Каков механизм оценки качества работ по наземному лазерному сканированию?
Акрополь-Гео
«Акрополь-Гео»
крутите вниз
- Главная ›
- Статьи ›
- Публикации ›
- Каков механизм оценки качества работ по наземному лазерному сканированию?
Лазерное сканирование зарекомендовало себя как высокоточный метод активного дистанционного зондирования, выполняемый как из стационарного наземного положения, так и в движении. В зависимости от этого выделяют наземный, мобильный и воздушный виды сканирования. Каждый из видов находит широкое применение в различных отраслях деятельности человека, но существенно отличаются.
Основные методики съёмки методом НЛС заключаются в выборе рационального способа создания съёмочного обоснования, определении местоположения сканерных станций, способа ориентирования лазерного сканера на местности. По итогам полевой съёмки проводится внешнее ориентирование сканов и построение единой точечной модели. Выбор методик зависит от характера застройки объекта, технических характеристик модели наземного сканирующего устройства и опыта специалиста, работающего с лазерным сканером. От опыта специалиста существенно зависит итоговая точность и плотность данных лазерного сканирования. Выбор станций выполняется с учётом значений расходимости луча, максимальной дальности съёмки, разрешения сканирования, точности определения расстояния и выбранного способа внешнего ориентирования сканов. При выборе станций для выполнения измерений также нужно также учитывать угол падения лазерного луча на грани объектов.
С целью компенсации недостаточного опыта специалиста при выборе места расположения лазерного сканирующего устройства, разрабатываются алгоритмы автоматического их определения, обеспечивающие наибольший охват и поиск оптимальных траекторий перемещения оператора от одной станции к другой. Работа всех автоматических алгоритмов основана на анализе предварительно полученных картографических материалов. Большей точности автоматического поиска мест расположения сканерных станций возможно добиться при анализе исходной картографической информации в трёхмерном виде.
В отличие от НЛС, съёмка территорий мобильными и воздушными методами более автоматизирована. Скорость сбора данных этими методами многократно превышает метод НЛС. После создания съёмочного обоснования, специалисту требуется выполнить планирование маршрута передвижения транспортного средства с установленными системами лазерного сканирования и включения одновременного сбора данных на спутниковых приёмниках, размещённых на базовых станциях и применяемой системе сканирования. Немаловажным вопросом выполнения полевого этапа съёмки данными методами является определение необходимого числа опорных точек для привязки результатов проведенных измерений. При МЛС число опорных точек выбирается в зависимости от требуемой точности, регламентируемой видом создаваемой продукции и качеством спутникового сигнала.
Перспективным направлением исследований также является применение метода ВЛС, где в качестве носителя выступает беспилотный летательный аппарат (БПЛА), что позволяет выполнить ВЛС с более низких высот и улучшить точность данных до уровня МЛС. В настоящее время актуальным вопросом является разработка малобюджетных сканирующих систем и оценка точности полученных ими данных по сравнению с дорогостоящими и высокоточными системами.
Точность данных, полученных от сканера, зависит от множества параметров, которые могут влиять на конечный результат измерений:
Качество проведения работ по лазерному сканированию нередко определяется через индивидуальный подход к каждому проекту, поскольку нормативная документация в этой области практически отсутствует. В таких случаях исполнитель и заказчик совместно разрабатывают и согласовывают систему критериев, по которым оценивают качество законченных работ. Эти критерии могут включать такие параметры, как точность измерений, плотность точек, покрытие сканируемой области, устранение ошибок и шумов, а также соответствие конечных данных требованиям проекта.
Совсем недавно наконец был принят введен в действие с 1 марта 2024 года ГОСТ Р 71863— 2024 «Фототопография. Лазерное сканирование. Общие положения». На сегодняшний день это единственный российский национальный стандарт, который регулирует требования к проведению данной процедуры, то есть при создании и обработке трехмерных моделей.
Стандарт впервые формулирует четкое определение лазерного сканирования как метода получения трехмерных данных о поверхности объекта с использованием лазерного излучения. В стандарте также устанавливаются требования к сканирующим устройствам, в т. ч. их технические характеристики: точность измерений, скорость сканирования, дальность действия и остальные параметры, подробно обрисовывается порядок выполнения процедуры, в т. ч. подготовительные этапы, процессы проведения съемки и окончательной обработки данных. Впервые здесь очерчиваются единообразные критерии оценивания качества извлеченных данных, такие как точность, плотность точек и наличие ошибок, а также формулируются методики обработки и хранения данных, полученных в результате измерительных работ. Здесь же содержатся ведущие требования к формату окончательных данных. В тексте ГОСТ можно найти примеры применения сканирования в самых разных сферах. Данный стандарт был разработан с целью унифицирования методики лазерного сканирования и достижения высокого качества полученных данных, что позволяет повысить результативность работ в любых отраслях. Стандарт внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 404 «Геодезия и картография», утвержден и введен в действие.
Исходя из нового стандарта, лазерное сканирование занимает важное место в формировании цифровых топографических карт и планов, а также в сборе пространственных данных, нужных во время выполнения проектных, инженерных, кадастровых и других работ. Этот метод предоставляет ценную информацию о рельефе и объектах на местности, позволяя создавать высококачественные цифровые модели поверхности и ландшафта. Более того, лазерное сканирование активно применяется для формирования единой электронной картографической базы и новых типов продуктов, таких как 3D модели объектов и информационные модели строительных объектов (ТИМ/BIM), что делает его необходимым инструментом для повышения эффективности.
Согласно стандарту ГОСТ Р 71863—2024, результаты обработки данных, полученных от сканера, обязаны содержать файлы с облаками точек лазерных отражений (ТЛО), а также фото- и видеоматериалы, картограммы выполненных работ, акты контроля качества и отчеты о выполненных работах. Наиболее распространенные форматы файлов — LAS и другие, содержащие пространственные координаты, интенсивность отраженного сигнала, цвет, номер и количество отражений, стандартное время GPS и угол поворота зеркала. При обрабатывании больших объемов данных рекомендуется использовать частичную загрузку массивов, чтобы избежать перегрузки оперативной памяти.
Результаты проведения сканирующей процедуры должны обеспечивать создание цифровых топографических карт и планов, 3D моделей территории, а также инженерных цифровых моделей местности, что помогает применять их в топографической съемке, проектировании, строительстве, инженерно-архитектурной деятельности, маркшейдерских и кадастровых работах. Облако точек представляется в равноугольной поперечно-цилиндрической картографической проекции и привязывается к системе координат ГСК или ITRF, а также к геодезическим или нормальным высотам. Допускается при этом формирование облаков ТЛО в местных или условных системах координат. К облакам ТЛО должен быть приложен текстовый файл с параметрами преобразования системы координат и модели нужного геоида.
Финальная обработка облаков точек позволяет получать производные продукты, такие как профили, сечения, структурные линии и цифровые модели пространственных объектов. Такие данные успешно интегрируются в виртуальную среду для трехмерного отображения и анализа, что открывает новые горизонты для применения лазерного сканирования в различных сферах.
Поскольку ГОСТ был принят совсем недавно, до его выхода основным документом, на который ориентировался исполнитель при проведении работ, было техническое задание, в котором отражались параметры и критерии качества лазерного сканирования. Исполнитель разрабатывает программу производства работ (ППР) и сдаёт результаты вместе с техническим отчётом, в котором обосновывает достигнутые результаты и методы контроля. В отчёте указываются:
Заказчик проверяет соответствие заявленных параметров ТЗ, сопоставляет данные с ППР и оценивает точность работ. Главный критерий качества, особенно учитывающийся во время проверки, это точность.
Техническое задание (ТЗ) и соблюдение нового ГОСТ играют ключевую роль при выполнении работ лазерного сканирования, т. к. они содержат основные критерии качества выполнения работ, обуславливают единообразие и точность измерений, а также способствуют предотвращению ошибок и гарантировать соответствие результатов установленным требованиям.
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
Основные методики съёмки методом НЛС заключаются в выборе рационального способа создания съёмочного обоснования, определении местоположения сканерных станций, способа ориентирования лазерного сканера на местности. По итогам полевой съёмки проводится внешнее ориентирование сканов и построение единой точечной модели. Выбор методик зависит от характера застройки объекта, технических характеристик модели наземного сканирующего устройства и опыта специалиста, работающего с лазерным сканером. От опыта специалиста существенно зависит итоговая точность и плотность данных лазерного сканирования. Выбор станций выполняется с учётом значений расходимости луча, максимальной дальности съёмки, разрешения сканирования, точности определения расстояния и выбранного способа внешнего ориентирования сканов. При выборе станций для выполнения измерений также нужно также учитывать угол падения лазерного луча на грани объектов.
С целью компенсации недостаточного опыта специалиста при выборе места расположения лазерного сканирующего устройства, разрабатываются алгоритмы автоматического их определения, обеспечивающие наибольший охват и поиск оптимальных траекторий перемещения оператора от одной станции к другой. Работа всех автоматических алгоритмов основана на анализе предварительно полученных картографических материалов. Большей точности автоматического поиска мест расположения сканерных станций возможно добиться при анализе исходной картографической информации в трёхмерном виде.
В отличие от НЛС, съёмка территорий мобильными и воздушными методами более автоматизирована. Скорость сбора данных этими методами многократно превышает метод НЛС. После создания съёмочного обоснования, специалисту требуется выполнить планирование маршрута передвижения транспортного средства с установленными системами лазерного сканирования и включения одновременного сбора данных на спутниковых приёмниках, размещённых на базовых станциях и применяемой системе сканирования. Немаловажным вопросом выполнения полевого этапа съёмки данными методами является определение необходимого числа опорных точек для привязки результатов проведенных измерений. При МЛС число опорных точек выбирается в зависимости от требуемой точности, регламентируемой видом создаваемой продукции и качеством спутникового сигнала.
Перспективным направлением исследований также является применение метода ВЛС, где в качестве носителя выступает беспилотный летательный аппарат (БПЛА), что позволяет выполнить ВЛС с более низких высот и улучшить точность данных до уровня МЛС. В настоящее время актуальным вопросом является разработка малобюджетных сканирующих систем и оценка точности полученных ими данных по сравнению с дорогостоящими и высокоточными системами.
Точность данных, полученных от сканера, зависит от множества параметров, которые могут влиять на конечный результат измерений:
- Длительность и форма зондирующего импульса: более короткие и крутые передние фронты импульсов позволяют достичь большей точности измерений.
- Отражательные характеристики объекта: свойства поверхности объекта, такие как коэффициент отражения, могут влиять на точность измерения расстояния.
- Точность измерения расстояния: точность замеров зависит от типа используемого метода (импульсный или фазовый) и характеристик сканера.
- Точность измерения горизонтального и вертикального углов: погрешности в измерениях снижают точность определения пространственного положения любой из точек.
- Максимальное разрешение сканирования: более высокое разрешение позволяет получить более детализированные данные.
- Скорость сканирования: высокая скорость сканирования может снизить точность измерений, если не учтены компенсационные меры.
- Дальность действия сканирующего устройства: чем дальше объект, тем сложнее достичь высокой точности измерений.
- Расходимость лазерного луча: более узкий луч обеспечивает большую точность на малых расстояниях.
- Поле зрения сканера: широкий угол поля зрения может уменьшить точность измерений на периферии.
- Реальный цвет и интенсивность отраженного сигнала: правильное определение цвета объекта способно помочь в интерпретации данных и улучшении точности обработки.
- Особенности интерфейса: интерфейс сканирующего устройства и удобство его применения может влиять на точность работы оператора.
- Внешние параметры окружающей среды: погодные условия, освещение и другие факторы могут вносить помехи в измерения.
- Инструментальные ошибки: ошибки, вызванные качеством сборки и юстировки сканера, также влияют на точность измерений.
- Количество опорных точек: недостаток точек может привести к снижению точности привязки данных.
Качество проведения работ по лазерному сканированию нередко определяется через индивидуальный подход к каждому проекту, поскольку нормативная документация в этой области практически отсутствует. В таких случаях исполнитель и заказчик совместно разрабатывают и согласовывают систему критериев, по которым оценивают качество законченных работ. Эти критерии могут включать такие параметры, как точность измерений, плотность точек, покрытие сканируемой области, устранение ошибок и шумов, а также соответствие конечных данных требованиям проекта.
Совсем недавно наконец был принят введен в действие с 1 марта 2024 года ГОСТ Р 71863— 2024 «Фототопография. Лазерное сканирование. Общие положения». На сегодняшний день это единственный российский национальный стандарт, который регулирует требования к проведению данной процедуры, то есть при создании и обработке трехмерных моделей.
Стандарт впервые формулирует четкое определение лазерного сканирования как метода получения трехмерных данных о поверхности объекта с использованием лазерного излучения. В стандарте также устанавливаются требования к сканирующим устройствам, в т. ч. их технические характеристики: точность измерений, скорость сканирования, дальность действия и остальные параметры, подробно обрисовывается порядок выполнения процедуры, в т. ч. подготовительные этапы, процессы проведения съемки и окончательной обработки данных. Впервые здесь очерчиваются единообразные критерии оценивания качества извлеченных данных, такие как точность, плотность точек и наличие ошибок, а также формулируются методики обработки и хранения данных, полученных в результате измерительных работ. Здесь же содержатся ведущие требования к формату окончательных данных. В тексте ГОСТ можно найти примеры применения сканирования в самых разных сферах. Данный стандарт был разработан с целью унифицирования методики лазерного сканирования и достижения высокого качества полученных данных, что позволяет повысить результативность работ в любых отраслях. Стандарт внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 404 «Геодезия и картография», утвержден и введен в действие.
Исходя из нового стандарта, лазерное сканирование занимает важное место в формировании цифровых топографических карт и планов, а также в сборе пространственных данных, нужных во время выполнения проектных, инженерных, кадастровых и других работ. Этот метод предоставляет ценную информацию о рельефе и объектах на местности, позволяя создавать высококачественные цифровые модели поверхности и ландшафта. Более того, лазерное сканирование активно применяется для формирования единой электронной картографической базы и новых типов продуктов, таких как 3D модели объектов и информационные модели строительных объектов (ТИМ/BIM), что делает его необходимым инструментом для повышения эффективности.
Согласно стандарту ГОСТ Р 71863—2024, результаты обработки данных, полученных от сканера, обязаны содержать файлы с облаками точек лазерных отражений (ТЛО), а также фото- и видеоматериалы, картограммы выполненных работ, акты контроля качества и отчеты о выполненных работах. Наиболее распространенные форматы файлов — LAS и другие, содержащие пространственные координаты, интенсивность отраженного сигнала, цвет, номер и количество отражений, стандартное время GPS и угол поворота зеркала. При обрабатывании больших объемов данных рекомендуется использовать частичную загрузку массивов, чтобы избежать перегрузки оперативной памяти.
Результаты проведения сканирующей процедуры должны обеспечивать создание цифровых топографических карт и планов, 3D моделей территории, а также инженерных цифровых моделей местности, что помогает применять их в топографической съемке, проектировании, строительстве, инженерно-архитектурной деятельности, маркшейдерских и кадастровых работах. Облако точек представляется в равноугольной поперечно-цилиндрической картографической проекции и привязывается к системе координат ГСК или ITRF, а также к геодезическим или нормальным высотам. Допускается при этом формирование облаков ТЛО в местных или условных системах координат. К облакам ТЛО должен быть приложен текстовый файл с параметрами преобразования системы координат и модели нужного геоида.
Финальная обработка облаков точек позволяет получать производные продукты, такие как профили, сечения, структурные линии и цифровые модели пространственных объектов. Такие данные успешно интегрируются в виртуальную среду для трехмерного отображения и анализа, что открывает новые горизонты для применения лазерного сканирования в различных сферах.
Поскольку ГОСТ был принят совсем недавно, до его выхода основным документом, на который ориентировался исполнитель при проведении работ, было техническое задание, в котором отражались параметры и критерии качества лазерного сканирования. Исполнитель разрабатывает программу производства работ (ППР) и сдаёт результаты вместе с техническим отчётом, в котором обосновывает достигнутые результаты и методы контроля. В отчёте указываются:
- Состав выполненных работ и причины возможных неполадок
- Развитие съёмочного обоснования
- Достигнутая точность измерений
- Объём выполненных работ (количество станций, плотность, цветность)
- Условия проведения работ (погодные условия, время съёмки, действующие негативные факторы)
- Результаты камеральной обработки данных
Заказчик проверяет соответствие заявленных параметров ТЗ, сопоставляет данные с ППР и оценивает точность работ. Главный критерий качества, особенно учитывающийся во время проверки, это точность.
Техническое задание (ТЗ) и соблюдение нового ГОСТ играют ключевую роль при выполнении работ лазерного сканирования, т. к. они содержат основные критерии качества выполнения работ, обуславливают единообразие и точность измерений, а также способствуют предотвращению ошибок и гарантировать соответствие результатов установленным требованиям.
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