Мобильное лазерное сканирование

ava
Акрополь-Гео


«Акрополь-Гео»

Типы лазерного сканирования

 

Лазерное сканирование стало неотъемлемой частью современного мира, предлагая эффективные методы для быстрого и точного сбора данных об объектах окружающей среды. Создавая детальные трёхмерные модели, данная технология нашла широкое применение в различных областях, таких как строительство, архитектура, картография и археология. Она способствует повышению точности измерений, ускорению процессов проектирования и анализа, а также обеспечению безопасности и надёжности выполняемых работ. Данный метод дает возможность оперативного и точного сбора данных об окружающих объектах посредством измерения расстояний до них с применением лазера. Существует несколько разновидностей данного метода, каждая из которых характеризуется уникальными особенностями:

  • Наземное лазерное сканирование
  • Воздушное лазерное сканирование
  • Мобильное лазерное сканирование



Наземное лазерное сканирование (TLS) осуществляется с земли, преимущественно используя стационарные установки. Его основная цель — создание детальных моделей зданий, конструкций, природных ландшафтов и других объектов. Сканирующие устройства могут размещаться на штативах или монтироваться на транспортные средства для работы в труднодоступных местах. Основными плюсами TLS являются отличная точность измерений и способность функционировать в сложных условиях, будь то закрытые помещения или открытые площадки. Вместе с тем, данный метод ограничен по дальности действия и требует переноса оборудования между разными участками работ.

 

Воздушное лазерное сканирование (ALS) проводится с воздуха, например, с самолёта или беспилотника. Этот метод позволяет охватить крупные участки местности и получить данные о топографии, растительном покрове, строениях и прочих объектах. Преимуществами ALS являются широкая зона охвата, высокая скорость сбора данных и пригодность для крупномасштабных проектов, таких как картографирование больших территорий. Однако стоит отметить, что воздушное сканирование уступает наземному по точности и сильно зависит от метеоусловий.

 

Мобильное лазерное сканирование (MLS) ведётся с движущихся транспортных средств, таких как автомобили, поезда или лодки. Этот подход даёт возможность оперативно собирать информацию о дорогах, железнодорожных путях, мостах и аналогичных линейных объектах. MLS отличается быстрым выполнением задачи, удобством для сканирования длинных участков и совместимостью с дополнительными датчиками типа GPS и IMU. Тем не менее, оно подвержено ошибкам из-за движения транспорта и требует тщательной калибровки и синхронизации датчиков.

 

Мобильное сканирование

 

Отечественная литература по мобильному лазерному сканированию начала появляться лишь в 2010-х годах, что говорит о том, что этот вид обследований стал интересен сравнительно недавно, а сам процесс сканирования и оборудование для него остаются дорогостоящими. Опыт зарубежных стран показывает, что они начали использовать технологии мобильного лазерного сканирования значительно раньше, что объясняется их более развитой инфраструктурой и доступностью необходимого оборудования.

 

Ряд исследователей подчеркивают важность предварительной обработки полученных при мобильном сканировании данных, которая включает грубую классификацию облаков точек, устранение шумов, привязку облака к нужной системе координат и выравнивание данных относительно наземных маркеров. Обработка результатов сканирования проводится с использованием различного программного обеспечения. В России одним из популярных отечественных разработчиков ПО является компания «Индорсофт», сотрудники которой часто принимают участие не только в разработке, но и непосредственно в обработке данных.

 

Принцип работы мобильного сканирования довольно прост. На вращающуюся основу устанавливается высокоскоростной лазерный дальномер или его отклоняющее зеркало (это называется «лазерная головка»). За один полный оборот головки дальномер выполняет тысячи замеров, создавая «срез» окружающего пространства в одной плоскости. Если закрепить лазерную головку на шасси и начать двигаться вперед под углом к плоскости сканирования, дальномер фактически будет фиксировать новую плоскость с каждым оборотом головки, в итоге получается серия поперечных «срезов» (сканов) вдоль траектории движения.

 

Чтобы рассчитать координаты каждой точки, полученной при сканировании, необходимо точно знать местоположение и ориентацию головки в пространстве в момент каждого измерения. Для этого применяются инерциальные навигационные системы (ИНС), объединенные с GPS/ГЛОНАСС-приемниками геодезического класса.

 

Итоговый результат мобильного сканирования представляет собой крайне детализированное (плотное) облако трёхмерных точек поверхности, содержащее множество измерений на квадратный метр. Процесс сканирования, как правило, осуществляется с автомобиля, двигающегося со скоростью от 10 до 90 км/ч, в зависимости от требуемой плотности облака точек. Ключевым преимуществом мобильного лазерного сканирования при проведении изыскательских работ является возможность выполнения полевых измерений с высокой скоростью и точностью.

 

При выборе системы лазерного сканирования для выполнения определённых задач необходимо учитывать требования технического задания к итоговому продукту, экономические аспекты, а также технические характеристики системы, которые должны гарантировать требуемую точность, плотность точки лазерного облака (ТЛО) и эффективность проводимых работ, соответствуя действующим нормативным документам на изготавливаемый продукт. Выбор между стационарными, мобильными и переносными системами наземного лазерного сканирования должен основываться на экономических и технических расчётах, с учётом размеров и характеристик объекта съёмки, а также требований к плотности и точности точечного лазерного облака (ТЛО). Следует обращать внимание на следующие ключевые параметры систем НЛС:

  • Максимальную дальность действия
  • Максимальную частоту импульсов
  • Углы вертикального и горизонтального сканирования
  • Точность определения пространственных координат
  • Габариты
  • Вес лидара
  • Потребление энергии

 

Наземное мобильное лазерное сканирование возможно применить как на площадных, так и на линейно-протяжённых объектах, где существует вероятность обеспечения движения моторизированных платформ с установленными сканирующими лазерными системами, а объекты съёмки находятся в поле зрения на протяжении всего маршрута движения сканера.



Среди линейно-протяжённых объектов, которые подходят для работ с мобильным сканером, выделяются автомобильные и железные дороги, реки и каналы, линии электропередачи и связи, трубопроводы, залегающие вдоль автодорог или железнодорожных путей (при условии их видимости с устройства).

 

В автодорожной отрасли данный метод активно используется при выполнении инженерных и геодезических изысканий во время проектирования и исполнительной съёмки, при паспортизации и инвентаризации существующей дорожной инфраструктуры, а также при создании геоинформационных систем (ГИС) и пространственных баз данных.

 

Переносные системы НЛС находят своё применение на внутренних территориях и в помещениях, а также в районах плотной внутриквартальной застройки, где использование мобильных и стационарных систем лазерного сканирования затруднено или невозможно из-за ограниченного размера площадей и сложного интерьера.

 

Мобильное лазерное сканирование (МЛС) — это эффективный инструмент для своевременного получения данных о протяженных объектах, таких как дороги, железнодорожные пути, мосты и т.д. Как и любая другая технология, МЛС обладает своими достоинствами и недостатками:

 

Достоинства мобильного лазерного сканирования:

  • Скорость сбора данных. Мобильное сканирование позволяет быстро покрывать большие расстояния благодаря тому, что система установлена на движущееся транспортное средство. Это особенно полезно для протяженных объектов, таких как дороги и железнодорожные пути
  • Высокая детализация. МЛС обеспечивает создание плотных облаков точек, что дает возможность получить точную модель объекта с мельчайшими деталями. Это помогает выявлять дефекты и отклонения на ранних стадиях строительства или эксплуатации
  • Минимальное вмешательство в работу объекта. Поскольку сканирующая система находится на транспортном средстве, она не мешает нормальной работе объекта. Например, дорожное движение может продолжаться практически без изменений, пока идет сбор данных
  • Совмещение с другими технологиями. МЛС часто интегрируется с GPS, инерциальными навигационными системами (INS) и другими сенсорами, что повышает точность и полноту собираемых данных
  • Широкий спектр применений. Мобильное сканирование подходит для различных отраслей, включая строительство, транспорт, энергетику и коммунальное хозяйство
  • Автоматизация процессов. Использование автоматизированных алгоритмов обработки данных снижает влияние человеческого фактора и ускоряет анализ собранной информации

 

Недостатки мобильного лазерного сканирования:

  • Ошибки из-за движения. Движущаяся платформа может вносить погрешности в результаты сканирования. Хотя современные системы используют сложные алгоритмы компенсации движения, полностью исключить ошибки сложно
  • Зависимость от внешних факторов. Погодные условия, такие как дождь, снег или туман, могут негативно влиять на качество получаемых данных. Кроме того, наличие препятствий, таких как деревья или здания, может мешать прямому обзору
  • Стоимость оборудования и обслуживания. Мобильные системы лазерного сканирования требуют значительных инвестиций в оборудование и его обслуживание. Это может стать препятствием для небольших компаний или организаций с ограниченными бюджетами
  • Требования к квалификации операторов. Работа с мобильными системами требует высокой квалификации и опыта оператора, поскольку настройка и управление системой могут быть сложными
  • Энергозатраты. Некоторые мобильные системы потребляют значительное количество энергии, что может потребовать дополнительных источников питания или частых остановок для зарядки
  • Объем данных. Облака точек, полученные в ходе МЛС, содержат огромное количество данных, что усложняет их обработку и хранение. Это требует мощных вычислительных ресурсов и специализированных программных решений



Таким образом, выбор мобильного лазерного сканирования зависит от конкретной задачи и условий ее выполнения. Несмотря на некоторые недостатки, эта технология остается незаменимой для многих приложений, требующих быстрой и точной съемки протяженных объектов.

 

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