ВОЗМОЖНОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ПРИ 3D-ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Возможности и преимущества лазерного сканирования при 3D-проектировании промышленных объектов

Кулеш Александр Алексеевич

директор проектно-строительного департамента ТОО "Элит-СтройПроект-КС", [email protected]

Данная статья рассматривает положительные и отрицательные стороны применения лазерного сканирования при 3D-про-ектировании промышленных объектов. Лазерное сканирование является новейшей технологией, целью которой является создание цифровой модели местности, в том числе и конкретного объекта.

Активное применение лазерного сканирования в России получило широкое распространение в области инженерных изысканий, особенно при обеспечении картографическими данными крупного масштаба для проектирования и строительства промышленных и трубопроводных объектов, месторождений и водохранилищ в дальних и труднодоступных регионах. На сегодняшний день лазерное сканирование играет важную роль в геодезических работах. Лазерное сканирование - это высокоточная технология, которая использует лазерный сканер для обработки аэрофотоснимков. Лазерный сканер является новым оборудованием для проведения любых геодезических работ. Лазерный сканер с поддержкой высокоскоростного сканирования выводит данные реальной поверхности в цифровом формате и передает их в пространственную систему координат.

Каждая технология имеет свои преимущества и недостатки, и хотя лазерное сканирование имеет множество преимуществ, у него также есть свои недостатки. Внедрение лазерного сканирования требует значительных затрат, особенно если требуется высококачественная работа. Для многих предприятий высокие первоначальные затраты могут стать препятствием. Также в статье описаны методы использования лазерного сканирования и ее точность. Рассматриваются преимущества, возможности и недостатки применения лазерного сканирования.

Ключевые слова: лазерные технологии, лазерный сканер, воздушное лазерное сканирование (ВЛС), цифровые ЗD-мо-дели, область применения, преимущества и недостатки технологий, геодезические работы, точность съемки.

Лазерное сканирование в России еще недостаточно широко распространено и развито, но интерес к данным технологиям, безусловно, растет.

По оценкам западных изданий, в 2020 году спрос на 3D-лазерное сканирование в строительстве составлял всего 20%. Спрос увеличился минимально до 22 процентов в 2021 году, но год спустя он вырос до 57 процентов в 2022 году. По оценкам, ежегодные темпы роста 3D-ла-зерного сканирования в настоящее время составляют около 15 процентов. В 2020 году он оценивался в 3 миллиарда долларов, и ожидается, что к 2026 году он вырастет до 10 миллиардов долларов.

Лазерные технологические системы, включая и лазерные сканеры, весьма востребованы в разных отраслях России. На рисунках 1 и 2 (на основе анализа запросов на оборудование) представлены диаграммы распределения спроса на лазерные системы по отраслям промышленности и основным процессам.

Рисунок 1 - Спрос на лазерные технологические системы в России

Составлено автором на основании [7]

I I

О 00 А п.

Рисунок 2 - Основные технологические процессы, использующие лазерные технологии в России Составлено автором на основании [7]

В настоящее время определены основные перспективные направления применения лазерного сканирования в России.

Рисунок 3 - Основные характеристики лазерного сканирования

Лазерное сканирование дает дополнительные возможности для потребителя информации, представленные на рисунке 4, предоставляет больший объем сведений об объектах строительства.

- инженерные сооружения (транспортные развязки, мосты, путепроводы и др.);

- сложные площадные объекты топливного и энергетического комплексов;

- открытые, закрытые и подземные горные выработки, карьеры;

- объекты городского хозяйства и архитектуры;

- обьекты для создания виртуальных туров.

Трехмерные модели объектов строительства, результат наземного лазерного сканирования, имеют преимущества, представленные на рисунке 6.

И объекты привязаны непосредственно к физическом поверхности земли. поэтому есть возможность учета кривизны Земли и речьефа местности:

21 за счет объемного изображения ситуадии создается высокое и наглядное качество визуализации состояния территории;

3) расширяются возможности прляятия >ффек1ивнш лланпроичнш л (нли) архитектурных, а также градостроительных решений, генеральных кланов, планов территориального развития

4) предлагают набор фотографических решений, открывавших новые возможности в обеспечения реконструкции и (или) реставрации зданий и сооружений

fO

сч о сч

сч

о ш m

X

<

m О X X

- оолее детальный чертеж объекта.;

- атрибутивная

результате обмерных работ;

- цифровая модель

фотографии еская съемка объекта;

- 30 модели

крупных инженерно-технических сооружений иных

инженерных коммуникаций (б теле здания, над и под ним).

Рисунок 4 - Дополнительные возможности для потребителя информации

Лазерное сканирование:

- минимизирует последующие расходы на строительство и реконструкцию;

- позволяет выполнять работы по сканированию труднодоступных объектов;

- имеет высокую степень автоматизации.

Основные преимущества работы лазерного сканирования представлены на рисунке 5.

Лазерное сканирование минимизирует последующие расходы на строительство и (или) реконструкцию при повышении качества будущего проекта;

Благодаря безотражательной технологии измерений, дает возможность выполнять работы по сканированию труднодоступных объектов, а также объектов, где нахождение человека нежелательно (невозможно);

Лазерное сканирование практически исключает влияние субъективных факторов на результат лазерного сканирования за счет высокой степени автоматизации;

Лазерное сканирование минимизирует долю полевого этапа в общих трудозатратах.

J1

Рисунок 5 - Основные преимущества работы лазерного сканирования

Лазерное сканирование подразделяют по назначению и методике реализации задач на три вида: наземное, воздушное и мобильное.

Наземное сканирование с созданием трехмерных моделей и конструкторской документации применяется для проведения детальной сьемки объектов, таких как:

Рисунок 6 - Преимущество наземного лазерного сканирования

Следует отметить и ограниченность программного обеспечения, которое зачастую не учитывает конструктивного многообразия архитектурных объектов, поэтому отдельные массивы точек приходится заносить вручную и ограниченность по работе в местах с отрицательно температурой.

Таким образом технологии наземного лазерного сканирования являются инструментом автоматизированного моделирования объектов капитального строительства, включая этапы инженерных изысканий, архитектурно-строительного и организационно-технологического проектирования, строительства, эксплуатации, реконструкции, модернизации, капитального ремонта, реставрации, вывода из эксплуатации, сноса и утилизации объекта.

Основным принципом работы в большинстве конструкций служит лазер, который формирует короткие импульсы света с высокой мгновенной мощностью и измеряет время, за которое они вернутся. Тем самым можно вычислить расстояние до объектов и расстояние между ними с помощью простейших программных вычислений на компьютере.

Полученные данные и параметры лазерного сканера легко используются для построения 3D-моделей местности, ортофотопланов и чертежей, городского планирования и топографии исследуемого региона. С помощью данной технологии можно определить высокоточную модель местности, а также объектов, расположенных на ней, что в свою очередь позволяет существенно облегчить и упростить процесс планирования земельных работ, а также оптимизировать организацию инфраструктуры на объекте строительства.

К плюсам технологии можно отнести:

- высокая точность и скорость прибора до 1 мм;

- отсутствие геометрических искажений;

- высокое проникновение;

- не зависит от интенсивности света в окружающей среде и может использоваться ночью или на солнце;

- промежуточный контроль объекта строительства -контроль хода инженерных работ;

- работы в области археологии;

- легко интегрируется с другими методами сбора.

К минусам относятся: высокая стоимость LiDAR, сбоев системы в условиях сильного дождя, тумана или снега.

Одним из больших преимуществ лазерного сканирования в строительстве промышленных объектов является координация строительства, особенно во избежание конфликтов между различными системами (например, HVAC, электричество, сантехника). Кроме того, стороны могут обмениваться данными, чтобы облегчить удаленную координацию. Сканирование выполняется не только в начале проекта; его можно выполнять в разные моменты временной шкалы, чтобы помочь зафиксировать вехи, уменьшить потребность в изменении заказов и передать работу другим специалистам. Лазерное сканирование в строительстве также может помочь отследить, где были допущены ошибки, и быстрее найти решение.

Таким образом, можно утверждать, что лазерное сканирование при 3D-проектировнии промышленных объектов - является востребованным и современным направлением геодезических исследований, которое позволяет за короткий промежуток времени изучить большие площади территорий. Конечно же, стоит обратить внимание на плюсы и минусы ВЛС, а также постараться устранить все недочеты, чтобы в дальнейшем было комфортнее работать. На данный момент исследования не стоят на одном месте, активно ведутся работы.

Литература

1. Жмудь В. А. Системы автоматического управления. Прецизионное управление лазерным излучением: учебное пособие для вузов / В. А. Жмудь; под общей редакцией С. Н. Багаева. — 2-е изд. — Москва: Издательство Юрайт, 2022. — 437 с.

2. Колбнева Е.Ю. К вопросу о возможностях интернет-ресурса GOOGLE EARTH // Транспорт: наука, образование, производство (20 апреля 2020 года). Воронеж: филиал РГУПС в г. Воронеж, 2020. С. 271 - 275.

3. Корнаухов П.С., Колбнева Е.Ю., Гвоздева О.В. Применение библиотек и инструментов языка программирования «PYTHON» для автоматизации работы с землеустроительной и кадастровой информацией // Теория и практика инновационных технологий в землеустройстве и кадастрах: Материалы. III национ. науч.-практ. конф. Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2020.

4. Куштин, В. И. Современные методы мониторинга деформаций зданий и сооружений / В. И. Куштин, А. А. Ревякин, В. А. Соколова, Н. Ф. Добрынин // Инженерный вестник Дона. - 2020. - № 11 (71). - С. 27-37. 6.

5. Развитие отдельных высокотехнологичных направлений. Белая книга. / Под ред. М. Ю. Соколова, Л. Д. Эйделькинд. - Москва: НИУ ВШЭ, 2022. - 186 с.

6. Сукманюк, А. С. Сканирующие технологии. Трёхмерное лазерное сканирование / А. С. Сукманюк, З. А. Малый, Д. А. Дражецкий // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник). - 2021. - № 4. - С. 183-187.

7. Суфиянов Р.Ш. Лазерное сканирование объектов // Тенденции развития науки и техники, 2022, №80-3. С.146-149

8. Храмлюк А. К., Романова Т. А., Аколян Г. Т. Возможности, преимущества и недостатки наземного лазерного сканирования [Текст]: статья / А. К. Храмлюк, Т.

А. Романова, Г. Т. Аколян - Краснодар: Кубанский государственный технологический университет, 2019. - 327 с. 20

9. Шмелева, И. О. Цифровые технологии в строительстве / И. О. Шмелева, Н. В. Гречушкина // Новые технологии в учебном процессе и производстве: материалы XIX Международной научно-технической конференции. - Рязань, 2021. - С. 223-225.

Possibilities and advantages of laser scanning in 3d design of industrial

objects Kulesh A.A.

ElitStroyProekt-KS LLP

JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90_

This article considers the positive and negative aspects of using laser scanning in 3D design of industrial objects. Laser scanning is a cutting-edge technology aimed at creating a digital model of terrain, including specific objects. The active use of laser scanning in Russia has become widespread in the field of engineering surveys, especially in providing cartographic data for the design and construction of industrial and pipeline facilities, deposits, and reservoirs in remote and hard-to-reach regions. Currently, laser scanning plays an important role in geodetic works. Laser scanning is a high-precision technology that uses a laser scanner to process aerial photographs. The laser scanner is a new tool for conducting any geodetic works. The laser scanner with support for highspeed scanning outputs the data of the real surface in digital format and transfers it to the spatial coordinate system. Each technology has its advantages and disadvantages, and although laser scanning has many advantages, it also has its disadvantages. Implementing laser scanning requires significant investment, especially if high-quality work is required. For many enterprises, the high initial costs can be an obstacle. The article also describes the methods of using laser scanning and its accuracy. The advantages, opportunities, and disadvantages of using laser scanning are discussed. Each technology has its advantages and disadvantages, and while laser scanning has many advantages, it also has its drawbacks. While the payoff from introducing laser scanning is important, the procedure also comes with some risks. While scanning can help reduce the overall cost of a project, implementing the technology is quite costly, especially if you want to get it done right. For many businesses, these high upfront costs can be a hurdle.

The article also revealed methods of using laser scanning and its accuracy. The advantages, possibilities and disadvantages of using laser scanning are considered.

Keywords: laser technologies, laser scanner, airborne laser scanning (ALS), digital 3D models, scope, advantages and disadvantages of technologies, geodetic works, survey accuracy. References

1. Zhmud V. A., Automatic control systems. Precision control of laser radiation: a

textbook for universities / V. A. Zhmud; under the general editorship of S. N. Bagaev. - 2nd ed. - Moscow: Yurayt Publishing House, 2022. - 437 p.

2. Kolbneva E.Yu. To the question of the possibilities of the GOOGLE EARTH

Internet resource // Transport: science, education, production (April 20, 2020). Voronezh: branch of RGUPS in Voronezh, 2020. P. 271 - 275.

3. Kornaukhov P.S., Kolbneva E.Yu., Gvozdeva O.V. Application of libraries

and tools of the PYTHON programming language to automate work with land management and cadastral information // Theory and practice of innovative technologies in land management and cadastre: Materials. III national. scientific-practical. conf. Voronezh: Voronezh State Agrarian University, 2020.

4. Kushtin, V. I. Modern methods of monitoring deformations of buildings and

structures / V. I. Kushtin, A. A. Revyakin, V. A. Sokolova, N. F. Dobrynin // Engineering Bulletin of the Don. - 2020. - No. 11 (71). - S. 27-37. 6.

5. Development of individual high-tech areas. White paper. / Ed. M. Yu.

Sokolova, L. D. Eidelkind. - Moscow: NRU HSE, 2022. - 186 p.

6. Sukmanyuk, A. S. Scanning technologies. Three-dimensional laser scanning /

A. S. Sukmanyuk, Z. A. Maly, D. A. Drazhetsky // Nauka. Technique. Technologies (polytechnic bulletin). - 2021. - No. 4. - P. 183-187.

7. Sufiyanov R.Sh. Laser scanning of objects // Trends in the development of

science and technology, 2022, No. 80-3. pp.146-149

8. Khramlyuk A. K., Romanova T. A., Akolyan G. T. Opportunities,

advantages and disadvantages of terrestrial laser scanning [Text]: article / A. K. Khramlyuk, T. A. Romanova, G. T. Akolyan - Krasnodar: Kuban State Technological University, 2019. - 327 p. 20

9. Shmeleva, I. O. Digital technologies in construction / I. O. Shmeleva, N. V.

Grechushkina // New technologies in the educational process and production: materials of the XIX International Scientific and Technical Conference. - Ryazan, 2021. - S. 223-225.

X X

о го А с.

X

го m

о

2 О

м

CJ