Лазерный сканер называют по-разному: наземным лазерным сканером, лазерной сканирующей системой или трехмерным лазерным сканером. Главное, что все эти термины обозначают одно устройство.
Работа сканера заключается в том, что он на высокой скорости сканирует поверхность, определяет ее характеристики, преобразует их в цифровой вид в трехмерной системе координат. Это устройство совсем недавно начали использовать в геодезии, и лазерные системы сканирования отлично подошли для этого вида работ.
Перед началом работы задается область сканирования. Это угол поворота зеркала, в переделах которого с большой скоростью распространяется лазерный луч. Область сканирования можно задавать до 360° по горизонтали (то есть полный круг) и до 270° в вертикальном направлении. Таким образом, можно производить геодезическую съемку практически всех точек вокруг лазерного сканера. Это позволяет обойтись минимальным количеством приборов.
Во время работы для каждой отсканированной точки определяются три пространственные координаты, которые записываются в виде числового массива. Кроме того, для каждой точки определяется ее цвет.
Главные преимущества лазерной сканирующей системы:
высокая точность измерений,
возможность создания различных чертежей, в частности, чертежей сечений,
измерения проводятся с высокой скоростью
обработка данных происходит практически мгновенно, что немаловажно для работы в полевых условиях,
есть возможность сравнивать полученную информацию с проектной моделью, что облегчает контроль качества работы,
по результатам съемки можно составлять топографические планы,
возможность геодезической съемки труднодоступных и опасных объектов,
возможность автоматического сравнения результатов сканирования с предыдущими для определения величины деформации.
Принцип работы прибора основан на выполнении измерений дальности до объекта съемки, с помощью лазерного безотражательного дальномера, а также и определении горизонтального и вертикального углов, для каждой точки интересующего нас объекта. Измерения производятся с высокой плотностью и точностью, что впоследствии позволяет создать трехмерную математическую модель объекта съемки. Процесс выполнения съемки автоматизирован. Преобразование полярных координат точек лазерных отражений в Декартовы производится автоматически.
На сегодняшний день системы лазерного сканирования получают все большее распространение. Преимущества данной технологии перед традиционными методами очевидны. Использование систем лазерного сканирования значительно повышает производительность, сокращаются затраты времени на полевые работы и камеральную обработку. Также появляется возможность бесконтактной съемки объектов, что особенно важно на объектах с повышенной опасностью.
Принцип действия систем сканирования состоит в безотражательном измерении расстояния до цели, при помощи лазера, и значения угла, определяющего направление распространения лазера. В результате получается точка с известными координатами. Поле зрения наземного лазерного сканера составляет от 40 х 40 до 180 х360. Точность регистрации поверхности составляет от нескольких миллиметров до 5 сантиметров, в зависимости от расстояния, отражающей способности поверхности и разрешения. Такое геодезическое оборудование как лазерный сканер имеет дальность действия от 1 до 2500 метров, в зависимости от особенностей конкретного прибора.
Комплект оборудования состоит из собственно лазерного сканера, портативного компьютера со специальным программным обеспечением, аккумуляторов и зарядного устройства. В последнее время на лазерных сканерах все чаще встречается встроенная камера высокого разрешения, позволяющая одновременно с облаком точек получать реальные изображения поверхности. Системы лазерного сканирования, устанавливаемые на автомобилях (так называемые, системы мобильного сканирования) могут дополнительно комплектоваться спутниковыми приемниками и специальными датчиками колес (одометрами).
Процесс работы на станции предельно прост. Через персональный компьютер или (на некоторых моделях) через котроллер задается необходимое поле сканирования, плотность сканирования (разрешение) и запускается сам процесс съемки.
Получаемое "облако точек" выдается на монитор, или экран контроллера, непосредственно в процессе измерения в реальном времени, по мере следования лазерного луча по объекту. Данный массив точек можно сразу же просматривать, вращать и выполнять необходимые измерения. Для удобства визуализации по желанию пользователя изображение может окрашиваться в цвета показывающие интенсивность лазера, удаление цели от прибора, или в реальный цвет.
Эффективность применения лазерного сканирования наиболее ярко проявляется в том случае, когда съемка объекта необходима с высокой подробностью и точностью.
Выводы по главе
Обеспечение геодезическими данными при проведении при топографических работах производилось сложно и отнимало много времени на измерения. Теперь, при быстром развитии науки на замену старым методикам и приборам пришли электронные и лазерные геодезические приборы. Проведённый в работе анализ получения данных, качество обработки результатов наблюдений демонстрирует существенные преимущества современных приборов.
Охрана окружающей среды
Годы независимости в Казахстане стали годами образования и становления совершенно новой государственной системы обеспечения экологической безопасности, управления охраной окружающей среды и природопользованием - хорошо организованной и территориально разветвленной системы исполнительных органов в области охраны окружающей среды Республики Казахстан. Это обеспечило формирование и последовательную реализацию государственной политики в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.
Однако на протяжении многих десятилетий в Казахстане складывалась преимущественно сырьевая система природопользования с экстремально высокими техногенными нагрузками на окружающую среду. Поэтому кардинального улучшения экологической ситуации пока не произошло и она по-прежнему характеризуется деградацией природных систем, что ведет к дестабилизации биосферы, утрате ее способности поддерживать качество окружающей среды, необходимое для жизнедеятельности общества.
Однако,с момента принятия Концепции экологической безопасности в Республике Казахстан произошли серьезные перемены в общественном развитии. Разработаны стратегические документы развития государства, создана основа природоохранного законодательства, подписан ряд международных конвенций по вопросам охраны окружающей среды, создана система управления природоохранной деятельностью.
Целью государственной политики в области экологической безопасности является обеспечение защищенности природных систем, жизненно важных интересов общества и прав личности от угроз, возникающих в результате антропогенных и природных воздействий на окружающую среду.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
снижение антропогенного воздействия, ведущего к изменению климата и разрушению озонового слоя Земли;
сохранение биоразнообразия и предотвращение опустынивания и деградации земель;
реабилитация зон экологического бедствия, полигонов военно-космического и испытательного комплексов;
предупреждение загрязнения шельфа Каспийского моря;
предупреждение истощения и загрязнения водных ресурсов;
ликвидация и предотвращение исторических загрязнений, загрязнения воздушного бассейна, радиоактивного, бактериологического и химического загрязнений, в том числе трансграничного;
сокращение объемов накопления промышленных и бытовых отходов;
предупреждение чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Охрана окружающей среды при производстве топографических работ
При производстве топографических работ следует уделять большое внимание вопросам охраны природы. При этом необходимо стремиться к максимальной сохранности лесных и пахотных земель, пастбищ и других сельскохозяйственных угодий. Прокладку опорных ходов нужно выполнять по возможности вдоль дорог и троп, располагая центры и реперы в местах отсутствия лесонасаждений и сельскохозяйственных культур. При передвижении транспорта необходимо свести к минимуму повреждения ценных угодий и проведение лесных вырубок; с этой целью следует стремиться к более широкому использованию аэрогеодезических методов измерений. При развитии съемочного обоснования нужно по возможности использовать естественные контуры и местные объекты для размещения опорных точек, чтобы исключить нанесение ущерба природе.
При выполнении работ в населенных пунктах запрещается производить измерения на газонах, в огородах и других местах искусственных насаждений, рубить деревья и кустарники, ломать ветки. Нельзя засорять территорию и водоемы бытовыми отходами, выбрасывать бумагу, упаковочные материалы, банки, бутылки, они должны быть сложены в ящики и контейнеры для сбора мусора.
Все работники должны быть проинструктированы о соблюдении установленного на предприятии противопожарного режима. При изменении специфики работы рабочих и служащих предприятия проводится повторный инструктаж или организуются занятия по пожарно-техническому минимуму. По окончании прохождения пожарно-технического минимума принимаются зачеты. В процессе работы необходимо предпринимать меры, исключающие загрязнение водных источников и окружающей среды, сохранять и охранять леса, торфяники и сельскохозяйственные посевы от пожаров. Правилами пожарной безопасности запрещается разводить костры возле нефтепродуктов и других легковоспламеняющихся веществ, вблизи деревьев, кустарников и спелых посевов, в местах с подсохшей травой, на торфяниках. Костры следует окапывать канавой и тщательно гасить, засыпая песком, землей или заливая водой. Нельзя бросать на землю горящие спички и тлеющие окурки в сухом лесу или на лугу с высохшей травой.
По результатам топографической съемки составляется подробный план с нанесением границ участка, естественного рельефа местности, наличия и характера природных водоемов. Топографическая съемка, а именно - фотографирование из космоса применяется для контроля состояния окружающей среды. На космических снимках регистрируются почти все виды загрязнений воздушной и водной сред и почв как результат промышленной деятельности человека. Процессы загрязнения окружающей среды, ежедневно происходящие на громадной территории очень динамичны. Поэтому космические съемки имеют особое значение для их регистрации.
Охрана труда
На условия и охрану труда в настоящее время определяющее влияние оказывают экономическое положение организаций, состояние материально-технической базы производства, уровень используемых технологий, развитость научно-технических и экономико-правовых институтов по защите работающих. Такое положение объясняется тем, что во многих организациях республики отсутствуют службы безопасности и охраны труда, а в тех организациях, где созданы эти службы, они укомплектованы слабыми, недостаточно квалифицированными кадрами.
На рабочих местах недостаточно качественно проводится обучение работников безопасным приемам работ и инструктажи по технике безопасности. К тому же на предприятиях, в том числе на объектах базовых отраслей промышленности, крайне медленными темпами осуществляется техническое перевооружение производств.
Система управления охраной труда, действующая в настоящее время, построена на принципах реагирования на страховые случаи, а не на принципах их профилактики, что является одной из серьезных проблем. Анализ системы управления охраной труда на предприятиях свидетельствует о необходимости активного применения наряду с правовыми, административными, организационными подходами научно-исследовательских, социальных, экономических рычагов управления охраной труда, обеспечивающих улучшение условий труда и снижение профессионального риска.
Надо признать, что сегодня влияния неблагоприятных производственных факторов на здоровье работников на производстве практически не изучаются, фиксируются лишь последствия, приведшие к несчастным случаям, а не причины их возникновения. Основное внимание уделяется не предупреждению случаев повреждений здоровья работников, а компенсационным мероприятиям при наступлении несчастных случаев.
Приоритетность компенсационных мер по возмещению вреда пострадавшим на производстве в ущерб превентивным мерам является причиной ситуации, когда обеспечение профилактических и защитных мероприятий по охране труда производится по остаточному принципу.
На предприятиях Астаны за прошедший год произошло 157 несчастных случаев. Основная причина – неосторожность сотрудников, 30 человек погибли.
Из общего числа пострадавших женщин составило 16,6%. При этом 8 человек пострадало при групповых несчастных случаях. Главной причиной несчастных случаев являлась грубая неосторожность пострадавшего. По этой причине пострадало 76 человек, из них 9 погибло.
К примеру, в результате несчастного случая 71 человек получил закрытые переломы, 17 человек – открытые переломы, другие переломы (с вывихом, со смещением) – 10 человек. Поверхностные травмы, ушибы, травмы от поверхностного инородного тела (без больших открытых ран), укусы насекомых (неядовитые) получили 29 человек. Травмы от сотрясения и травмы внутренних органов зафиксированы у 26 человек, ожоги – 7 человек. Наибольшее число пострадавших - квалифицированные рабочие в возрасте от 18 до 29 лет, работавшие в первую смену.
Неудовлетворительное состояние здоровья работающего населения негативно отражается на экономике страны. Наряду с экономическими потерями из-за неудовлетворительных условий труда, производственного травматизма и профессиональных заболеваний республика несет большие социальные издержки.
По данным Агентства Республики Казахстан по статистике материальные последствия несчастных случаев, включая выплату по листу нетрудоспособности, доплаты до прежнего заработка или при переводе на другую работу и единовременные пособия, в 2014 г. составили 1,2 млрд тенге. На льготы и компенсации за работу во вредных условиях труда в 2014г. было затрачено более 52 млрд тенге, что на 28,8% больше, чем в 2000г. (более 40 млрд тенге), или 0,02% ВВП (21 514 млрд тенге).
Правила безопасности и охрана труда при топографической съемке местности
До начала полевых работ в экспедициях и полевых партиях должны быть проведены организационно-технические мероприятия, направленные на создание безопасных и здоровых условий труда при выполнении полевых работ. В период составления проектов должны учитываться следующие организационные вопросы, связанные с охраной труда: вид транспорта и порядок передвижения по участку работ; водные переправы и переходы через сложные горные перевалы и труднодоступные участки; сроки проведения работ по участкам; размещение баз партий, подбаз и лабазов, организация радиосвязи и порядок обеспечения бригад продуктами; необходимость и порядок организации перегона транспорта и доставка людей к месту работы; наиболее приемлемые технологические схемы работ.
Проект организации полевых работ экспедиции должен состоять из проектов организации работ партий, рабочих и технических проектов производства полевых работ и подробной объяснительной записки о выполнении мероприятий по охране труда в период подготовки к полевым топографо-геодезическим работам.
Перед началом работы геодезист должен надеть специальную одежду и специальную обувь с учетом погодных условий, а также сигнальный жилет и защитную каску; при необходимости, нужно проверить наличие и подготовить к использованию средства индивидуальной защиты от воздействия опасных и вредных производственных факторов.
Спецодежда должна быть соответствующего размера, чистой и не стеснять движений.
Прежде чем приступать к работе, необходимо внимательно осмотреть место предстоящей работы, привести его в порядок, убрать все посторонние предметы и подготовить ограждения и дорожно-сигнальные переносные знаки для их установки в местах возможного прохода людей и проезда автотранспорта.
1. В солнечные дни обязательно работать с покрытой головой. При работе в поле на солнце без головного убора воздействие инфракрасных солнечных лучей может вызвать солнечный или тепловой удар.
2. Не разрешается ложиться или садиться на сырую землю и траву – это может вызвать сильную простуду и тяжелые заболевания.
4. В сухое время года использовать легкую обувь, полуботинки, тапочки.
5. При работе вдоль дороги запрещается размещать инструменты и работающих на проезжей части.
6. Запрещается топтать и портить посевы, зеленые насаждения, ходить по газонам, портить заборы и т.п., оставлять забитые колышки.
7. Основное время рабочего дня геодезист и топографист находятся на ногах, поэтому обувь необходимо подбирать по ноге, соблюдать гигиену.
10. Необходимо выполнять установленный распорядок. В часы прохождения практики не разрешается самовольно отлучаться из бригады, не поставив в известность руководителя практики или бригадира.
11. При интенсивном движении городского транспорта расстояние следует определять аналитически с расположением базиса на тротуаре или в другом безопасном месте.
12. На действующей автомобильной дороге промер линий следует вести по бровке.
14. При работе на городских улицах запрещается носить рейки, вешки на плечах.
15. Необходимо осторожно обращаться со стальной мерной лентой при разматывании ее.
16. В случае укуса змеи или ядовитых насекомых нужно немедленно и крепко перевязать пораженную часть тела выше укуса на 10-15 см.
Сообщить руководителю и немедленно обратиться к врачу.
17. О каждом несчастном случае, в результате которого пострадавший оставляет место работы, руководитель практики немедленно должен быть уведомлен.
Еще недавно для составления точных схем и чертежей, максимально детально отражающих реальность, требовалось много трудозатрат, людей и большого набора аппаратуры. Даже с появлением тахеометров в широком доступе, большие или сложные объекты воплощались в чертежах спустя долгое количество времени. GPS-приемники упростили эти задачи, но всё же недостаточно. Однако, инженерную мысль не остановить и сейчас на рынке стали доступны наземные лазерные сканеры. С помощью этих компактных устройств можно проводить работы любой сложности, получая конечную исполнительную съемку в максимально сжатые сроки, а существенно снижается. 3D-сканер, как и все дальномерные лазерные устройства, получает необходимые данные методом измерения расстояния до объекта, а также горизонтальных и вертикальных углов. Важное отличие от большинства электрооптических и электронных устройств заключается в том, что в данном случае процесс полностью автоматизирован.
Лазерный сканер устанавливается на землю на штативе, он приводится в рабочее положение, затем оператор на подключенном компьютере задает границы работ и запускает процесс. Дальше всё делает автоматика, геодезисту остается лишь контролировать происходящее. Преимуществом этой технологии является скорость съемки – за одну секунду устройство может снять пространственные координаты около 1 миллиона точек. Это существенно быстрее работы геодезиста за тахеометром. Такие темпы смогут сократить время на обработку данных и подготовку всех необходимых документов.
Существуют разные виды лазерного сканирования, но наиболее популярным и востребованным сегодня является наземное сканирование. Оно применяется для составления трехмерной модели зданий, сооружений, памятников архитектуры, сложных конструкций, промышленных узлов и многого другого. Интерес к этой технологии постоянно растет и есть смысл заказывать услугу у специалистов, так как оборудование для этих работ остается еще весьма дорогим. Геодезическая компания «ГлавГеоСъёмка» располагает всеми необходимыми инструментами для проведения сканирования, а наши специалисты имеют высокий уровень профессионализма для решения любых задач.
Что такое лазерный сканер?
Основным инструментом геодезиста на данных работах является лазерный сканер. Так как эта технология еще весьма молода, немногие знакомы с ее устройством и не все понимают, что из себя представляет этот аппарат. Сканер – это компактная конструкция, габариты которой несильно превышают размеры тахеометра. Ведущие фирмы, производящие геодезическое оборудование, сегодня занимаются выпуском этих гаджетов, и их совершенствование продолжается. Возможно, в ближайшем будущем мы увидим еще более миниатюрные сканеры, которые можно будет уместить в небольшом футляре. Но пока технологии не позволяют сделать аппарат, который бы был универсальным, подходящим под любые задачи. Например, для подсчетов объемов выемки грунта повышенная точность не важна. Зато становятся важными дальность действия лазера и его степень защиты от напастей природы. То же самое касается и горных выработок, когда нужно лишь подсчитать объем изымаемой земли или полезных ископаемых и вести мониторинг за состоянием выработки.
Где применяется лазерное сканирование?
Список областей, где лазерный сканер становится всё популярнее, растет с каждым годом. Если еще недавно это были некие эксперименты, то сейчас работы поставлены на поток. Архитекторы и реставраторы часто применяют в своей работе трехмерные модели, изготовленные геодезистами. С помощью компьютерной графики они могут досконально изучить фасады исторических зданий, памятники архитектуры, провести экспертизы, составить проект по реконструкции и подсчитать сметы. Инженеры для расширения и ремонта существующих узлов промышленных систем стали прибегать к услугам 3D-сканеров. Благодаря той детальности, с которой это устройство получает окончательную модель, специалисты могут точнее проанализировать места поломок или подключения новых агрегатов.
Строители на горных выработках получат данные об объемах работ гораздо быстрее, чем это мог бы сделать геодезист за тахеометром – тот объем, что совершается сканером за одну секунду, может отнять у специалиста за электрооптическим прибором не один год. Поскольку процесс автоматизирован, человеческий фактор нивелируется полностью – сканер обрабатывает все мельчайшие детали, на которые может не обратить внимания человек. На самом деле, список сфер еще весьма внушителен – мониторинг зданий и сооружений, наблюдение за деформациями, дорожная съемка, горнодобывающая промышленность, создание и обновление карт и так далее.
Всё больше и больше компаний осознают преимущества использования лазерного сканера. Несмотря на кажущуюся простоту, этот процесс требует профессионализма, как на полевом этапе, так и на этапе камеральной обработки – мало просто запустить прибор и отснять объект, нужно еще и подготовить требуемый чертеж, схему, модель. Именно поэтому вам стоит обратиться в компанию «ГГС-Геодезия» - мы располагаем всем необходимым оборудованием, а наши специалисты являются лучшими в своем деле.
Несмотря на то, что первые наземные 3D сканеры появились еще в прошлом веке, пока нет основания утверждать, что технология лазерного 3D сканирования широко используется в геодезии. В качестве главных причин, наверное, нужно назвать пока еще высокую стоимость таких систем и недостаток информации о том, как их эффективно использовать в тех или иных приложениях. Тем не менее, интерес к этой технологии и ее востребованность на рынке геодезического оборудования растут с каждым годом в геометрической прогрессии.
Что такое трехмерный лазерный сканер?
По типу получаемой информации прибор во многом схож с тахеометром. Аналогично последнему, 3D сканер при помощи лазерного дальномера вычисляет расстояние до объекта и измеряет вертикальныe и горизонтальные углы, получая XYZ-координаты. Отличие от тахеометра заключается в том, что ежедневная съемка при помощи наземного лазерного 3D сканера – это десятки миллионов измерений. Получение аналогичного объема информации с тахеометра займет не одну сотню лет…
Первоначальный результат работы лазерного 3D сканера представляет собой облако точек. В процессе съемки для каждой из них записываются три координаты (XYZ) и численный показатель интенсивности отраженного сигнала. Он определяется свойствами поверхности, на которую падает лазерный луч. Облако точек раскрашивается в зависимости от степени интенсивности и после сканирования выглядит как трехмерное цифровое фото. Большинство современных моделей лазерных сканеров имеют встроенную видео- или фотокамеру, благодаря чему облако точек может быть также окрашено в реальные цвета.
В целом схема работы с прибором заключается в следующем. Лазерный сканер устанавливается напротив снимаемого объекта на штатив. Пользователь задает требуемую плотность облака точек (разрешение) и область съемки, затем запускает процесс сканирования. Для получения полных данных об объекте, как правило, приходится выполнять данные операции с нескольких станций (позиций).
Затем выполняется обработка первоначальных данных, полученных со сканера, и подготовка результатов измерений в том виде, в котором они необходимы заказчику. Данный этап не менее важен, чем проведение полевых работ, и зачастую более трудоемок и сложен. Профили и сечения, плоские чертежи, трехмерные модели, вычисления площадей и объемов поверхностей – все это, а также другую необходимую информацию можно получить в качестве конечного результата работы со сканером.
Основные сферы применения трехмерного сканирования:
- промышленные предприятия
- строительство и архитектура
- дорожная съемка
- горное дело
- мониторинг зданий и сооружений
- документирование чрезвычайных ситуаций
Этот список далеко не полный, поскольку с каждым годом пользователи лазерных сканеров выполняют все больше уникальных проектов, которые расширяют сферы применения технологии.
Лазерное сканирование от Leica Geosystems – история лазерных сканеров
История лазерных сканеров Leica началась еще в 90-х годах прошлого века. Первая модель 2400, тогда еще под маркой Cyra, была выпущена в 1998. В 2001 году компания Cyra вошла в концерн Leica Geosystems в подразделение HDS (High-Definition Surveying). Сейчас, по прошествии 14 лет, компания Leica Geosystems представляет на рынке линейку из двух сканирующих систем.
Как уже было сказано выше, лазерное 3D сканирование применяется в совершенно разных областях, и универсального сканера, который эффективно решал бы все задачи, не существует.
Для съемки промышленных объектов, где не требуется большой дальности, но модель должна быть очень детальной (то есть нужен точный высокоскоростной прибор), оптимальным будет лазерный сканер Leica ScanStation P30
: дальность до 120 м, скорость до 1 000 000 точек в секунду.
Совершенно другие требования предъявляются к сканеру, если речь идет о съемке открытых разработок и складов сыпучих материалов с целью подсчета объемов. Здесь достаточно сантиметровой точности дальномера, а на первый план выходит дальность съемки и защищенность от погодных условий и пыли. Идеальный прибор для сканирования в таких условиях – Leica HDS8810 с дальностью до 2 000 м и пылевлагозащищенностью IP65. Кроме того, этот прибор – единственный на рынке сканирующих систем, который работает в температурном диапазоне от -40 до +50 град. То есть HDS8810 – лазерный сканер, который работает при любых погодных условиях.
Ключевая модель подразделения HDS компании Leica Geosystems – это Leica ScanStation P40 . Знаменитая и самая популярная в мире линейка ScanStation, история которой началась еще в 2006 году, пополнилась в апреле 2015 года сканером P40. Точность и скорость P40 унаследовал от предыдущей модели, но стал более дальнобойным, а качество данных стало еще лучше. По спектру решаемых задач этот прибор действительно лидер в своем сегменте. Неслучайно, несмотря на «молодость» этой модели, она уже приобрела широкую популярность в мире.
Программное обеспечение для обработки данных лазерного сканирвания (облака точек)
Нельзя не сказать несколько слов о программном обеспечении для обработки данных, полученных со сканера. Этой составляющей системы трехмерного лазерного сканирования потенциальные заказчики уделяют незаслуженно мало внимания, хотя обработка данных, получение конечного результата работы - это не менее важные этапы проекта, чем полевые работы. Спектр программного обеспечения Leica HDS – действительно самый широкий на рынке лазерного сканирования.
Главный элемент спектра – это, конечно, комплекс Cyclone . Эта модульная программная система по праву считается самой популярной в мире и обладает большим пакетом инструментов для обработки данных, получаемых с помощью сканера. Есть у Leica и ряд более узкоспециализированных программ. Для тех, кто привык работать в традиционных САПР, существует серия программных продуктов Leica CloudWorx , встраиваемых в AutoCAD, MicroStation, AVEVA и SmartPlant, что позволяет пользователям данных программ работать непосредственно с облаками точек. 3DReshaper строит высококачественные триангуляционные модели поверхностей объектов и позволяет проводить мониторинг деформаций путем сравнения съемок объекта, сделанных в разные периоды времени. В линейке программ Leica HDS есть даже ПО для обработки данных сканирования в криминалистике.
Таким образом, лазерное сканирование от Leica Geosystems – это целый комплекс программных и аппаратных решений. Под каждую, пусть даже узкоспециализированную задачу, у компании Leica найдется комбинация «сканер + программа», которая поможет решить эту задачу максимально эффективно.
Лазерное сканирование является разновидностью активной съемки. Лазерный сканер (лидар), работающий в импульсном режиме, проводит дискретное сканирование поверхности Земли и объектов, расположенных на ней, регистрируя направление лазерного луча и время прохождения луча. Таким образом, удается однозначно локализовать в пространстве точку (точки, если отражений было много), от которой отразился лазерный луч. Текущее положение лазерного сканера определяется с помощью высокоточного спутникового приемника, работающего в дифференциальном режиме совместно с инерциальной системой. Зная углы разворота и относительные смещения между компонентами описанной системы, можно однозначно определить абсолютные координаты каждой точки лазерного отражения в пространстве.
Съемка ведется в непрерывном режиме, особенно эффективна для малообжитых территорий.
Преимущества лазерного сканирования
1. Стоимость
Стоимость съемки и моделирования объектов ниже, чем при использовании классических технологий примерно в 3 раза.
2. Скорость ведения работ
Совокупная скорость съемки и обработки данных, полученных лазерным сканированием, в несколько раз быстрее обычной геодезии и аэрофотосъемки.
3. Точность
Точность лазерного сканирования сравнима с точностью наземной геодезии и гораздо выше точности аэрофотосъемки. В залесенных территориях у лазерного сканирования вообще нет альтернативы.
4. Уникальные свойства
Лазерное сканирование позволяет сканировать в 3Д провода и мелкие висячие конструкции (изоляторы, фермы), абсолютно недоступные для классических методов.
5. Гибкость
Растительность, дымка и ночное время не являются помехой для ведения работ.
Сложность рельефа не имеет значения
6. Универсальность
Лазерное сканирование может быть выполнено с воздуха, автомобиля, поезда, катера, вездехода, пешей бригадой.
Лазерное сканирование (или лидарная съемка) подразделяется на воздушное, мобильное и наземное.
ВОЗДУШНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (ВЛС)
Съемка ведется в непрерывном режиме, особенно эффективна для малообжитых территорий.
Воздушное лазерное сканирование применяется для высокоточного картографирования линейных и площадных объектов в масштабах 1:500–1:5000 с воздушных носителей (самолет, вертолет, автожир). Точность - 5–8 см, детальность отрисовки - 20–50 см, производительность - до 800 погонных км съемок в день (ширина полосы съемки до 1000–1500 м).
Недостатки: низкая подробность при съемке вертикальных плоскостей (например, стен).
Одновременно с воздушным лазерным сканированием, как правило ведется аэрофотографирование земной поверхности с использованием цифровой камеры, регистрирующей излучение в видимом, инфракрасном, либо тепловом или ИК диапазоне электромагнитного излучения. Для выполнения съемкм данным методом требуется крайне малое количество наземных работ, что делает его незаменимым в ненаселенной местности или на опасных объектах.
Решаемые задачи
- мониторинг объектов
Используемое оборудование: сканеры RIEGL LMS q780, q680i, q560
Точность сканирования: 8–10 см
Соответствие масштабу: 1:1000
Как правило, воздушное лазерное сканирование сопровождается одновременной цифровой аэрофотосъемкой с разрешением 5–15 см в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. В основном применяется при инженерных изысканиях на инфраструктурных объектах, в городском хозяйстве, для оценки объемов перемещенного грунта (карьеры, полки, полигоны твердых бытовых отходов), мониторинга объектов любого характера.
Для выполнения съемок данным методом требуется крайне малое количество наземных работ, что делает его незаменимым в ненаселенной местности или на опасных объектах.
МОБИЛЬНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (МЛС)
Съемка выполняется с наземного или водного носителя в непрерывном режиме. Метод допускает ограниченное кратковременное пребывание в закрытых средах (проезд под мостами, короткие тоннели). Мобильное лазерное сканирование идеально подходит для городских территорий.
Технология применяется для массированного картографирования и 3D-моделирования линейных инфраструктурных объектов (автомобильные и железные дороги, линии электропередачи, улицы городов), площадных объектов сложной структуры и высокой детальности (населенные пункты, развязки и эстакады в несколько уровней, скальные берега, нижние бьефы плотин (с плавсредств) и тому подобное. Точность - 5–8 см, детальность отрисовки - 1–5 см, производительность - до 500 погонных км съемок в день (ширина полосы съемки - 50–250 м).
Недостатки: не доступны для съемки крыши объектов, объекты рядом с носителем (заборы, кусты) могут быть препятствием.
Решаемые задачи
- создание трехмерных моделей крупных промышленно-территориальных комплексов;
- создание профилей и планов дорог.
Используемое оборудование: сканеры RIEGL VMX250, VMX450
Точность сканирования: 5–8 см
Соответствие масштабу: 1:500
НАЗЕМНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (НЛС)
Cъемка выполняется с наземных объектов или с грунта в дискретном режиме (с перестановкой прибора). Метод можно применять в закрытых помещениях и средах (тоннели, пещеры). Наземное лазерное сканирование идеально подходит для сложных сооружений и внутренних съемок.
Технология наземного лазерного сканирования используется для получения очень детальных 3D-моделей объектов, фасадных планов, топографических планов местности масштаба 1:500. Наземный лазерный сканер позволяет отснять объекты размером до 0,5–2 см с точностью до 0,5–5 мм. Наземное лазерное сканирование может вестись в любое время суток. Производительность - от 1000–4000 кв. м при съемке фасадов в масштабе 1:50 до 4–20 га при съемке топографических планов масштаба 1:500.
Решаемые задачи
- создание высокоточных трехмерных моделей промышленных объектов для включение их в корпоративные системы управления;
Используемое оборудование: сканеры RIEGL VZ400, VZ1000
Точность сканирования: 0,3–1,5 см
Соответствие масштабу: 1:200
ВЛС, МЛС и НЛС могут быть совмещены для взаимного устранения недостатков друг друга. Отмеченные недостатки являются таковыми по отношению этих методов друг к другу, однако даже самый медленный метод (наземное сканирование) гораздо производительнее тахеометрической съемки, а наименее детальный метод (воздушное сканирование) - гораздо детальнее, точнее и быстрее классической аэрофотосъемки.
Скорость реализации проектов
Скорость выполнения съемочных работ:
- Для линейных объектов - до 300 погонных км в день. Метод: воздушное лазерное сканирование и аэрофотосъемка или мобильное лазерное сканирование (для дорог)
- Для площадных объектов - до 1000 км2 в день. Метод - воздушное лазерное сканирование и аэрофотосъемка
- Для промышленных сооружений - до 20 га в день. Метод - мобильное лазерное сканирование и/или наземное лазерное сканирование и перспективная фотосъемка
Выходные данные:
- Топографические планы и ГИС-слои.
- Высокоточные цифровые модели рельефа и цифровые модели местности.
- 3D-модели объектов (CAD, 3D MAX, DGN), в том числе, с текстурой.
- Ведомости размеров и габаритов различного характера.
- Профили, разрезы и сечения объектов.
- Виртуальные модели местности и облеты.
- Цветные облака точек лазерных отражений (по одновременному фото).
- «Сетчатая» модель объекта - используется для восстановления лепнины, уникальных объектов (памятники, технологические элементы конструкций) (только для наземного лазерного сканирования).
- Фасадные и поэтажные планы (только для наземного лазерного сканирования).
- Ортофотопланы в видимом, инфракрасном или тепловом диапазонах (только для воздушного лазерного сканирования);
- Перспективные аэрофотоснимки (только для воздушного лазерного сканирования).
|
ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ В ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ Для картографирования территории и создания 3D-моделей объектов горнодобывающих предприятий компания «Совзонд» использует технологию воздушного, наземного и мобильного лазерного сканирования. Воздушное лазерное сканирование применяется для высокоточного картографирования линейных и площадных объектов в масштабах 1:500–1:2000. Технологии наземного и мобильного лазерного сканирования используются для получения очень детальных 3D-моделей объектов масштаба 1:50 и топографических планов масштаба до 1:500. Основные преимущества:
Лазерное сканирование в горнодобывающей промышленности наиболее эффективно используется для:
Лазерное сканирование карьера для создания точной модели рельефа Применение лазерного сканирования и аэрофотосъемки при проведении изыскательских и предпроектных работ На стадии проведения изыскательских и предпроектных работ производится воздушное лазерное сканирование и цифровая аэрофотосъемка. Охват - карьеры, открытые разрезы, территории обустраиваемых месторождений и иные площадные объекты с площадью отдельного объекта не менее 20 кв. км. Съемка ведется для картографирования в масштабе 1:500, 1:1000 или 1:2000, сечение рельефа от 0,5 до 1 м. Параллельно производится аэрофотосъемка с разрешением 7–20 см. Этапы работы:
2. Создание точной цифровой модели рельефа по результатам лазерного сканирования
3. Совмещение ортофотоплана с данными лазерного сканирования
4. Создание топографических планов масштаба 1:500–1:2000
|
|
ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ
Компания «Совзонд» внедрила в производственные процессы аэросъемку и лазерное сканирование территории, ввиду востребованности высокоточных пространственных данных, в том числе в нефтегазовой сфере. Все виды работ по съемке территорий и объектов выполняются с применением новейших методов лазерного сканирования – с воздуха, либо со статической позиции Решаемые задачи:
Примеры работ, выполненных методом лазерного сканирования (ЛС) совместно с аэрофотосъемкой (АФС)
Ортофотоплан с разрешением 10 см (АФС)
Цифровая модель рельефа (ЛС)
Создание топографических планов масштаба 1:2000
Съемка переходов
Моделирование: площадка Шесхарис, нефтехранилища |
.jpg)
.jpg)
|
ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИЕЙ
При создании карт, планов и трехмерных моделей городов, других населенных объектов и транспортной инфраструктуры используется мобильный картографический комплекс. Мобильный картографический комплекс функционирует на основе технологии лазерного сканирования и включает в себя лазерные сканеры, несколько фотокамер видимого диапазона, высокоточную систему спутникового позиционирования, инерциальную систему и одометр. Мобильный картографический комплекс обеспечивает съемку:
Трехмерные модели,полученные методом лазерного сканирования
|
Введение
1. Аппаратура и программное обеспечение
1.1 Описание сканирующей системы
1.2 Технические характеристики
1.3 Программное обеспечение Cyclone 6.0
1.3.1 Cyclone-SCAN - управление сканером
1.3.2 Cyclone-REGISTER - уравнивание облаков точек
1.3.3 Cyclone-MODEL - измерения, моделирование и чертежи
1.3.4 LeicaCyclone - VIEWER и VIEWERPRO – измерения и визуализация объектов
1.3.5 Leica COE (Cyclone Object Exchange) - обмен данными
1.3.6 CycloneCloudWorx для AutoCAD
2. Возможности сканирующей системы
2.1 Основы технологии лазерного сканирования
2.2 Принцип работы сканирующей системы
2.3 Задачи, решаемые с помощью лазерного сканирования
Заключение
Список используемой литературы
В настоящее время для решения строительных и архитектурных задач широко используется тахеометрическая съемка, которая позволяет получить координаты объектов, а затем представить их в графическом виде. Тахеометрическая съемка позволяет проводить измерения с точностью до нескольких миллиметров, при этом скорость измерения тахеометра не более 2 измерений в секунду. Такой метод эффективен при съемке разреженной, незагруженной объектами площади. Очевидными недостатками такой технологии являются малая скорость проведения измерений, и неэффективность съемки загруженных площадей, таких как фасады зданий, заводов с площадь превышающей 2 га, а так же малая плотность точек на 1м2.
Одним из возможных способов решения данных проблем является применение новых современных технологий исследования, а именно лазерного сканирования.
Лазерное сканирование – технология, позволяющая создать цифровую трехмерную модель объекта, представив его набором точек с пространственными координатами. Технология основана на использовании новых 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.
Более полную цифровую картину невозможно представить никаким другим из известных способов. Процесс съемки полностью автоматизирован, а участие оператора сводится лишь к подготовке сканера к работе.
1. Аппаратура и программное обеспечение
1.1 Описание сканирующей системы
В состав сканирующей системы входит: транспортный ящик, трегер, штатив, Ethernet-кабель связи сканера с компьютером, кейс с принадлежностями (аккумулятор, кабель соединения сканера и аккумулятора, зарядное устройство), программное обеспечение Cyclone 6.0
Рис. 1 Сканирующее устройство LeicaScanStation 2.
Сканирующее устройство имеет подвижную часть и неподвижную (рис.1). На подвижной части прибор имеет два рабочих окна, фронтальное и верхнее, видимая область этих окон называется полем зрения прибора. Сканируемая область сканера 3600 по горизонтали и 2700 по вертикали.
На неподвижной части находятся индикаторы «готовности» и три входа: два под аккумуляторы, один под Ethernet – подключение. Внутри сканера установлена система зеркал, управляемых специальными двигателями, которые направляют сканирующий лазер под нужным углом сканирования.
1 .2 Технические характеристики
Технические характеристики представлены в таблице 1.
Таблица 1 Технические характеристики сканера.
| Точность определения положения точки | 4 мм на 50 м |
| Точность измерения расстояния, мм | 4 |
| Угловая точность (по вертикали/ /горизонтали), микрорадиан | 60 |
| Тип лазера | Импульсный лазерный сканер с двухосевым компенсатором |
| Размер пятна лазера | до 4 мм на 50-и метрах |
| Максимальное расстояние | до 300 м при отражении 90% |
| Частота сканирования | до 50000 точек в секунду |
| Избирательность по вертикали/ /горизонтали | 1,2 мм между точками на 50 м |
| Точек по вертикали, максимум | 5000 |
| Точек по горизонтали, максимум | 20000 |
| Поле зрения по вертикали, ° | 270 |
| Поле зрения по горизонтали, ° | 360 |
| Видоискатель | встроенная цифровая камера |
| Видео наведение | Разрешение определяется пользователем. Одно фото 24°х24° (1024х1024 пикселей). Поле зрения 360°х270° - 111 фото. |
| Длительность работы от аккумулятора | до 6 часов |
| Рабочая температура, °С | 0° - +40°С |
| Температура хранения, °С | -25° - +65°С |
| Размеры сканера, мм | 265 х 370 х 510 |
| Вес сканера, кг | 18,5 |
| Размеры аккумулятора, мм | 165 х 236 х 215 |
| Вес аккумулятора, кг | 12 |
1 .3 Программное обеспечение Cyclone 6.0
Программное обеспечение играет чрезвычайно важную роль в быстрой и эффективной обработке «облаков точек», полученных в результате съемок высокого разрешения. Cyclone включает полный набор программных модулей для наиболее удобной обработки облаков точек.
Cyclone – это набор программных модулей Leica HDS (рис.2), который считается многими специалистами, работающими в области лазерного сканирования, настоящим стандартом для решения задач сканирования, визуализации, измерения, построения трехмерных моделей и чертежей, анализа данных и представления результата в традиционной форме или для решения других задач. С применением модуля Cyclone CloudWorx процесс обучения сводится к изучению использования трехмерных облаков точек в программных комплексах САПР.
Рис. 2 Общий порядок обработки облаков точек в Cyclone.
Cyclone - программный комплекс, который предоставляет весьма широкий набор средств для различных вариантов обработки трехмерных данных лазерного сканирования в инженерии, геодезии, строительстве и других областях применения.
Всеобъемлющая полнота трехмерных облаков точек является основным достоинством по сравнению с другими источниками геометрической информации. Уникальная архитектура программы Cyclone основана на объектно-ориентированной базе данных, работающей по технологии Клиент/Сервер. Это технология предоставляет самую высокую скорость отображения данных при обработке проектов лазерного сканирования. Программа Cyclone дает возможность эффективно управлять данными лазерного сканирования, при этом сохраняется прозрачность обслуживания базы данных, то есть не требуются какие-либо специальные знания по управлению баз данных. Все данные - облака точек, изображения, топопривязка, результаты уравнивания, измерения, модели объектов и многое другое хранятся в одном файле. Тем самым нет необходимости перезаписывать или пересылать информацию из одного модуля в другой и т.д.
Технология Клиент/Сервер позволяет одновременно работать до 10 специалистов над одним проектом.
Для ускорения работы можно перейти в однопользовательский режим. Тем самым увеличение скорости отображения и обработки массивов точек составляет до 2-4 раз.
Cyclone состоит из отдельных модулей, встраиваемых в единую программную оболочку. Различные модули предназначены для решения отдельных задач общего процесса обработки данных трехмерного лазерного сканирования.
1 .3.1 Cyclone-SCAN - управление сканером
Cyclone-SCAN - это модуль для управления работой сканера LeicaScanStation 2. Пользователь может настраивать плотность сканирования, фильтрацию данных, создавать собственные макрокоманды, сканировать и автоматически распознавать плоские и сферические визирные цели Leica Geosystems HDS. При всем функциональном богатстве работать с Cyclone-SCAN очень легко из-за простого и понятного интерфейса.
Функциональные возможности Cyclone-Scan:
Пространственное перемещение, масштабирование, разворот в режиме реального времени, изменение цвета точек по материалам цифровой фотографии или по другим условиям для точек, поверхностей и смоделированных тел.
Трехмерная визуализация во время сканирования
Регулирование уровня детализации облаков точек и трехмерных моделей для ускорения визуализации.
Настройки для быстрой переотрисовки облаков точек в сетях треугольников (TIN)
Прореживание облаков точек (каждая n-ная точка)
Визуализация облаков точек по значению интенсивности или по цвету
Ограничение объема визуализируемых точек по выбранному региону или срезу для быстрого черчения
Предварительная установка среднего расстояния до объекта по единичному направленному измерению
Автоматическое создание цифровой мозаики для панорамного снимка
Панорамный просмотр для цифрового изображения
Геодезическая привязка по пунктам известного геодезического обоснования
Установка высоты инструмента перед сканированием
Установка высоты визирной цели
Функция Установи-и-сканируй (Point-and-scan) QuickScan™ для интерактивной установки горизонтального окна съемки
Фильтрация для возможного исключения «лишних» данных:
a) Ограничение области сканирования по прямоугольнику или произвольному многоугольнику
b) Ограничение диапазона по дальности
c) Ограничение по интенсивности отраженного сигнала
d) Все предварительные установки настройки сканирования могут быть записаны и вызваны в любой момент. Есть готовый список стандартных установок сканирования
e) Настройка качества проверки совмещения
Измерения расстояний, площадей и объемов по отдельным точкам и по готовым моделям:
a) Наклонные расстояния
b) Расстояния DX, DY, DZ
c) Создание и редактирование подписей
d) Создание и управление слоями
e) Назначение цветов и материалов объектам
f) Просмотр с позиции сканера и указание его местоположения