Лазерное сканирование, обработка данных

Лазерное сканирование — это метод сбора данных, который использует лазерные технологии для получения высокоточных трехмерных моделей любых физических объектов и окружающей среды. Суть этого процесса заключается в том, что сканирующее устройство выделяет лазерные лучи, затем отражающиеся от поверхностей. Сканер измеряет временной интервал, за который луч возвращается к принимающему устройству, что позволяет определить расстояние до объекта. Эти измерения фиксируются в виде облака точек, представляющего форму и размеры объекта. Облака точек могут содержать миллионы точек, что обеспечивает высокую детализацию. После сбора данных они обрабатываются с помощью особых программ, что включает в себя сшивку данных из разных точек съемки, создание 3D-моделей и визуализацию результатов.



Лазерное сканирование открывает новые горизонты в точности и эффективности проектирования и строительства, позволяя специалистам лучше понимать и визуализировать объекты и их окружение.

 

Основным итогом процедуры лазерного сканирования является облако точек — нерегулярная совокупность координат (X, Y, Z), которые могут быть представлены в натуральных цветах. Для практического Облака точек возможно использовать для более сложных задач, но для этого облака точек должны быть превращены в полноценную 3D модель с детализированными структурными элементами.

 

Процесс получения облака точек включает в себя несколько ключевых этапов, каждый из которых играет важную роль в обеспечении качества и точности данных:

1. Подготовка к съемке

• Подготовка планов. На первом этапе необходимо создать детализированные планы, которые будут служить основой для съемки
• Определение режима съемки. Выбор подходящего режима съемки зависит от условий и целей проекта
• Планирование времени. Установление оптимального времени для наблюдений может происходить с использованием глобальной навигационной спутниковой системы для обеспечения точности данных

2. Съемка

• Калибровка оборудования. Перед началом съемки важно откалибровать сканер и другие инструменты для достижения максимальной точности
• Полевой контроль качества. В процессе съемки необходимо осуществлять контроль качества принимаемых данных, чтобы выявить возможные ошибки
• Экспресс-контроль данных. После съемки проводится быстрая проверка данных на наличие ошибок и недочетов

3. Уравнивание

• Уравнивание траекторий. Совместная постобработка данных с базовых станций ГНСС и инерциальных данных производится для достижения точности
• Уравнивание облаков. Использование контрольных точек необходимо для уравнивания облаков точек и устранения флуктуаций в траектории

4. Обработка данных

• Устранение шума. Фильтрация шумов, возникающих в результате движения и работы сканера, необходима для повышения качества данных
• Классификация. Определение различных типов точек, таких как точки земли, подземные точки, а также точки, относящиеся к строениям и элементам обустройства происходит в рамках обработки данных
• Удаление помех. Выявление и исключение точек, относящихся к помехам, таким как автомобили и пешеходы, а также случайные отражения, позволяет сделать сканы более чистыми и точными

5. Выделение и оцифровка

• Выделение модельных точек рельефа. Определение ключевых точек, которые будут использоваться для построения модели рельефа, является важнейшим этапом обработки
• Оцифровка объектов. Создание 3D моделей элементов обустройства, сооружений и зданий на основе полученных данных представляет итог работы сканирующего устройства
• 6. Визуализация и экспорт
• Назначение цвета. «Раскрашивание» облака точек в естественные цвета на основе фото- и видеосъемки требуется для улучшения визуализации
• Экспорт. Готовые модели объекта готовятся к реализации и представлению для все участников проекта

Обработка данных лазерного сканирования является непростым и многокомпонентным процессом, который можно разбить на два основных сценария: обратный инжиниринг и создание цифровой модели местности (ЦММ):

1. Обратный инжиниринг. Этот подход фокусируется на создании 3D-моделей объектов, исходя из данных, полученных путем использования сканирующих устройств. Среди этапов этого процесса выделяют:

• Построение меша. Создание сетки (меша) на основе облака точек позволяет визуализировать объект в 3D. Данный шаг требует использования различных алгоритмов, которые преобразуют облако точек в треугольные поверхности
• Сегментация. Разделение облака точек на отдельные сегменты позволяет выделить различные элементы объекта (например, стены, окна, двери)
• Параметризация модели. Применение примитивных форм (таких как кубы, цилиндры и сферы) для упрощения модели и облегчения дальнейшей работы с ней помогает в создании более абстрактных представлений объектов

2. Создание цифровой модели местности (ЦММ). Такой процесс позволяет выполнить моделирование рельефа и окружающей местности и включает несколько шагов:

• Классификация данных. Определение различных типов точек в облаке (например, точки земли, здания, растительность) необходимо для дальнейшего анализа
• Векторизация. Преобразование облака точек в векторные данные позволяет создавать линии и полигоны, представляющие различные элементы местности
• Построение триангуляции. Использование триангуляции для создания модели рельефа позволяет сделать такую цифровую модель поверхности, которая может быть использована для анализа высот и уклонов
• Анализ полученной модели. Анализ включает регистрацию (выравнивание) облаков точек, построение разрезов, проведение измерений и анализ данных для получения полезной информации о местности

 

Эти два сценария позволяют эффективно использовать данные лазерного сканирования в самых разных областях, включая архитектуру, строительство, геодезию и многие другие. Каждому сценарию присущи свои методы и подходы, которые обеспечивают высокую точность и качество конечных результатов.

 

Обработка данных лазерного сканирования может включать различные технологии: ручную, полуавтоматическую и автоматическую.

 

Ручная обработка данных подразумевает активное участие оператора в анализе и редактировании облаков точек. Эта методика зачастую используется в тех случаях, когда необходимо провести детальный анализ и учесть мельчайшие детали, ручная обработка может быть наиболее подходящей. Для объектов с нестандартной геометрией или сложными формами ручная обработка позволяет более точно интерпретировать данные. В случаях, когда требуется творческий подход, например, в архитектуре или дизайне, ручная обработка может быть более эффективной.

 

Полуавтоматическая обработка сочетает в себе элементы автоматизации и ручного вмешательства. Этот подход часто включает использование программного обеспечения, которое автоматизирует часть процессов, но требует вмешательства оператора для окончательной проверки и корректировки. Такая обработка позволяет сочетать ручные и автоматические методы, что делает процесс более гибким и эффективным, а также может значительно сократить время обработки по сравнению с полностью ручным методом, сохраняя при этом необходимый уровень точности.

 

Автоматическая обработка предполагает минимальное присутствие человека и использование алгоритмов и программного обеспечения для анализирования и обработки данных. Преимущества автоматической обработки включают высокую скорость, а также уменьшение значимости человеческого влияния на результат. Автоматизация позволяет быстро обрабатывать значительные объемы данных, что чрезвычайно нужно в проектах с жесткими сроками, при этом автоматические методы обеспечивают более однородные результаты. Применение автоматической обработки уменьшает вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором.



Любая технология обработки данных лазерного сканирования обладает собственными нюансами и может быть выбрана в зависимости от конкретных целей и задач проекта. Часто используется комбинированный подход, который позволяет оптимизировать процесс и достичь наилучших результатов. Важно помнить, что выбор технологии должен основываться на требованиях к конечному продукту и специфике обрабатываемых данных.

Данные лазерного сканирования активно применяются в различных отраслях благодаря своей точности и способности создавать детализированные 3D модели:

1. Геодезия и картография:

• Создание топографических карт
• Измерение и мониторинг изменений рельефа
• Установление границ земельных участков

2. Строительство и архитектура:

• Моделирование существующих зданий для реконструкции или реставрации
• Проектирование новых объектов с учетом существующей инфраструктуры
• Контроль за выполнением строительных работ и соответствием проектных документов

3. Дорожное строительство:

• Анализ уклонов и профилей дорог
• Определение объемов земляных работ
• Оптимизация проектирования дорожной инфраструктуры

4. Геология и экология:

• Изучение геологических структур и ресурсов
• Мониторинг изменений ландшафта и экосистем
• Оценка воздействия на окружающую среду

5. Культурное наследие и археология:

• Документирование исторических объектов и памятников
• Создание 3D моделей для исследований и сохранения культурных ценностей
• Восстановление археологических находок

6. Промышленность и производство:

• Моделирование производственных процессов и оборудования
• Оптимизация планировки заводов и фабрик
• Контроль качества и точности деталей

7. Горное дело:

• Оценка запасов полезных ископаемых
• Мониторинг безопасности шахт и карьеров
• Планирование добычи и транспортировки ресурсов

8. Управление недвижимостью:

• Оценка стоимости объектов недвижимости
• Проведение инвентаризаций и мониторинг состояния зданий
• Создание виртуальных туров

9. Ландшафтный дизайн:

• Проектирование парков и зеленых зон
• Анализ визуального восприятия ландшафта
• Планирование водных систем и дренажа

10. Транспорт и логистика:

• Оптимизация маршрутов и транспортных потоков
• Моделирование инфраструктуры для улучшения логистики
• Анализ данных для повышения безопасности на дорогах

 

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

Использование данных лазерного сканирования помогает увеличить результативность работ специалистов разных сфер, сделать процессы строительства, реставрации, контроля более удобными, быстрыми и безопасными.