CC BY
608
УДК 528.531
ВОЗМОЖНОСТИ, ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
Ерасыл Кошанулы Кошан
Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, магистрант кафедры строительных материалов и технологии, тел. (778)109-85-67, e-mail: [email protected]
В статье рассматриваются все возможности и преимущества использования наземного лазерного сканирования. Объясняется принцип работы, устройство и сферы применения трехмерных лазерных сканеров. Анализируются и находят потенциальное решение недостатки системы трехмерного лазерного сканирования.
Ключевые слова: наземное лазерное сканирование, возможности, преимущества, сферы применения, недостатки.
POSSIBILITIES, ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF SURFACE LASER SCANNING
Yerassyl K. Koshan
Karaganda State Technical University, 100027, Republic Kazakhstan, Karaganda, 56 Boulevard of Peace, undergraduate of the Department of Construction Materials and Technology, tel. (778)109-85-67, e-mail: [email protected]
The article considers all the possibilities and advantages of using surface laser scanning. The working principle, the structure and the scope of application of three-dimensional laser scanners is explained. Analyzed and found a potential solution to the disadvantages of three-dimensional laser scanning systems.
Key words: surface laser scanning, possibilities, advantages, spheres of application, disadvantages.
Скорость развития технологии на данный момент высока как никогда. Компьютерные системы позволили намного упростить геодезические работы как полевые, так и камеральные. Объединение возможностей геодезических и фотограмметрических приборов позволило создать абсолютно новый прибор - систему трехмерного лазерного сканирования (наземного лазерного сканера). Главным принципом этого метода является измерение с высокой скоростью расстояний от сканера до точек объекта, и фиксирование горизонтальных и вертикальных углов.
Продуктом такой съемки является облако точек. Облако точек включает в себя миллионы измерений, которые иногда могут быть чересчур детальными и создавать неудобство во время обработки. Высокий уровень автоматизации наземного сканирования обладает некоторыми отличными возможностями по отношению к другим способам информации. Во-первых, лазерное сканирование может определить координаты заданные точки объекта в полевых условиях
(при сканировании измеряются углы, по которым идет вычисление заданных точек). Затем трехмерная визуализация в режиме настоящего времени позволяет на этапе полевых работ определить нерабочие зоны.
Далее при этом методе отсутствует необходимость обеспечения сканирования заданных точек объекта с двух расположений стояния, потому что здесь высокая точность измерения, также при дистанционном получении информации обеспечивается безопасность работника при съемке в опасных и труднодоступных районах.
Лазерный сканер можно разделить на несколько основных компонентов:
- Приемо-передающая часть. Как правило, в ней расположены лазерный излучатель и приемник.
- Вращающаяся многогранная призма. Обеспечивает распределение лазерного пучка в вертикальной плоскости.
- Сервопривод горизонтального круга. Обеспечивает вращение измерительной головки (приемо-передающей части) в горизонтальной плоскости.
- Компьютер. Предназначен для управления съемкой и записи данных на носитель.
По принципу измерения расстояния до объекта, наземные лазерные сканеры подразделяются на две группы: импульсные и фазовые.
Импульсные лазерные сканеры используют принцип расчета времени прохождения лазерным лучом двойного расстояния от сканера до цели.
Фазовые лазерные сканеры используют принцип определения количества целых длин волн между локатором и объектом и разности фаз излученной и принятой волны модулирующего колебания [1].
Наземное лазерное сканирование может применяться в следующих отраслях:
- нефтегазовая отрасль;
- горное дело;
- промышленное и гражданское строительство, градостроительство;
- инженерные коммуникации; железные и автомобильные дороги;
- архитектура, археология, сохранение памятников и исторических объектов;
- при чрезвычайных происшествиях.
Преимущества наземного лазерного сканирования перед традиционными методами съемки:
- трехмерная визуализация в процессе съемки;
- миллиметровая точность;
- более обширные результаты;
- высокая скорость съемки;
- возможность съемки труднодоступных и опасных объектов.
Расходы проведения съемки методом наземного лазерного сканирования на не больших участках больше традиционных методов съемки, а на больших участках примерно одинаковы. Но даже при большей стоимости наземного лазерного сканирования огромное количество данных, миллиметровая точность и высокая скорость измерений дает этому методу огромное преимущество. Так как в дальнейшем на этапах проектирования, строительства и эксплуатаций по-
лученные данные ограждают от лишних расходов и позволяют грамотно распределять ресурсы [2].
Наземное лазерное сканирование при всех своих достоинствах в некоторых ситуациях не может быть полноценным решением в таких ситуациях приходится прибегать к помощи дополнительного оборудования либо полностью отказаться от данного вида съемки.
Недостатки наземного лазерного сканирования и их возможные решения:
- в силу того, что сканер может делать измерения только на тех объектах с которыми у него есть прямая видимость некоторые объекты невозможно полностью отсканировать, даже пройдя вокруг него станциями установки прибора. Например, с помощью сканера невозможно полностью со всех сторон отснять мост или другое инженерное сооружение если по близости нету точки, которая сравнительно выше этой конструкции. Такая же ситуация может возникнуть и во время съемки здания если доступ на крышу не является возможным. В таких ситуациях приходится искать другие инструментальные решения либо дополнять данные сканера данными взятыми с других устройств. Одним из таких решений может быть аэрофотосъемка которая в отличие от сканнера с давних времен используется отечественными геодезистами. На данный момент развитие аэрофотогеодезии достигло таких высот что высокоточные фотоаппараты вкупе с GNSS приемниками устанавливаются в малогабаритные беспилотные летательные аппараты и квадрокоптеры. Результатом работы таких устройств могут быть как облака точек, так и ортофотопланы с высоким разрешением. Так же помимо оснащенных фотоаппаратами БПЛА существуют устройства, позволяющие вести воздушное лазерное сканирование. Совместное использование наземного лазерного сканера и данных устройств полностью решает проблему;
- еще один из существенных недостатков трехмерного лазерного сканера является высокая сложность и в некоторых случаях невозможность сканирования стеклянных конструкций, окон и других абсолютно гладких поверхностей. По принципу работы лазерного сканера лазерный пучок исходит из излучателя отражается от поверхности объекта и возвращается в приемник. В случае же сканирования стекла лазерный пучок отражается тем же углом, под которым попал на стекло и не возвращается в приемник. Так как в большинстве современных зданий и сооружений используют остекленные фасады сканирование таковых является крайне сложной задачей. Такая проблема возникает и при сканировании различных автомобильных деталей, для задач в машиностроительной отрасли. Данные получаются не точными и с большим количеством шумов и помех. Решением данной проблемы является нанесение на гладкие поверхности специальных красок (меловых) либо сканирование объектов до монтажа остекленного фасада;
- привязка сканера. Данный недостаток обусловлен тем, что сканер в некоторых случаях (при отсутствии достаточно сгущенной геодезической сети) не может при необходимости самостоятельно без использования других геодезических приборов привязаться к системе координат или создать собственную геодезическую сеть. На первый взгляд данный недостаток может показаться
преувеличением, но в нынешний век развитых технологий установка в устройство встроенного GNSS приемника в виде платы и возможность получения поправок через базовую станцию кажется не столь уж фантастическим. Но в данный момент этот недостаток решается с помощью использования для привязки сканера тахеометра либо GNSS приемника;
- погодные условия и факторы окружающей среды так же могут воспрепятствовать проведению съемки либо ухудшить результаты сканирования. Данные факторы нельзя в полной мере назвать недостатками так как все геодезические приборы зависимы от влияния окружающей среды, но все же данные особенности необходимо учитывать для правильной работы с прибором. Большинство сканеров обладают в некоторой степени пыле-влагозащитой, но все же сильные осадки и ветра могут ухудшить результаты сканирования создавая помехи в облаке точек. Такие помехи могут быть недопустимы при сканировании объектов, которым требуется максимальная точность измерений. Низкие температуры так же могут сделать измерения невозможными. Производители сканеров предлагают различные решения данной проблемы от низкотемпературной arctic модификаций инструмента до специальных зимних шуб, надеваемых на приборы. Но проблемы с плохими погодными условиями могут решится только ожиданием лучших времен.
Подведя итоги систему трехмерного лазерного сканирования можно охарактеризовать как очень перспективную и революционную технологию с некоторыми ограничениями и недостатками в использовании. Но как первый шаг к чему-то большему наземное лазерное сканирование дает большие надежды и в данной методике кроются огромные перспективы развития.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ковров А. Наземное лазерное сканирование на смену ручной работе // Инженерные изыскания. - 2008. - Вып. 3. - С. 103-105.
2. Фролов А. Технологии трехмерного лазерного сканирования // Лазерное сканирование. - 2006. - С. 57.
© Е. К. Кошан, 2017
