Основы лазерного сканирования
Акрополь-Гео
«Акрополь-Гео»
крутите вниз
- Главная ›
- Статьи ›
- Публикации ›
- Основы лазерного сканирования
Лазерные сканеры используются уже несколько десятилетий в разнообразных областях – от инженерных изысканий и машиностроения до архитектуры и медицины. Основное преимущество этой методики состоит в высокой точности, которая позволяет принимать важные решения удаленно, основываясь исключительно на результатах съемки, что помогает существенно сократить затраты и избежать необходимости выезда специалистов на объекты. В России лазерная съемка тоже получила широкое распространение, начиная с 2012 года. Если раньше специалисты часто сталкивались с недостатком инструментов для обработки полученных данных, то сейчас доступно множество программных решений – от простых утилит до сложных систем с передовыми алгоритмами. Стремительное развитие технологии сегодня открывает новые горизонты для создания цифровых 3D моделей и значительно упрощает этот процесс.
Основой лазерного сканирования является использование импульсов света для получения информации о положении и форме объектов.
Этапами работы сканеров являются:
Процесс обработки данных, полученных с помощью сканера, включает несколько этапов, направленных на превращение необработанных данных в полезную информацию. Первый этап — это непосредственно сам процесс сканирования. Лазерный сканер посылает лазерные лучи и регистрирует отраженные сигналы, создавая массив точек (облако точек). Каждая точка содержит координаты, а иногда и дополнительные параметры, такие как интенсивность отраженного сигнала или цвет. После окончания сбора данных они проходят через предварительную обработку, включающую:
Фильтрацию шума и удаление лишних данных
Регистрацию и объединение нескольких сканов в одно общее пространство
Выравнивание возможных смещений и поворотов между отдельными сканами
После предварительной обработки точки классифицируются по типу поверхности, к которой они принадлежат. Например, точки могут быть отнесены к земле, зданиям, растительности и другим объектам. Классификация может выполняться вручную или автоматически с использованием специальных алгоритмов. На основе классифицированных точек создаются модели объектов. Выделяют несколько подходов к моделированию:
Триангуляция — создание трехмерной сетки из треугольников, соединяющих соседние точки
Моделирование поверхностей — построение непрерывных поверхностей, проходящих через точки
Объемное моделирование — создание объемных моделей, представляющих внутреннюю структуру объектов
После создания моделей проводится анализ данных, который может включать определение размеров, площадей, объемов и других параметров объектов, создание поперечных сечений и продольных профилей для изучения внутренней структуры объектов, оценку изменения формы объектов со временем. Последний этап обработки — это визуализация обработанных данных в виде трехмерных моделей, карт и планов или фотореалистичных изображений.
Обработка данных лазерного сканирования — это сложный многоэтапный процесс, требующий специализированных знаний и инструментов. Однако результат оправдывает усилия, позволяя получать точные и подробные модели реальных объектов, применяемые в самых разных областях.
Производительность лазерного сканирования в данный момент впечатляет, поскольку современные технологии позволяют достигать значительных объемов съемки в кратчайшие сроки. Например, для линейных объектов, таких как дороги или трубопроводы, возможно сканировать до 500 километров за один рабочий день. Для площадных объектов, таких как поля или городские районы, можно обработать до 1000 квадратных километров.
Одним из значимых преимуществ технологии является возможность работы в ночное время. Это открывает новые горизонты для проведения съемок, особенно в условиях ограниченной видимости днем или при необходимости соблюдения определенных временных рамок. Еще одной уникальной особенностью лазерной локации является способность снимать заросшие лесом территории. Даже несмотря на плотную растительность, удается получить цифровую модель рельефа, что крайне важно для геодезических и картографических работ. Кроме того, технология позволяет эффективно работать на территориях со слабовыраженным рельефом и отсутствием маркирующих элементов, что делает ее незаменимой в сложных условиях съемки.
Лазерное сканирование стало эффективным инструментом для работы на карьерах и разрезах, демонстрируя свои преимущества в сборе точных данных о рельефе и структуре местности. Перед началом съемки составляется проект, в котором определяются места установки сканера, называемые сканпозициями. Сам сканер может быть установлен как на штативе, так и на транспортном средстве, что добавляет гибкости в процессе съемки. Важным аспектом является то, что сканер не требует центрирования, а привязка к системе координат осуществляется через специальные маркеры, установленные на расстоянии 20-30 метров от прибора.
Преимуществами лазерного сканирования можно назвать:
Скорость и оперативность. Данный метод позволяет быстро и эффективно проводить съемку, что невозможно достичь другими методами. Это особенно важно в условиях, когда требуется оперативное получение данных.
Экономическую эффективность. Использование сканеров значительно снижает затраты по сравнению с традиционными методами. Например, для аэросъемки необходимо пройти длительный процесс получения разрешений, связанных с вопросами безопасности и использованием воздушного пространства. В то время как лазерное сканирование, особенно воздушное, требует менее сложных и более быстрых процедур согласования, что ускоряет процесс получения результатов.
Безопасность. Технология обеспечивает повышенную безопасность при выполнении работ на потенциально опасных объектах, таких как высоковольтные электростанции, железные дороги и химические заводы. Системы сканирования могут быть установлены так, чтобы избежать необходимости находиться в опасной зоне или ограничивать движение.
Мобильность. Лазерные сканеры можно устанавливать на различные транспортные средства, что позволяет проводить съемку в труднодоступных местах и значительно увеличивает гибкость работы.
Качественную обработку данных. Результат работы сканера представляет собой облако точек с известными координатами X, Y и Z. Эти данные позволяют решать широкий спектр задач, включая выполнение различных измерений, построение сечений и определение высот объектов. Камеральная обработка данных позволяет автоматически создавать рельефные поверхности и 3D модели, что существенно экономит время на постобработку.
Точность и детализацию. Использование современных сканирующих устройств обеспечивает высокую точность и детализацию получаемых данных, что критически важно для многих приложений. Хотя автоматическая векторизация сложных геометрических форм, таких как здания и их архитектурные элементы, может потребовать ручного вмешательства, большинство задач может быть выполнено с высокой степенью автоматизации.
Минимизацию человеческого фактора. Автоматизация процесса позволяет снизить вероятность ошибок, связанных с ручными измерениями, а также с ускоряет сам процесс проведения измерений.
Невозможность повреждения объекта. В отличие от контактных методов измерений, данный метод не требует физического контакта с объектом, что исключает риск его повреждения. Такой подход актуален при работе с историческими памятниками, хрупкими конструкциями или опасными объектами.
Возможность работы в труднодоступных местах. Современные устройства могут работать на расстоянии, что позволяет обследовать объекты, доступ к которым затруднен или невозможен. Это может включать высокие здания, мосты, шахты и другие сложные конструкции.
Универсальность применения. Лазерное сканирование находит применение в самых разных отраслях: от геодезии и картографии до медицины и киноиндустрии. Универсальность метода позволяет использовать его для решения широкого спектра задач. Использование сканирующих устройств легко совмещается с другими современными технологиями, такими как беспилотные летательные аппараты (дроны), системы GPS и ГИС, что расширяет возможности и улучшает качество получаемых данных.
Экономичность в долгосрочной перспективе. Несмотря на относительно высокую стоимость оборудования, лазерное сканирование может оказаться экономически выгодным в долгосрочной перспективе благодаря снижению затрат на рутинные операции, уменьшение числа выездов на объект.
Лазерное сканирование, как логическое продолжение развития геодезических технологий, предоставляет множество возможностей для создания точных и детализированных 3D моделей. С каждым годом технологии продолжают развиваться, что делает лазерное сканирование еще более доступным и эффективным инструментом для специалистов. Использование данного метода для выявления изменений значительно упрощает и ускоряет процесс мониторинга объектов, т. к. позволяет получать точные и объективные данные, что делает их незаменимыми в современных исследованиях и проектировании. Развитие алгоритмов и методов обработки данных только увеличивает потенциал лазерного сканирования в будущем.
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
Основой лазерного сканирования является использование импульсов света для получения информации о положении и форме объектов.
Этапами работы сканеров являются:
- Испускание излучения. Лазерный сканер испускает лазерный луч, который генерирует короткие световые импульсы. Эти импульсы направляются на объект, который нужно измерить.
- Отражение сигнала. Когда импульс достигает поверхности объекта, часть энергии отражается обратно к сканеру. Отраженный сигнал улавливается приемником прибора.
- Измерение расстояния. Время, необходимое для прохождения импульса от сканера до объекта и обратно, фиксируется прибором, при этом, используя скорость света, можно узнать расстояние до объекта. Этот принцип называется фазовым методом или методом времени пролета.
- Сбор данных. Сканер последовательно отправляет импульсы в разные направления, собирая информацию о расстоянии до множества точек на поверхности объекта, которые образуют так называемое «облако точек».
- Обработка данных. Собранные данные обрабатываются специализированным программным обеспечением, создающим трехмерную модель объекта на основе координат каждой точки.
Процесс обработки данных, полученных с помощью сканера, включает несколько этапов, направленных на превращение необработанных данных в полезную информацию. Первый этап — это непосредственно сам процесс сканирования. Лазерный сканер посылает лазерные лучи и регистрирует отраженные сигналы, создавая массив точек (облако точек). Каждая точка содержит координаты, а иногда и дополнительные параметры, такие как интенсивность отраженного сигнала или цвет. После окончания сбора данных они проходят через предварительную обработку, включающую:
Фильтрацию шума и удаление лишних данных
Регистрацию и объединение нескольких сканов в одно общее пространство
Выравнивание возможных смещений и поворотов между отдельными сканами
После предварительной обработки точки классифицируются по типу поверхности, к которой они принадлежат. Например, точки могут быть отнесены к земле, зданиям, растительности и другим объектам. Классификация может выполняться вручную или автоматически с использованием специальных алгоритмов. На основе классифицированных точек создаются модели объектов. Выделяют несколько подходов к моделированию:
Триангуляция — создание трехмерной сетки из треугольников, соединяющих соседние точки
Моделирование поверхностей — построение непрерывных поверхностей, проходящих через точки
Объемное моделирование — создание объемных моделей, представляющих внутреннюю структуру объектов
После создания моделей проводится анализ данных, который может включать определение размеров, площадей, объемов и других параметров объектов, создание поперечных сечений и продольных профилей для изучения внутренней структуры объектов, оценку изменения формы объектов со временем. Последний этап обработки — это визуализация обработанных данных в виде трехмерных моделей, карт и планов или фотореалистичных изображений.
Обработка данных лазерного сканирования — это сложный многоэтапный процесс, требующий специализированных знаний и инструментов. Однако результат оправдывает усилия, позволяя получать точные и подробные модели реальных объектов, применяемые в самых разных областях.
Производительность лазерного сканирования в данный момент впечатляет, поскольку современные технологии позволяют достигать значительных объемов съемки в кратчайшие сроки. Например, для линейных объектов, таких как дороги или трубопроводы, возможно сканировать до 500 километров за один рабочий день. Для площадных объектов, таких как поля или городские районы, можно обработать до 1000 квадратных километров.
Одним из значимых преимуществ технологии является возможность работы в ночное время. Это открывает новые горизонты для проведения съемок, особенно в условиях ограниченной видимости днем или при необходимости соблюдения определенных временных рамок. Еще одной уникальной особенностью лазерной локации является способность снимать заросшие лесом территории. Даже несмотря на плотную растительность, удается получить цифровую модель рельефа, что крайне важно для геодезических и картографических работ. Кроме того, технология позволяет эффективно работать на территориях со слабовыраженным рельефом и отсутствием маркирующих элементов, что делает ее незаменимой в сложных условиях съемки.
Лазерное сканирование стало эффективным инструментом для работы на карьерах и разрезах, демонстрируя свои преимущества в сборе точных данных о рельефе и структуре местности. Перед началом съемки составляется проект, в котором определяются места установки сканера, называемые сканпозициями. Сам сканер может быть установлен как на штативе, так и на транспортном средстве, что добавляет гибкости в процессе съемки. Важным аспектом является то, что сканер не требует центрирования, а привязка к системе координат осуществляется через специальные маркеры, установленные на расстоянии 20-30 метров от прибора.
Преимуществами лазерного сканирования можно назвать:
Скорость и оперативность. Данный метод позволяет быстро и эффективно проводить съемку, что невозможно достичь другими методами. Это особенно важно в условиях, когда требуется оперативное получение данных.
Экономическую эффективность. Использование сканеров значительно снижает затраты по сравнению с традиционными методами. Например, для аэросъемки необходимо пройти длительный процесс получения разрешений, связанных с вопросами безопасности и использованием воздушного пространства. В то время как лазерное сканирование, особенно воздушное, требует менее сложных и более быстрых процедур согласования, что ускоряет процесс получения результатов.
Безопасность. Технология обеспечивает повышенную безопасность при выполнении работ на потенциально опасных объектах, таких как высоковольтные электростанции, железные дороги и химические заводы. Системы сканирования могут быть установлены так, чтобы избежать необходимости находиться в опасной зоне или ограничивать движение.
Мобильность. Лазерные сканеры можно устанавливать на различные транспортные средства, что позволяет проводить съемку в труднодоступных местах и значительно увеличивает гибкость работы.
Качественную обработку данных. Результат работы сканера представляет собой облако точек с известными координатами X, Y и Z. Эти данные позволяют решать широкий спектр задач, включая выполнение различных измерений, построение сечений и определение высот объектов. Камеральная обработка данных позволяет автоматически создавать рельефные поверхности и 3D модели, что существенно экономит время на постобработку.
Точность и детализацию. Использование современных сканирующих устройств обеспечивает высокую точность и детализацию получаемых данных, что критически важно для многих приложений. Хотя автоматическая векторизация сложных геометрических форм, таких как здания и их архитектурные элементы, может потребовать ручного вмешательства, большинство задач может быть выполнено с высокой степенью автоматизации.
Минимизацию человеческого фактора. Автоматизация процесса позволяет снизить вероятность ошибок, связанных с ручными измерениями, а также с ускоряет сам процесс проведения измерений.
Невозможность повреждения объекта. В отличие от контактных методов измерений, данный метод не требует физического контакта с объектом, что исключает риск его повреждения. Такой подход актуален при работе с историческими памятниками, хрупкими конструкциями или опасными объектами.
Возможность работы в труднодоступных местах. Современные устройства могут работать на расстоянии, что позволяет обследовать объекты, доступ к которым затруднен или невозможен. Это может включать высокие здания, мосты, шахты и другие сложные конструкции.
Универсальность применения. Лазерное сканирование находит применение в самых разных отраслях: от геодезии и картографии до медицины и киноиндустрии. Универсальность метода позволяет использовать его для решения широкого спектра задач. Использование сканирующих устройств легко совмещается с другими современными технологиями, такими как беспилотные летательные аппараты (дроны), системы GPS и ГИС, что расширяет возможности и улучшает качество получаемых данных.
Экономичность в долгосрочной перспективе. Несмотря на относительно высокую стоимость оборудования, лазерное сканирование может оказаться экономически выгодным в долгосрочной перспективе благодаря снижению затрат на рутинные операции, уменьшение числа выездов на объект.
Лазерное сканирование, как логическое продолжение развития геодезических технологий, предоставляет множество возможностей для создания точных и детализированных 3D моделей. С каждым годом технологии продолжают развиваться, что делает лазерное сканирование еще более доступным и эффективным инструментом для специалистов. Использование данного метода для выявления изменений значительно упрощает и ускоряет процесс мониторинга объектов, т. к. позволяет получать точные и объективные данные, что делает их незаменимыми в современных исследованиях и проектировании. Развитие алгоритмов и методов обработки данных только увеличивает потенциал лазерного сканирования в будущем.
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