Применение технологии наземного лазерного сканирования

Триангуляционные сети.

По составу полевых работ наземное лазерное сканирование более всего напоминает традиционную фототеодолитную съемку. Но это только на первый взгляд. Высочайшая степень автоматизации измерений, компьютеризация всех этапов работ делает новый метод несравнимо более производительным и эффективным.

Наземное лазерное сканирование имеет ряд неоспоримых преимуществ, среди которых возможность оперативного контроля полевых измерений, значительно меньшие временные и материальные затраты на обработку их результатов, получение трехмерной модели (3D) объекта с более высокой точностью на основе непосредственно измеренных величин. В зависимости от поставленных задач конечным результатом работ по сканированию может являться облако точек (пространственный растр) или полноценная 3D-модель объекта. Стоит отметить, что 3D-модель формируется по данным наземного лазерного сканирования.

Необходимым условием получения облака точек в реальных цветах является проведение полного комплекса работ по наземному сканированию, а также камеральных работ по фильтрации, дешифрированию, классификации и векторизации массива точек лазерных отражений. Массив точек лазерных отражений обрабатывается в соответствии с требованиями технического задания согласно масштабу создаваемого топографического плана. Трехмерные модели, совмещенные с топопланом, могут быть представлены в виде цифрового векторного плана масштаба 1:500 (специальные требования излагаются в ТЗ) в любом программном обеспечении, поддерживающем подобное представление данных (AutoCAD, MapInfo, Microstation, Credo и т.п.).

Горизонтали с отображением высот.

3D-модели, совмещенные с топопланом М 1:500, предназначаются для:
– разработки генеральных планов и проектов размещения строительства;
– составления технических проектов промышленных и горнодобывающих предприятий;
– составления генеральных маркшейдерских планов разрабатываемых нефтегазовых месторождений, проектирования обустройства месторождений и решения горнотехнических задач;
– земельного кадастра и землеустройства;
– проектирования и строительства гидроузлов, плотин, ГЭС и т.д. Цифровая модель рельефа формируется по данным наземного лазерного сканирования.

Необходимым условием ее получения является проведение полного комплекса работ по наземному сканированию, а также камеральных работ по классификации, разряжению и регуляризации (при создании регулярной модели) ТЛО и созданию триангуляционных моделей рельефа.

Нетекстурированные модели рельефа могут быть представлены как в виде триангуляционных сетей (рис. 1), так и горизонталей, расположенных на соответствующих высотах (рис. 2) в любом программном обеспечении, поддерживающем подобное представление данных (AutoCAD, Land, Microstation, Credo и т.п.).

Данный вид продукции является полностью трехмерным отражением реального рельефа местности на момент производства съемочных работ, что позволяет использовать его для решения следующих прикладных задач:
– определения любых геометрических параметров (расстояний, размеров, высот и т.п.) рельефа;
– построения профилей и сечений;
– построения горизонталей рельефа;
– проведения проектно-изыскательских работ;
– мониторинга состояния местности;
– определения объемов перемещенного грунта.

Цифровая модель промышленных объектов и зданий формируется по данным наземного лазерного сканирования. Источником для ее формирования служат точки лазерных отражений.

Необходимым условием получения модели является проведение полного комплекса работ по наземному сканированию, камеральных работ по классификации и разряжению точек лазерных отражений, а также созданию твердотельных моделей объектов.

Модели промышленных объектов и зданий могут быть представлены в виде совокупности объектов твердотельного моделирования в любом программном обеспечении, поддерживающем подобное представление данных (AutoCAD, Land, Microstation, SolidWorks и т.п.).

Данный вид продукции является полностью трехмерным отражением реального состояния объекта на момент производства съемочных работ, что позволяет использовать его для решения следующих прикладных задач:
– определения любых геометрических параметров технологических элементов и инженерных конструкций (расстояний, размеров, высот, объемов и т.п.);
– построения профилей, сечений и разрезов;
– построения планов объекта;
– проведения проектно-изыскательских работ;
– мониторинга состояния объектов и технологического оборудования;
– прогнозирования и анализа последствий ЧС.

Фотопанорамы формируются по данным панорамной фотосъемки, различной технической и иной документации в различных форматах (jpg, avi, mp3 и др.).

Панорамные фотосхемы позволяют передвигаться по объекту работ путем перемещения между станциями съемки. Каждая станция представляет собой цилиндрические или сферические закольцованные фотоизображения со ссылками на топографический план или модель.

При объединении нескольких фотопанорам создаются VR-туры. Возможно получение комбинированного продукта – геопривязанных фотосхем и VR-туров. Эти продукты создаются по цифровым фотоснимкам высокого разрешения и позволяют получить полноценную визуальную информацию. Конечная модель может быть нагружена любой технической информацией (схемы, фотографии, видео и пр.).

Геопривязанные панорамные фотосхемы возможно представить в виде одного или нескольких файлов панорамных фотосхем в программном обеспечении QuickTime, связанных с файлом в формате dwg (содержащим пространственное расположение панорамных фотосхем), VR-туры – в виде проекта html, содержащего панорамные фотосхемы и любую иную сопутствующую информацию.

Панорамная фотосхема.

Данный вид продукции является полностью реальным отражением состояния объекта на момент производства съемочных работ, что позволяет использовать его для решения следующих прикладных задач:
– учета реального состояния объекта съемки;
– интерактивного осмотра объекта (например, съемки реальных объектов недвижимости, включая съемку квартир с приложением различной технической информации (схемы квартир и пр.));
– создания реальной модели музеев, картинных галерей и прочих объектов массового посещения (возможность создания интерактивной модели музея, когда при наведении на экспонат появлялась его реальная модель с добавлением аудио- или другой информации о нем).

3-D модель здания.

Панорамные фотосхемы и VR-туры существенным образом упрощают работу по планированию реконструкции объектов. При наличии фотосхемы объекта обслуживающий персонал или проектировщик может рассмотреть детали отснятого объекта на экране монитора, не покидая своего рабочего места.

В большинстве случаев заказчику нужна именно модель, на основе которой решаются самые разные инженерные задачи: наблюдение за деформациями объекта в течение длительного периода времени, получение фасадных и обмерных чертежей, выявление дефектов различных конструкций посредством сравнения с проектной моделью, построение чертежей разрезов в любом сечении. Следует отметить, что в каждой ситуации сканирование применяется для решения определенных конкретных задач.

Новая технология показала себя не только как высокоэффективная, но во многих случаях как незаменимая. Трудно представить, сколько бы времени понадобилось для съемки коммуникаций электронным безотражательным тахеометром в уже упоминавшихся работах. Недели, а может быть, месяц? С помощью лазерного сканера все полевые работы были выполнены за три с половиной рабочих дня. Обработка результатов измерений с получением пространственной модели и чертежей коммуникаций заняла 15 рабочих дней.

Для подтверждения эффективной эксплуатации прибора представим несколько работ компании «3Д Геокосмос» по использованию наземного лазерного сканирования.

Первая – на высотном жилом комплексе «Волжские паруса» в Волгограде.

На момент выполнения работ комплекс находился на завершающей стадии строительства. Необходимо было осуществить контроль строительства, определить величины отклонения плоскости фасада от отвесной плоскости. Результатом работ стали фасадные планы с матрицей отклонений от плоскости. Обычно контроль за строительством зданий выполняется традиционными методами, преимущественно электронной тахеометрией или оптическими приборами (нивелирами, теодолитами). Наиболее предпочтительными из них являются электронные тахеометры.

Данные приборы при работе в безотражательном режиме имеют существенные ограничения по дальности и углу отражения. Высота комплекса составляет более 100 метров, методом электронной тахеометрии возможно выполнить съемку только на высоте до 60 метров. Использование технологии наземного лазерного сканирования позволило выполнить съемку всего здания и получить полную пространственную информацию об объекте в течение двух рабочих дней.

Следующая работа – наземное лазерное сканирование участка Новолюберецкого канала (вдоль аллеи Первой Маевки) была сделана для точного определения количества облицовочного материала. Протяженность обследуемого участка составила 360 метров. Полный комплекс работ выполнен в течение 3 дней. В результате получено трехмерное облако точек, которое позволило оперативно выполнить необходимые измерения.

Во второй половине 2004 года по заказу ОАО «Центр инфраструктурных проектов» (РАО «ЕЭС») выполнена исполнительная съемка открытых распределительных устройств (ОРУ) трех подстанций («Череповецкая», 750 кВ; «Хабаровская», 500 кВ; «Лучегорская», 220 кВ) с использованием технологии наземного лазерного сканирования. В результате работ были сформированы ведомости геометрических параметров, построена трехмерная модель объектов электрических сетей и рельефа в границах съемки. Общий объем работ составил 50 гектаров.

В 2007 году компания «3Д Геокосмос» принимала участие в проведении археологических раскопок на территории Тайницкого сада московского Кремля. Раскопки такого масштаба проводились здесь впервые. Благодаря уникальной сохранности культурного слоя археологам удалось раскрыть более тридцати деревянных построек жилого и хозяйственного назначения. Отдельные срубы сохранились на высоту 10–12 венцов. По полученным данным были созданы трехмерные модели участков работ. Для более детального изучения объекта использовались массивы точек в реальных цветах, которые подгружались в нужные участки модели с необходимой плотностью. Также по данным лазерного сканирования были составлены планы расположения тех или иных находок. Для дополнительной информации и передачи истинного цвета применялись панорамные фотосхемы.

В октябре 2006 году был проведен комплекс геодезических работ на подстанции № 212 в Санкт-Петербурге.

В результате наземного сканирования созданы топографический план М 1:500, трехмерная модель объектов электрических сетей, рельефа и панорамные фотосхемы. Общая площадь работ 0,5 га.