Наземное лазерное сканирование

ava
Акрополь-Гео


«Акрополь-Гео»

 

/>

Технология и физические принципы метода

 

Лазерное сканирование объектов представляет собой одну из активно развивающихся технологий, используемых для создания точных объемных моделей различных физических объектов. В основе метода лежат принципы оптики и физики, делающие возможным получение сведений о размерах и формах различных строений, элементов ландшафта и т. д.



В основе технологии лежит использование лазерных лучей, которые испускаются сканирующим устройством. Основные этапы процесса включают:

1. Излучение луча. Сканер отправляет короткие импульсы света на поверхность объекта. Лазеры могут работать в различных диапазонах, включая инфракрасный и видимый свет.

2. Отражение света. Когда лазерный луч сталкивается с объектом, часть света отражается обратно к сканеру. Важно отметить, что свойства отражения зависят от материала и текстуры поверхности.

3. Измерение времени. Сканер измеряет время, прошедшее с момента излучения лазерного импульса до его возвращения. Это время зависит от расстояния до объекта, что позволяет вычислить расстояние с высокой точностью.

4. Сбор данных. Сканер повторяет процесс на множестве точек поверхности предмета, создавая облако точек — набор координат (x, y, z), которые представляют его форму и размеры.

 

Данный метод основывается на нескольких физических принципах. Лазеры работают на основе принципа стимулированного излучения, где электроны в атомах возбуждаются и излучают фотон при возвращении в основное состояние, что приводит к созданию когерентного и монохроматического света, что делает лазеры идеальными для точных измерений. Для определения координат точек сканируемого объекта используется тригонометрия, т. к. зная угол сканирования и расстояние до объекта, можно вычислить его координаты в пространстве. Основной физический закон, используемый в лазерном сканировании, — это постоянная скорость света в вакууме (приблизительно 299,792,458 м/с). Данное значение позволяет точно рассчитывать расстояния на основе времени, за которое свет проходит до объекта и обратно. В некоторых типах лазерных сканеров, таких как интерферометры, используется принцип интерференции света для достижения еще большей точности измерений. Здесь используется наложение двух или более лазерных лучей, что позволяет выявлять даже незначительные изменения в расстоянии.

 

Практика применения сканеров существует во многих сферах:

  • Геодезия и картография
  • Архитектура и строительство
  • Криминалистика
  • Охрана окружающей среды
  • Промышленность
  • Виды лазерного сканирования

 

Классификация типов метода происходит по различным критериям, включая тип устройства, способ сбора данных и область применения. К ведущим видам относят:

1. Наземное лазерное сканирование (TLS) — этот вид предусматривает установку устройств для сканирования на земле.  Такой метод используется чаще всего и полезен для:

  • Архитектурной документации с целью создания точных 3D моделей построек
  • Инженерных изысканий для сбора данных для проектирования и мониторинга инфраструктуры
  • Криминалистики с целью документирования мест преступлений и аварий

2. Аэрофотосъемка с использованием технологии LIDAR — это метод, при котором сканеры размещаются на воздушных или спутниковых платформах. Лидар позволяет получать данные о больших площадях ландшафта или масштабных строений, например:

  • В геодезии для создания различных карт
  • В экологии для изучения лесных массивов и мониторинга изменений в экосистемах
  • В градостроительстве с целью моделирования городской инфраструктуры

3. Лазерное сканирование с мобильных платформ – этот метод подразумевает установку сканеров непосредственно на движущихся средствах транспорта, например, на дронах (воздушное сканирование). Он позволяет быстро и эффективно собирать данные о больших территориях. Применяется в:

  • Транспортной инфраструктуре для сканирования дорог, мостов и туннелей
  • Градостроительстве для сбора данных для планирования и анализа городской застройки

4. Подводное лазерное сканирование — этот вид сканирования использует особые подводные лазерные сканеры, которые позволяют получать данные в сложных условиях. Применяется в:

  • Археологии при изучении подводных археологических объектов
  • Гидрографии для создания карт морского дна и мониторинг изменений в водоемах

 

Каждый из видов лазерного сканирования имеет свои нюансы и преимущества. Наземное лазерное сканирование (TLS) получило наибольшее распространение, однако другие виды, такие как Лидар и мобильное сканирование, также могут быть полезными в различных отраслях. Развитие технологий лазерного сканирования открывает новые возможности для более точного и эффективного сбора данных в самых разных сферах.



Наземное лазерное сканирование

 

Наземное лазерное сканирование (Terrestrial Laser Scanning, TLS, НЛС) представляет собой передовую технологию, в основе которой лежит использование стационарных лазерных сканеров с высоким разрешением. Лазерный луч, испускаемый сканером, достигает поверхности предмета и, отражаясь от него, возвращается к сканеру. Сканер производит фиксацию времени, затраченного на движение луча, тем самых измеряя расстояние от каждой точки.

 

Наземные лазерные сканеры бывают различных видов, и их выбор зависит от конкретных задач и условий работы. Основные компоненты оборудования включают:

  • Лазерный источник — генерирует лазерные импульсы, которые необходимы для измерения расстояний
  • Датчики — улавливают отраженные лазерные импульсы и фиксируют время их возврата
  • Гироскопы и акселерометры — обеспечивают точность позиционирования сканера, что особенно важно при движении устройства
  • Программное обеспечение — позволяет обрабатывать и анализировать собранные данные, а также создавать 3D модели

 

Одним из ключевых преимуществ НЛС является его высокая скорость сбора данных. За короткий промежуток времени можно получить огромное количество точных измерений, которые затем преобразуются в так называемую «облачную» модель – набор точек в пространстве, каждая из которых имеет свои координаты по трем осям. Именно на основании этих данных строится модель любого, даже самого сложного, объекта в пространстве.

 

Применение НЛС широко распространено в различных отраслях строительства, производства и геодезии. Например, в строительстве НЛС используется для точного определения размеров и формы построек, а также для контроля качества процесса строительства. В археологии эта технология помогает воссоздавать древние памятники и сооружения, обеспечивая их сохранность для будущих поколений.

 

Важным аспектом НЛС является возможность работы в условиях ограниченной видимости, например, при плохой погоде или ночью. Это делает метод особенно полезным в труднодоступных местах или при необходимости проведения срочных обследований.

 

Наземное лазерное сканирование (TLS) имеет несколько важных особенностей и отличий по сравнению с другими методами техниками:

1. Метод сбора данных. Наземное сканирование использует стационарные или мобильные лазерные сканеры, которые устанавливаются на неподвижной горизонтальной поверхности и направляют лазерные импульсы на объекты для их измерения. Изображение, получаемое с таких сканеров, отличается большой четкостью, однако для небольших объектов и мелких деталей больше подходят ручные мобильные 3D сканеры. Наземное сканирование также может не подойти для съемки огромной территории, например, крупной автомобильной развязки, ландшафта.

2. Точность и разрешение. Наземное сканирование обеспечивает высокую точность и разрешение, поэтому позволяет детализировано фиксировать сложные геометрические формы и текстуры. Точность данного метода, как правило выше, чем точность аэрофотосъемки и ручного сканирования.

3. Применение. Наземное сканирование идеально подходит для архитектуры, инженерных изысканий, криминалистики и детального анализа объектов, где важна высокая точность. Для картографирования, мониторинга сельского хозяйства, охраны окружающей среды и анализа больших территорий чаще всего используется воздушное сканирование.

4. Условия работы. Наземное сканирование может выполняться в различных условиях, включая сложные рельефы и ограниченные пространства, но требует физического доступа к объекту. Иногда для получения доступа к удаленным или опасным объектам наземное сканирование сочетают с воздушным, поскольку использование дронов может обезопасить оператора и помочь получить качественные измерения самых труднодоступных мест.

5. Скорость сбора данных. Наземное сканирование быстро собирает данные о крупных объектах, при этом чаще всего скорость сбора и обработки данных при наземном сканировании выше, чем при ручном, подводном или воздушном.

 

Наземное лазерное сканирование обладает уникальными преимуществами, которые делают его особенно полезным для задач, требующих высокой точности и детализации. В то время как другие методы имеют свои сильные стороны, выбор подходящего метода зависит от конкретных требований проекта и условий работы.

 

Наземное лазерное сканирование (НЛС) стоит выбирать в тех случаях, когда требуется создание высокодетализированной и точной трехмерной модели какого-либо объекта. Данный тип незаменим там, где важны мельчайшие подробности и точное воспроизведение геометрической структуры, будь то сложные архитектурные объекты, исторические памятники, инженерные конструкции или природные ландшафты.

 

Благодаря высокой плотности собираемых данных, НЛС позволяет фиксировать малейшие неровности, трещины и дефекты, что делает его идеальным выбором для геодезии, архитектуры, строительства, археологических исследований и криминалистики. В отличие от традиционных методов съемки, НЛС значительно сокращает временные затраты на сбор информации, при этом повышая ее качество и надежность.



Особенно актуально применение НЛС в ситуациях, требующих постоянного мониторинга изменений, например, при контроле строительства или реставрации. Возможность быстрого получения объемных моделей позволяет оперативно сравнивать результаты с проектом и корректировать процесс выполнения работ.

 

Кроме того, наземное сканирование незаменимо при создании цифровых двойников промышленных объектов, что способствует повышению эффективности управления производственными процессами и безопасности труда. В итоге, НЛС выбирают там, где необходима предельная точность, высокая детализация и оперативность в получении результатов.

 

Таким образом, наземное лазерное сканирование является мощным инструментом для решения широкого спектра задач, связанных с измерением и моделированием физических объектов. Благодаря своей точности, скорости и универсальности, этот метод становится все более популярным среди специалистов различных областей.

 

Для консультации или заказа услуги нажмите кнопку «Оставить заявку» или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 649-22-40 или по email info@acropol-geo.ru