Типы лазерного сканирования

Трехмерное лазерное сканирование является современным и стремительно развивающимся методом лазерных измерений, который успешно применяется в различных направлениях, таких как проектирование, реконструкция, строительство и мониторинг. Основная идея заключается в определении координат точек на поверхности объекта с использованием высокоточного лазерного дальномера, который работает с высокой скоростью (десятки тысяч измерений в секунду).

 

Процедур сканирования включают несколько этапов. Сначала лазерный сканер выпускает лазерные импульсы, которые отражаются от поверхности объекта. За каждым выпущенным импульсом фиксируется время его возвращения, а также угол отклонения и интенсивность сигнала. Эти данные позволяют сканерам в последствии обработать информацию и вычислять координаторы точек в трехмерной системе координат сканируемого объекта. После измерения координат точек, они объединяются в так называемые облака точек, которые представляют собой пространственные данные о поверхности объекта. Облако точек может содержать сотни тысяч, а иногда миллионы точек, что позволяет создавать детализированные 3D модели объектов. Специальные алгоритмы и программное обеспечение позволяют обрабатывать собранные данные и преобразовать их в другие системы координат, что важно для интеграции с другими системами и задачами, такими как проектирование, строительство и обследование объектов.

 

Лазерное сканирование помогает быстро и точно собирать пространственные данные о сложных объектах, что делает его ценным инструментом в таких областях, как архитектура, инженерная практика, строительство и экология. Благодаря высокой точности и скорости сканирования, данный метод стал удобным для решения задач, связанных с пространственными данными, в различных сферах деятельности.



Современные технологии лазерного сканирования (ТЛС) различаются используемыми методами, оборудованием и особенностями обработки данных. Можно условно разделить ТЛС на три категории:

1. Наземные технологии лазерного сканирования (НТЛС). В этом случае исполнители перемещаются по земле, устанавливая сканер на неподвижный штатив, и выполняют замеры. НТЛС наиболее полно охватывает объекты, исключая теневые зоны. Эффективность НТЛС измеряется количеством установленных устройств, а не площадью.

2. Мобильные технологии лазерного сканирования (МТЛС). Приборы размещаются на подвижных средствах, таких как автомобили или железнодорожные составы, и измерения проводятся по маршруту их передвижения. Производительность МТЛС определяется числом встречных транспортных средств, что ограничивает зону сканирования. Соответственно, эффективность МТЛС оценивается по пройденным расстояниям.

3. Воздушные технологии лазерного сканирования (ВТЛС). Этот вид ТЛС характеризуется зависимостью от погодных условий и высоты полета. В последнее время для ВТЛС начали использовать беспилотные летательные аппараты, что снизило стоимость и повысило доступность технологии. Беспилотники отличаются компактностью, мобильностью и возможностью работать в труднодоступных местах, где лазерное сканирование осуществляется автономно с минимальным участием оператора. Производительность ВТЛС максимальна, так как беспилотникам доступны большие площади без ограничений на движение.

 

Каждая из этих категорий ТЛС обладает своими особенностями и нюансами, что определяет их выбор в зависимости от конкретных задач и требований. НТЛС предпочтителен для высокоточной съемки малых участков территории, МТЛС эффективен для быстрого обследования больших территорий, а ВТЛС обеспечивает максимальное покрытие объектов при минимальных затратах на персонал и оборудование.

 

Стоимость лазерного сканирования варьируется в зависимости от типа сканирования, сложности задачи и масштабов проекта. Для наземного сканирования стоимость оборудования и услуг может быть ниже, чем для воздушного или мобильного сканирования, но при этом сохраняется высокий уровень точности и детализации. Мобильное сканирование обходится дороже, но позволяет обрабатывать большие площади с меньшей точностью, чем наземное сканирование. Воздушное сканирование самое дорогое и сложное, но обеспечивает наивысшую точность и способность работать в труднодоступных районах. Выбор метода сканирования зависит от конкретных задач и ограничений, таких как бюджет, размеры объектов и требования к качеству данных.



Наземное лазерное сканирование является самым простым и базовым методом, требующим лишь установки сканера на твердую поверхность. Технология воздушного и мобильного лазерного сканирования (ВТЛС и МТЛС) сложнее и требует дополнительного этапа обработки данных. Воздушное лазерное сканирование включает в себя следующие компоненты:

1. Лазерный сканер — основной элемент системы, отвечающий за сбор данных.

2. Система GPS — определяет текущие координаты съёмочной системы.

3. Инерциальная система (IMU) — контролирует ускорение и наклоны съёмочной системы.

4. Цифровая камера — фиксирует дополнительные параметры, такие как интенсивность отражённого сигнала и его цветовую составляющую.

5. Блок управления — управляет работой всех компонентов системы, отслеживая их функционирование.

 

Предварительная обработка данных включает их калибровку и выравнивание. В процессе калибровки определяются поправки для элементов внешней ориентации GPS-антенны и сканерного блока:

• Географические координаты Xg, Yg, Zg положения антенны
• Углы курса Hs, крена Rs и Ps положения сканерного блока

 

Калибровка может проводиться до основного сканирования или после него. В случае калибровки после основных измерений, один из участков местности выделяется как тестовый участок для оценки точности и коррекции ошибок. На этапе уравнивания данных ищутся локальные поправки в траекториях движения съёмочной системы. Найденные поправки интегрируются в данные, корректируя координаты точек лазерных отражений (ТЛО).

 

Мобильное лазерное сканирование отличается от воздушного тем, что в нём задействовано меньшее количество сканеров и камер. В мобильных системах ТЛС обычно устанавливается два-три сканера и соответствующее количество камер. Общая логика обработки данных в мобильных системах схожа с воздушной, хотя различиями в оборудовании и конфигурации могут влиять на точность и скорость обработки данных.

 

Принципы обработки данных в мобильных системах ТЛС такие же, как и в воздушных, включая калибровку и уравнивание. Отличием является лишь конфигурация и количество оборудования, что влияет на производительность и точность результатов.

 

Для выбора подходящего метода лазерного сканирования необходимо учитывать особенности задачи, размер и сложность объектов, а также требуемую точность данных. К особенностям разных видов ТЛС относятся:

 

1. Наземное лазерное сканирование (НТЛС):

• Наиболее точное из представленных методов, с точностью до 2–5 мм
• Применяется для небольших объектов, таких как здания, сооружения, плотины, лифты и другие сложные технические объекты
• Подходит для задач, требующих высокой точности и детализации, например, при анализе деформаций, изучении архитектурных памятников, создании 3D-моделей и мониторинге инженерных объектов
• Относительно низкая производительность, необходимость калибровки и настройки оборудования

2. Мобильное лазерное сканирование (МТС):

• Менее точное, чем НТЛС, с точностью около 5 см
• Используется для съемки больших площадей, таких как дороги, рельсовая сеть, трубопроводы и другие протяжённые объекты
• Позволяет проводить сканирование в движении, что ускоряет процесс и снижает зависимость от доступа к объекту
• Количество точек, а также точность данных, ограничены, что уменьшает их полезность для высокоточных задач

3. Воздушное лазерное сканирование (ВТЛС):

• Самый дорогой и сложный метод, с точностью 15–20 см
• Применяется для съемки труднодоступных районов, таких как лесные массивы, болотистые земли, горные районы и другие отдаленные территории
• Полезно для создания цифровых моделей больших пространственных объектов, таких как города, ландшафы и природоохранительные зоны
• Может использоваться для дистанционного мониторинга, аэрофотосъемки и создания топографических карт
• Существует зависимость от погодных условий, а также сложности в калибровке и обработке данных

Каждый из перечисленных типов лазерного сканирования имеет свои сильные стороны и ограничения, поэтому выбор конкретного метода зависит от поставленных задач и условий.

 

В целях повышения уровня качества данных возможно использование следующих шагов:

1. Для повышения точности мобильного сканирования можно увеличить точность данных мобильного сканирования до 1 см, если регулярно устанавливать опорные точки каждые 50–100 метров вдоль маршрута сканирования

2. Точность данных лазерного сканирования может быть увеличена за счёт комбинирования его с традиционными геодезическими методами, такими как тахеометрическая съёмка и GPS-съёмка. Опорные точки, полученные традиционным способом, могут использоваться для улучшения точности данных лазерного сканирования.

3. При необходимости возможно совмещать разные методы сканирования для достижения максимальной эффективности. Например, воздушное сканирование может дополнить наземное сканирование для получения более подробных данных о рельефе местности.

 

Выбор метода лазерного сканирования зависит от специфики задачи, размера объекта, сложности его структуры и необходимой точности данных. Для небольших объектов лучше использовать наземное сканирование, для больших площадей — воздушное или мобильное сканирование. Комбинация методов может помочь достичь оптимальной точности и производительности, особенно в сложных ситуациях, таких как мониторинг протяжённых объектов или съёмка труднодоступных регионов. Использование сразу нескольких типов позволяет добиться наилучших результатов при решении сложных задач, таких как мониторинг протяженных объектов, изучение рельефа местности и сохранение исторических памятников.

 

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