Лазерное сканирование: как работает 3D лазерный сканер в геодезии и изысканиях

Содержание:

1. Суть технологии
2. Типы лазерного сканирования
3. Наземное лазерное сканирование
4. Воздушное лазерное сканирование
5. Мобильное лазерное сканирование
6. 3D-лазерный сканер: устройство, принцип действия
7. Виды лазерных сканеров
8. Сферы применения лазерных сканеров
9. Характеристики лазерных сканеров: точность, диапазон дальности, скорость сканирования
10. Как выбрать геодезический лазерный сканер
11. Преимущества и недостатки технологии
12. Результаты лазерного сканирования
13. Как провести лазерное сканирование зданий и объектов?

Технология трехмерного 3D-сканирования открывает новые возможности для геодезии и инженерных изысканий. Она обеспечивает точный сбор данных о геометрии объектов и местности, позволяя создавать детализированные цифровые модели. Лазерные сканеры 3D генерируют миллионы точек, что делает метод эффективным для решения сложных задач в проектировании, строительстве и мониторинге территорий. Лазерное сканирование стало важным инструментом для выполнения современных изысканий, требующих высокой точности и оперативности.

Суть технологии

Метод измерения, основанный на использовании лазера для создания трехмерной модели – так звучит определение лазерного сканирования. Суть лазерного сканирования объектов заключается в измерении времени, за которое лазерный импульс достигает поверхности объекта и возвращается обратно. И регистрации направлений лазерного луча (вертикальный и горизонтальный угол. Время преобразуется в расстояние, и с помощью направлений система получает единичное измерение – точку. Измерения выполняются с высокой скоростью.

Результат работы сканера представляет собой облако точек – массив данных, который визуализирует объект или территорию в 3D. Эти точки содержат информацию о координатах, а в некоторых случаях и о цвете или других характеристиках поверхности. На основе облака точек создаются детализированные 3D-модели, топографические карты, чертежи и аналитические материалы.

Лазерное 3D-сканирование дает возможность работать с объектами сложной формы или в труднодоступных условиях, где традиционные методы измерений неэффективны. Использование лазерного сканирования в геодезии и инженерных изысканиях позволяет повысить точность и детальность съемки.

Типы лазерного сканирования

Существует несколько методов сканирования, каждый из них используется для решения конкретных задач, связанных с обследованием территорий либо объектов. Различия заключаются в технологии сбора данных, точности и области применения.

Наземное лазерное сканирование

Применяется для детального обследования объектов, требующих миллиметровой точности. Этот метод идеально подходит для съемки зданий, инженерных конструкций, мостов, туннелей и памятников архитектуры. При работе оператор устанавливает наземный лазерный сканер на штатив или стационарную платформу. Для сложных конструкций сканирование проводится с нескольких точек (станций), после чего результаты объединяются в единое облако.

Преимущества такой технологии лазерного сканирования:

• Высокая точность измерений, позволяющая выполнять детализированные обследования сложных объектов.
• Оборудование фиксирует мельчайшие элементы конструкций, что важно при обследовании инженерных сооружений и памятников архитектуры.
• Подходит для работы с объектами разного размера: от фасадов зданий до промышленных коммуникаций.
• Оператор работает дистанционно, что снижает риски на опасных или труднодоступных участках.

Метод активно используется для реставрации исторических зданий, контроля строительства и анализа инженерных объектов.

Воздушное лазерное сканирование

Позволяет эффективно обследовать крупные территории, используя оборудование, установленное на дронах, самолетах или вертолетах. Современные воздушные лазерные сканеры собирают данные о рельефе, растительности и наземных объектах с точностью до 5 см.

Воздушное сканирование охватывает территории в сотни гектаров за один рабочий день. Метод практически не имеет слепых зон, за исключением мест, закрытых плотными кронами деревьев или крытыми объектами. ВЛС применяется для создания топографических карт, анализа линейных объектов (дорог, ЛЭП, трубопроводов) и мониторинга природных территорий.

Преимущества технологии:

• За один день можно обследовать площади нескольких тысяч гектаров.
• Данные собираются значительно быстрее, чем при традиционных методах.
• Воздушное сканирование дешевле классических топографических методов при обследовании крупных территорий.

Мобильное лазерное сканирование

Проводится с помощью оборудования, установленного на транспортных средствах – автомобилях или поездах. Лидар жестко крепится к платформе и оснащается инерциальной системой и GPS-навигатором. Сейчас к мобильному сканированию можно отнести сканирующие системы переносимые человеком, оснащенные технологией SLAM.

МЛС применяется для обследования дорог, инженерных сетей и городских территорий. При скорости движения транспорта до 70 км/ч. Системы SLAM работают на меньшей скорости движения, но при этом скорость выполнения работы остается высокой. Мобильный лазерный сканер собирает пространственные данные обо всех объектах в поле зрения.

Преимущества мобильного сканирования:

• Высокая скорость сбора данных, даже при движении транспорта до 70 км/ч.
• Сканеры можно устанавливать на автомобили, поезда или суда, что расширяет сферу применения.
• Системы работают днем и ночью без потери качества данных.
• За счет автоматизации процесса съемки сокращается время на выполнение больших объемов работ.

3D-лазерный сканер: устройство, принцип действия

Устройство используется для сбора высокоточных данных о геометрии объектов и пространств. Его основная задача – создание трехмерных моделей объектов. Работа лазерного сканера 3D основана на использовании лазерного луча и точных измерений направлений, которые преобразуют данные в облако точек.

Лазерный 3Д-сканер состоит из нескольких компонентов:

• Излучатель. Генерирует узкий пучок света, который используется для измерения расстояний до объекта. Сканирующий лазер может быть непрерывным или импульсным, в зависимости от модели.
• Оптическая система - излучатель. Направляет луч и обеспечивает его отражение от поверхности объекта. Включает зеркала, которые вращаются для отклонения луча в разных направлениях.
• Приемник. Фиксирует отраженный сигнал. Современные модели трехмерных лазерных сканеров оснащены фотодетекторами, которые регистрируют интенсивность и время прохождения луча.
• Угловые датчики. Регистрируют направления луча в каждый момент времени для получения координат каждой точки в облаке точек.
• Система позиционирования для воздушный и мобильных сканеров. Включает встроенные инерциальные датчики и GPS-модули для привязки данных к глобальной или локальной системе координат. Очень важным элементом можно считать встроенные алгоритмы коррекции для уточнения позицинирования системы. Одним из таких алгоритмов называется SLAM (Одновременное позиционирование и картографирование). Это важно для получения точных пространственных данных.
• Процессор. Обрабатывает различные данные, полученные от сенсоров, и преобразует их в облако точек.
• Программное обеспечение. Управляет процессом съемки, хранит данные и обеспечивает дальнейшую обработку и визуализацию.

Принцип работы лазерного сканера основан на измерении расстояния между ним и объектом и вертикального и горизонтального угла. Современные 3D-сканеры обладают высокой скоростью работы и могут фиксировать до 2 млн. точек в секунду. Точность лазерного сканирования достигает 1 мм, поэтому устройства незаменимы для задач, требующих детального анализа. Дополнительно устройства оснащаются функциями регистрации цвета для каждой точки, что позволяет создавать цветные 3D-модели.

Виды лазерных сканеров

В зависимости от радиуса действия существуют следующие типы устройств:

• Среднего радиуса – предназначены для съемки объектов на расстоянии от 50 до 350 метров. Используют для сканирования зданий и сооружений, создания BIM-моделей и реставрации памятников архитектуры. Как правило такие сканеры имеют лучшую точность по сравнению с дальнобойными.
• Дальнего действия – позволяют проводить съемку на расстояниях до 6 километров. Применяются для топографической съемки рельефа, анализа линейных объектов, мониторинга карьеров и горных массивов.

Существуют также ручные лазерные сканеры 3D – компактные портативные устройства, которые подходят для работы с небольшими объектами или в труднодоступных местах. Их используют для создания 3D-моделей деталей, интерьеров помещений, контроля качества и проверки геометрии в промышленности. Их мобильность позволяет выполнять съемку даже в ограниченных пространствах.

Сферы применения лазерных сканеров

Геодезическое лазерное сканирование земли, зданий и сооружений применяется для:

• Создания цифровых моделей рельефа (ЦМР), топографических планов и карт.
• Мониторинга местности. Технология позволяет отслеживать изменения рельефа, например, при разработке карьеров, строительстве плотин или оценке последствий природных явлений.
• Обследование линейных объектов. Сканеры эффективно используются для съемки дорог, трубопроводов, линий электропередачи.
• Геодинамического мониторинга. Сканирование применяется для оценки деформаций объектов и предотвращения аварийных ситуаций.

Применение лазерного сканирования в других отраслях:

Лазерное сканирование строительных объектов помогает контролировать геометрию конструкций, проводить обмеры перед реконструкцией или реставрацией.

В архитектуре используются для точного восстановления памятников, создания чертежей сложных зданий и проектирования реконструкций.

• Лазерное 3 Д сканирование промышленности выполняется для контроля геометрии деталей и оборудования, инспекции резервуаров и трубопроводов.
• Применяется для анализа дорожных покрытий, проектирования развязок и обследования железнодорожных путей.

Характеристики лазерных сканеров: точность, диапазон дальности, скорость сканирования

Основные параметры, влияющие на выбор системы:

• Точность сканера определяет, насколько данные измерений соответствуют реальным параметрам объекта. Стационарные аппараты обеспечивают точность от 1 до 10 мм.
• Диапазон дальности выбирается в зависимости от задач: съемки городских пространств, природных зон или объектов промышленной инфраструктуры. Сканеры среднего радиуса работают на расстояниях до 350 м, дальнобойные достигают до 6 км, ручные рассчитаны на близкие расстояния.
• Скорость измерений влияет на производительность и временные затраты на выполнение съемки. Современные сканеры фиксируют до 2 млн. точек за секунду, что позволяет получать облако точек в максимально сжатые сроки.

Как выбрать геодезический лазерный сканер

Выбор зависит от целей проекта, условий работы и особенностей объекта. Основные характеристики, на которые нужно обращать внимание:

Преимущества и недостатки технологии

Технология сочетает высокую точность, скорость и универсальность. Ее преимущества:

• Метод позволяет получать данные с погрешностью до 1 мм, что делает его незаменимым для таких задач, как сканирование фасадов зданий, реставрация памятников или контроль конструкций.
• Современные сканеры регистрируют до 2 миллионов точек в секунду, поэтому их используют для исследований крупных территорий или объектов – например, для лазерного сканирования местности при создании цифровых карт или рельефных моделей.
• Возможность бесконтактного обследования важна при работе на сложных объектах, например, на инженерных сооружениях.
• Данные легко интегрируются в программное обеспечение для создания 3D-изображений, планов и чертежей.

Недостатки лазерного сканирования

• Оборудование и ПО требуют значительных вложений, это может ограничить использование метода для небольших проектов.
• Дождь, снег или густой туман могут снижать качество получаемых данных из-за рассеивания луча.
• Для эффективного использования техники требуется обучение операторов и навыки работы с ПО для обработки данных.
• Хотя сбор данных происходит быстро, их последующая обработка, сшивка облаков точек и построение изображений могут занимать значительное время.

Результаты лазерного сканирования

Основным продуктом технологии является облако точек. Оно становится основой для создания более сложных цифровых моделей:

• 2D-чертежи – планы, разрезы и схемы объектов, выполненные с точностью до миллиметра.
• Модель местности в цифровом формате – используется для топографических съемок, анализа рельефа и проектирования.
• Триангуляционная модель, которая отображает поверхность объекта или территории.
• ТИМ-модели – информационные модели зданий, включающие данные о геометрии, материалах и инженерных системах.

Как провести лазерное сканирование зданий и объектов?

Процесс начинается с подготовки объекта и оборудования. Оператор определяет ключевые точки установки прибора, чтобы охватить все элементы без слепых зон. Сканер размещается на штативе.

Далее происходит процесс съемки: прибор излучает лазерный луч, фиксирует отражения и формирует облако точек. При этом важно учитывать, как работает лазерный сканер с бликующими поверхностями – такие зоны требуют более точной настройки для минимизации искажений. После сбора данных точки сшиваются в единую модель, на основе которой создается 3D-изображение или планы объекта.

При воздушном или мобильном сканировании сначала выбирается оптимальная траектория движения, а затем производится съемка при движении сканера по этому пути. Траекторию надо строить таким образом, что бы охватить все элементы объекта и минимизировать слепые зоны.

Купить лазерный сканер предлагает компания EFT GROUP. В каталоге интернет-магазина представлены лучшие товары ведущих производителей в широком ассортименте. На сайте можно выбрать технику для проектов любой сложности по доступным ценам.

Наши специалисты помогут подобрать профессиональное оборудование недорого для каждой задачи. Мы предлагаем не только консультации, но и демонстрацию с обзором возможностей устройства перед покупкой, а также услуги круглосуточной клиентской поддержки. Доставка современного оборудования производится из Москвы по всей России. Для получения консультации по видам и ценам лазерных сканеров 3D свяжитесь с нами по телефону 8 (800) 444-18-40 или напишите на электронную почту info@eftgroup.ru. Мы будем рады вам помочь!