т.А. Гура, Г. Сидеропуло
ВОСТРЕБОВАННОСТЬ ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТОВ
В последнее время для решения строительных и архитектурных задач обширно применяется тахеометрическая съемка, позволяющая получить координаты объектов, и в дальнейшем отобразить их в графическом виде. Тахеометрическая съемка проводит измерения с точностью до нескольких миллиметров, при этом скорость измерения тахеометра не больше 2 измерений в секунду. Такого рода способ результативен при съемке разреженного, незагруженного объектами участка местности. Данный технологический процесс обладает такими недостатками, как невысокая скорость проведения измерений, и неэффективность съемки нагруженных участков. Одним из возможных методов решения данных проблем является применение новых современных технологий исследования, а именно лазерного сканирования, способы применения которого рассматриваются в данной статье.
Ключевые слова: тахеометрическая съемка, наземное лазерное сканирование, геодезические приборы, лазерные сканеры, облако точек, модель объекта, съемка.
Лазерное сканирование - технология, позволяющая создать цифровую трехмерную модель объекта, представив его набором точек с пространственными координатами. Технология базируется на использовании новейших геодезических приборов - лазерных сканеров, измеряющих координаты точек поверхности объекта с высокой скоростью порядка нескольких десятков тысяч точек в секунду. Полученный набор точек называется «облаком точек» и впоследствии может быть представлен в виде трехмерной модели объекта, плоского чертежа, набора сечений, поверхности и т.д. [1].
Более расширенное цифровое изображение невозможно отобразить каким-либо другим из известных способов. Участие человека в съемке сводится к минимуму, так как процесс сканирования полностью автоматизирован [2].
Лазерное сканирование бывает трех видов: наземное, воздушное и мобильное.
Выбор метода лазерного сканирования зависит от поставленной задачи и индивидуальных характеристик объекта:
- при сканировании небольших объектов, с максимально возможной точностью (единицы миллиметров) применяется наземное лазерное сканирование (НЛС) [3];
- для сканирования больших площадных объектов от 1000 Га, а также для протяженных коридорных объектов целесообразно использование воздушного лазерного сканирования (ВЛС) [4];
- для значительных по протяженности линейных объектов, таких как участки авто и ж/д дорог обычно используют мобильное лазерное сканирование (МЛС). Исходя из площади съемки, особенностей территорий, требуемой точности данных, можно подобрать тот или иной метод сканирования или их комбинацию для наиболее эффективного решения поставленных задач [5].
На данный момент наземное лазерное сканирование - это наиболее быстрый, точный и высокопроизводительный метод получения наиболее полной пространственной информации об объекте. Процесс наземного лазерного сканирования проводится с помощью измерения расстояний до всех определяемых точек с применением импульсного лазерного безотражательного дальномера [6].
Лазерное сканирование без преувеличений можно использовать на всех стадиях строительства, начиная от проектирования и заканчивая ликвидацией объекта [7]. Кроме того, полученные на дату съёмки трехмерные цифровые модели точно определяют нахождение частей объекта и окружающего пространства, что остаётся в истории объекта и при необходимости легко может использоваться как фактический материал на дату съёмки. Сопоставляя цифровые модели различных этапов съемки можно с легкостью проследить за динамикой изменений на объекте, отслеживать скорость строительства в единой среде ведения проекта [8].
Принцип лазерного сканирования заключается в следующем: лазерный дальномер, установленный на носителе, находит расстояние до объектов при помощи измерения времени прохождения импульса
© Гура Т.А., Сидеропуло Г., 2016.
Вестник магистратуры. 2016. № 12-4(63).
ISSN 2223-4047
лазерного излучения. Прибор испускает лазерные импульсы с высокой частотой (от десятков тысяч до миллионов в секунду). При приближении к исследуемому объекту импульсы лазерного излучения отражаются полигональным зеркалом, которое равномерно их распределяет. Скомпоновав сведения о точном расположении системы и о направлении, в котором проводилось сканирование, а также о расстоянии до объекта, определяется точное местоположение любой точки лазерного отражения. Используя стандартный физический принцип работы, различные системы лазерного сканирования существенно отличаются друг от друга по назначению и конструктивно [9]. Кроме того, в состав современной сканирующей системы наряду с самим лазерным сканером также могут входить цифровые камеры, тепловизор и другие сенсоры, позволяющие проводить комплексное обследование для выполнения узкоспециализированных задач. Системы лазерного сканирования могут закрепляться неподвижно (наземный сканер), устанавливаться на транспортном средстве (мобильный сканер) или базироваться на различных летательных аппаратах (воздушный сканер) [10].
Популярность инновационной технологии лазерного сканирования определяется рядом преимуществ по сравнению с классическими методами съемки:
1.Непревзойденная скорость съемки. В зависимости от типа сканера и поставленных задач скорость проведения съемки стремительнее в разы, а в некоторых случаях, например при воздушном лазерном сканировании труднодоступных районов, в десятки и сотни раз [11].
2. Детальность и информативность данных [12]. Использование информации собранной с помощью лазерного сканирования, дает возможность изобразить геометрические параметры объекта и подробно описать форму, и характер исследуемой поверхности, что невозможно получить при съемке обычными способами.
3. Стоимость работ. Стоимость работ, проведенных при помощи различных способов лазерного сканирования ниже, чем при съемке стандартными методами, несмотря на высокую производительность и точность сканирующих систем, стоимость работ, выполняемых с использованием методов сканирования, ниже, чем при съемке традиционными методами.
4.Безопасность. Благодаря использованию безотражательного способа измерений, лазерное сканирование возможно без присутствия оператора непосредственно на объекте съемки. В связи с этим получение точных данных возможно даже в опасных и в самых труднодоступных районах местности.
5.Экономия тродозатрат. Весь объем полевых работ по сканированию возможно выполнить даже бригадой, состоящей из нескольких человек, в короткие сроки.
6.Автоматизация процесса обработки. Полностью цифровой формат данных позволяет максимально автоматизировать процесс их обработки и практически исключить влияние субъективных факторов на результат.
Наземное лазерное сканирование применяется в локальных изысканиях на объектах, а также для выполнения более детальных и точных измерений не только снаружи, но и внутри помещений для съемки инженерных сооружений, где нецелесообразно и невозможно применять ни воздушное, ни мобильное лазерное сканирование [13]. НЛС - единственный способ съемки для получения трехмерных моделей различных сложных объектов с миллиметровой точностью.
Данный вид продукции является первичным продуктом производства работ по лазерному сканированию, тем не менее эти материалы дают полную трехмерную картину местности и объектов на момент производства работ по лазерному сканированию, что позволяет использовать его для решения следующих прикладных задач:
1. Определение любых геометрических параметров местности и объектов - расстояний, размеров, высот и т.п.
2. Построение профилей и сечений.
3. Дешифрирование объектов.
4. Проведение работ по проектированию и мониторингу состояния объектов и местности [14].
5. Использование в качестве базы для построения карт и планов. Услуги по лазерному сканированию, в случае, когда в качестве конечного продукта рассматривается облако точек лазерных отражений, будут интересны организациям, обладающим собственным штатом специалистов, которые могут выполнять дальнейшую обработку полученных данных [15, 16].
В данной статье рассматривается вопрос о востребованности лазерного сканирования в процессах строительства, и на основе фактов приведенных выше можно сделать следующий вывод, что лазерное сканирование является неотъемлемой частью строительных технологий, ввиду таких качеств, как практичность, точность, экономичность и т.д.
Библиографический список
1.Шевченко Г.Г., Гура Д.А., Глазков Р.Е., Пилюшенко А.В. Технологическая схема проведения фасадной съёмки методами наземного лазерного сканирования // Сборник трудов конференции: WORLD SCIENCE: PROBLEMS AND INNOVATIONS сборник статей III Международной научно-практической конференции. Пенза, 2016. С. 107-112.
2.Гура Д.А., Доценко А.Е. О необходимости выполнения геодезической съемки // Актуальные вопросы науки: материалы IX Международной научно-практической конференции. 2013. С. 204-205.
3.Бердзенишвили С.Г., Гура Д.А., Желтко Ч.Н., Кравченко Э.В. Картография // ФГБОУ ВПО «КубГТУ», ООО «Издательский Дом - Юг». Краснодар, 2014, 66 с.
4.Гура Д.А., Шевченко Г.Г., Карслян А.М., Петренков Д.В. Особенности воздушного лазерного сканирования в теории и на практике на примере линейных объектов // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2016. № 8. С. 109-116.
5.Гура Д.А., Верезубов Е.А. Мобильному миру мобильные сканирующие системы // Науки о земле на современном этапе. VIII Международная научно-практическая конференция. 2013. С. 56-58.
6.Бушнева И.А., Безверхова А.Ю., Шевченко Г.Г., Гура Д.А. Об использовании наземного лазерного сканирования для получения фасадных чертежей исследуемых зданий и строений // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2016. № 11. С. 89-97.
7.Шевченко Г.Г., Гура Д.А., Петренков Д.В., Осенняя А.В., Чернова А.В., Шишкина В.А. Эффективное построение 3D модели местности для целей кадастра // EUROPEAN RESEARCH: сборник статей победителей Международной научно-практической конференции. 2016. С. 48-52.
8.Гура Д.А., Алкачев Т.Э. Создание 3D кадастра объекта недвижимости для постановки на кадастровый учет на примере железнодорожного вокзала адлерского района г. Сочи // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2015. № 11. С. 362-369.
9.Адаменко А.А., Аветисова Е.С., Будагов И.В. Обзор наземных лазерных сканеров выпускаемых фирмой Leica Geosistems // Молодая наука-2013: материалы IV Открытой международной молодежной научно-практической конференции, посвященной Году охраны окружающей среды в Российской Федерации. 2014. С. 200-201.
10. Гайрабеков И.Г., Пимшин Ю.И. Определение деформации объекта с использованием наземного лазерного сканирования // Труды Грозненского государственного нефтяного технического университета им. академика М.Д. Миллионщикова. 2006. № 6. С. 171-177.
11. Кузнецова А.А., Гура Д.А., Алкачев Т.Э. Анализ полученных данных методом лазерного сканирования для выполнения периодического мониторинга на примере здания расположенного в г. Краснодаре // Статья в журнале: Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2014. № 4. С. 77-83.
12. Кирильчик Л.Ф., Науменко Г.А. Анализ причин, влияющих на изменение эксплуатационной надежности зданий и сооружений // Строительство - 2015: Строительство. Дороги. Транспорт: материалы Международной научно-практической конференции. 2015. С. 136-139.
13. Вальков В.А., Мустафин М.Г. Геодезический контроль деформаций высотных сооружений на основе лазерного сканирования // Маркшейдерский вестник. 2015. № 2 (105). С. 24-28.
14. Грибкова И.С., Юрий А.В., Бедин Г.В., Низовских А.С., Москвина О.В.Обзор современных геодезических приборов для выполнения деформационного мониторинга // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). 2016. № 2. С. 91-94.
15. Гура Т.А., Слинькова Ю.Н. Инженерно-геодезические изыскания для подготовки проекта планировки территории // Вестник магистратуры. 2016. №11-2. C. 30-32
16. Гура Д.А., Шевченко Г.Г. Экологический мониторинг деформации сооружений с использованием наземного лазерного сканирования // Строительство-2010: Материалы Международной научно-практической конференции. Дорожно-транспортный институт. 2010. С. 152-153.
ГУРА ТАТЬЯНА АНДРЕЕВНА - инженер-исследователь кафедры кадастра и геоинженерии, Кубанский государственный технологический университет, Россия.
СИДЕРОПУЛО ГАЯНЭ РУСЛАНОВНА - студент факультета строительства и управления недвижимостью, Кубанский государственный технологический университет, Россия.
