Лазерное 3D-сканирование

 

 

Суть технологии лазерного сканирования заключается в определении пространственных координат точек объекта. То есть, прибор, при помощи  фазового или импульсного безотражательного дальномера вычисляет расстояния до всех точек объекта и измеряет вертикальные и горизонтальные углы. При этом формируется трёхмерное изображение (с координатами XYZ) в виде облака точек (скана, растрового изображения). Принцип действия схож с работой электронного тахеометра, но в отличие от него, процесс съемки происходит в тысячи и даже миллионы раз быстрее! А это делает наземное лазерное сканирование самым оперативным и высокопроизводительным средством получения точной и полной информации о любом объекте!

Управление лазерным сканером осуществляется с помощью портативного компьютера или с помощью панели управления, встроенной в сканер. 

Сам процесс съемки достаточно прост и имеет такую последовательность: 
1) определяются зоны взаимного перекрытия сканов, устанавливаются мишени;
2) лазерный сканер устанавливается на штатив в определенных зонах; 
3) прибору задаются плотность облака точек (разрешение) и область съемки; 
4) запускается процесс лазерного сканирования объектов. 

Схема расположения мишеней для съемок простого объекта

Схема расположения мишеней для съемок дороги

Еще на стадии полевых работ необходимо предварительно определить зоны взаимного перекрытия сканов (чтобы были видны все детали снимаемого объекта). Для этого до начала съемки в этих зонах размещают специальныемишени. Далее по координатам этих мишеней облака точек совмещают в единую 3D-модель. Возможно совместить облака точек и без мишеней. 

Чтобы получить полное 3D-изображение местности необходимо несколько сеансов съемки (с разных позиций). Это дает возможность отснять поверхность с разных точек и зафиксировать любые, даже самые малейшие элементы! Полученные облака точек совмещаются друг с другом в единое пространство в программном модуле. Все данные при этом имеют такие характеристики, как, координаты, интенсивность отражённого сигнала и реальный цвет точки. 

В результате собранных данных получаем 3D-модель, с высокой степенью детализации, плоские чертежи и разрезы, профили и сечения, планы, площади и объемы поверхностей, сохраняющие полное геометрическое соответствие форм и размеров реального объекта. Кроме всего прочего, существует возможность обмена графическими данными, что позволяет легко встроитьтехнологию лазерного сканирования в схему уже используемого программного обеспечения. 

Трехмерная точечная модель собора

Обзор наземных лазерных сканеров 

На сегодняшний день множество фирм занимается разработкой приборов длятрёхмерного лазерного сканирования, ориентированных на различные цели. Но все современные наземные лазерные сканеры имеют ряд общих характеристик: 
1. точность измерения расстояния, горизонтального и вертикального углов; 
2. максимальное разрешение сканирования; 
3. скорость сканирования; 
4. дальность действия лазерного сканера; 
5. расходимость лазерного луча; 
6. поле зрения сканера; 
7. используемые средства получения информации о реальном цвете; 
8. класс безопасности используемого лазера; 
9. портативность и особенности интерфейса. 

Одним из мировых лидеров по производству наземных лазерных сканеров является компания Z+F (Zoller + Fröhlich). Приборы марки Z+F производятся в Германии, что не вызывает сомнений в качестве и точности прибора! На сегодняшний день, одним из наиболее популярных приборов этой марки является лазерный сканер IMAGER5010. В отличие от своих предшественников, сканер имеет  непревзойденную скорость сканирования, повышенную точность, огромное поле зрения, расширенный диапазон температур, цветной сенсорный экран, малый вес и компактность. К тому же, лазерный сканер имеет безопасный луч, причем не только для промышленного оборудования, но и для глаз человека! Все эти отличия ставят сканер на порядок выше своих «ровесников». 

 

Цветное облако точек, сканер Z+F Imager 5010C 

Высокая точность и скорость сканирования (более 1 млн.точек в секунду) позволяет провести измерения на объекте за очень короткое время и при этом достигнута точность лучше, чем 1мм - это особенно актуально в случаях, когда надо избежать накопления ошибки при регистрации данных, полученных с большого количества стоянок сканера. 

Широкое поле зрения (3600 по горизонтали и 3200 по вертикали) оставляет вне поле зрения сканера лишь небольшой участок под сканером. К тому же, сканер адаптирован под работу в разных условиях, от температуры от -100, до очень сильной запыленности! 

Немаловажное значение имеет и компактность прибора и его полная автономность от компьютера или каких-либо устройств, а сохраняются данные на встроенном в сканер накопителе. Цветной сенсорный экран позволяет легко задать режимы сканирования, просматривать полученные данные и проводить простейшие измерения по полученным облакам точек. 

После того, как все работы были выполнены, с разных точек получены данные, зарегистрировать их в единое облако поможет программа  LFM Register, а для того чтобы обработать и преобразовать в трехмерные модели или плоские чертежи - LFM Modeller. К тому же, полученные данные могут быть переданы в любые другие программные пакеты, как например, АutoCAD, Smart Plant 3D, PDMS и другие, чтобы работать в них для дальнейшего проектирования. 

Не менее популярным лазерным сканером является сканер GLS-1500производства компании Topcon (Япония). Японские приборы всегда отличались наилучшими характеристиками при равных условиях. Так, например, лазерный сканер GLS-1500 при меньшей скорости сканирования (до 30000 точек в секунду), обладает большей дальностью съемки (до 330 метров). Это дает преимущество сканеру в случаях, когда ведется съемка на открытых территориях значительных размеров. К тому же, это не лишает сканера возможности вести съемки городских и промышленных территорий, фасадов зданий и архитектурных объектов. 

 

Лазерный сканер Topcon GLS 1000/1500 

Немаловажное значение имеет и то, что сканер оснащен безопасным лазером 1-го класса и высокую миллиметровую точность. Полная автономность и встроенная панель управления с накоплением данных на обычной SD-карте, а также встроенный модуль WiFi, делают прибор не только надежным, но и удобным. Так, сканером можно управлять дистанционно, что важно при съемке в неблагоприятных условиях. К тому же, при помощи встроенной камеры можно сохранить фотографии самого объекта съемки. 

Программное обеспечение Topcon ScanMaster позволяет регистрировать полученные данные, объединять их в единое облако точек, подготавливать данные для чертежей, выполнять обмерные работы, создавать модели поверхности, профили, поперечные сечения. 

Где применяется наземное лазерное сканирование? 

Сфер применения наземного лазерного сканирования большое множество. Лазерное сканирование возможно применять: 
- в строительстве и эксплуатации инженерных сооружений; 
- в горной промышленности; 
- в нефтегазовой промышленности; 
- в архитектуре; 

 

Цветное облако точек, сканер Z+F Imager 5010C 

- в разработке мероприятий по предотвращению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций; 
- в выполнении топографической съёмки территорий, имеющих высокую степень застройки; 
- в судостроении; 

Лазерное сканирование и расчет объемов грузовых танков корабля

- в моделировании различного вида тренажёров; 
- в создании двумерных и трёхмерных геоинформационных систем управления предприятием; 
- в фиксации ДТП и мест преступлений. 

 

Цветное облако точек, Сцена аварии для исследования, сканер Z+F Imager 5006  

В любой сфере, лазерное сканирование обладает преимуществами, такими как: 
- оперативное получение исходных данных 
- оперативное составление качественной и наглядной проектной документации (камеральной обработки) 
- высокоточная и детальная съемка 
- повышенная эффективность работ и трудозатрат 
- безопасное проведение работ 
- проведение работ без отрывания (остановки) от процесса снимаемого объекта 
- работа в условиях повышенной запыленности, вибрации, плохой освещенности 
и многое другое! 

Исходя из вышесказанного и опыта специалистов нашей компании при использовании данной технологии, можно сделать вывод, что технология наземного лазерного сканирования показала себя не только как высокоэффективная, но и во многих случаях как незаменимая, позволяющая в сжатые сроки произвести оперативную съемку различных объектов без потери точности и полноты собираемых данных. Она может быть применена практически в любой области в силу абсолютной объективности и отсутствия влияния человеческого фактора. 

Трудно представить, сколько бы времени понадобилось нам для съемки коммуникаций электронным безотражательным тахеометром например в цехе пульпонасосов с габаритами 60×30×20 метров. Месяцы, а может быть год? С помощью лазерного сканера все «полевые» работы можно выполнить за несколько рабочих дней. 

Какой лазерный сканер выбрать? 

Гарантия успеха при выполнении работ, требующих применения технологии лазерного сканирования, заключается в правильно подобранном инструменте. 

Оптимальный комплект оборудования для решения своего круга задач Вы сможете найти в семействе лазерных сканирующих систем, разработанных компанией Topcon и Z+F.