В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 
УДК 622.831

Применение лазерного сканирования при инженерно-геодезических изысканий


Каранеева А.Д., магистрант, Старостина О.В., доцент, Панасенко Е.А., ассистент,
Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Рассмотрено применение разработанной методики использования НЛС для решения задачи геодезического контроля.

Современные темпы строительства и эксплуатации инженерных сооружений, а также внедряемые новые методы трехмерного проектирования требуют внедрения новейших технологий и методик выполнения инженерно-геодезических работ, отвечающих концепции определения достоверной и оперативной трехмерной геометрической информации.

Одним из современных и перспективных средств измерений на сегодняшний день является наземное лазерное сканирование (НЛС).

Использование наземного лазерного сканирования в производстве за счет высокой степени автоматизации и бесконтактного неразрушающего метода измерений дает возможность решения инженерно-геодезических задач на качественно новом уровне, а также значительного снижения влияния человеческого фактора на результаты измерений и повышения уровня безопасности при выполнении работ.

Исследование особенностей наземного лазерного сканирования позволит определить пригодность применения этого современного технического средства измерений для решения различных инженерно-геодезических задач и обосновать методики выполнения полевых и камеральных работ с учетом особенностей изученных инженерных объектов и их местоположения.

На сегодняшний день использование наземных лазерных сканеров для решения инженерных геодезических задач сдерживается отсутствием нормативно-технической документации, регламентирующей методики проведения полевых и камеральных работ. Отрицательное влияние оказывает также некачественная техническая документация, поставляемая производителем в комплекте с НЛС, несущая, как правило, нечеткую информацию о погрешности производимых измерений данным прибором, практически полное отсутствие информации об исследовании точности НЛС и методике их применения.

На сегодняшний день использование наземных лазерных сканеров (НЛС) для решения инженерных геодезических задач сдерживается отсутствием нормативно-технической документации, регламентирующих и описывающих методики проведения полевых и камеральных работ. Отрицательное влияние также оказывает некачественная техническая документация, поставляемая производителем в комплекте с лазерным сканером, несущая, как правило, нечеткую информацию о погрешности измерений, производимых данным прибором.

Объектом исследования является наземная лазерная сканирующая система Leica Scanstation, предметом - особенности производимых им измерительных параметров, методические, технологические решения измерений и применения, методика реализации задач геодезического контроля.

Перспектива применения НЛС для геодезического контроля позволяет говорить о значительном повышении качества выполняемых работ за счет таких очевидных факторов как принцип непрерывной съемки, автоматизация измерений, высокая скорость измерений и простота обращения. Однако, несмотря на то, что в конструкции наземного лазерного сканера применяются известные в современной геодезии технологии и способы, данный прибор является принципиально новым устройством, производящим специфическую пространственную информацию в виде облака точек. Поэтому применение его в настоящий момент в той или иной инженерной области требует значительных исследований, классификации задач, решаемых с помощью НЛС, и разработки регламентирующей документации и методических указаний при выполнении полевых и камеральных работ.

Результатом работы НЛС является растровое изображение - скан, значения пикселей которого представляют собой элементы вектора со следующими компонентами: измеренное расстояние, интенсивность отраженного сигнала и RGB составляющая, характеризующая реальный цвет точки. Анализ измерительных блоков НЛС позволил понять их сущность и определить их слабые места. Распространение лазерного импульса блока светодальномера НЛС в пространстве является очень сложным процессом, зависящим от множества влияющих факторов: метеорологических характеристик окружающей среды, формы, цвета и структуры объекта съемки и т. д.

1. Изучение программного обеспечения по обработке сканов

В настоящее время известно большое количество программных продуктов для обработки результатов наземного лазерного сканирования и 3-D моделирования. Поэтому задача правильного выбора таких программ является актуальной. Для разрешения данной задачи следует выделить ряд критериев, который даёт возможность всесторонне оценить то или иное программное обеспечение:

  • Редактирование облаков точек
  • Ориентирование точечных моделей
  • Построение Mesh-поверхности
  • Создание трёхмерной модели с помощью примитивов
  • Создание профилей и разрезов
  • Создание ортофотоизображений.
  • Текстурирование

Программное обеспечение играет чрезвычайно важную роль в быстрой и эффективной обработке облаков точек, полученных в результате лазерных съемок высокого разрешения.

Программное обеспечение Cyclone включает полный набор программных модулей для наиболее удобной обработки облаков точек.

Общий порядок обработки облаков точек в Cyclone


Рис. 1 – Общий порядок обработки облаков точек в Cyclone


Cyclone - это набор программных модулей Leica HDS, который считается многими специалистами, работающими в области лазерного сканирования, настоящим стандартом для решения задач сканирования, визуализации, измерения, построения трехмерных моделей и чертежей, анализа данных и представления результата в традиционной форме или для решения других задач. С применением модуля Cyclone CloudWorx процесс обучения сводится к изучению использования трехмерных облаков точек в программных комплексах САПР.

Cyclone - программный комплекс, который предоставляет весьма широкий набор средств для различных вариантов обработки трехмерных данных лазерного сканирования в инженерии, геодезии, строительстве и других областях применения.

Всеобъемлющая полнота трехмерных облаков точек является основным достоинством по сравнению с другими источниками геометрической информации. Уникальная архитектура программы Cyclone основана на объектно-ориентированной базе данных, работающей по технологии Клиент/Сервер. Это технология предоставляет самую высокую скорость отображения данных при обработке проектов лазерного сканирования. Программа Cyclone дает возможность эффективно управлять данными лазерного сканирования, при этом сохраняется прозрачность обслуживания базы данных, то есть не требуются какие-либо специальные знания по управлению баз данных. Все данные - облака точек, изображения, топопривязка, результаты уравнивания, измерения, модели объектов и многое другое хранятся в одном файле. Тем самым нет необходимости перезаписывать или пересылать информацию из одного модуля в другой и т.д.

Технология Клиент/Сервер позволяет одновременно работать до 10 специалистов над одним проектом.

Для ускорения работы можно перейти в однопользовательский режим. Тем самым увеличение скорости отображения и обработки массивов точек составляет до 2-4 раз.

2. Задачи, решаемые с помощью лазерного сканирования

Одной из областей, наиболее ярко открывающих возможности лазерного сканера, является архитектура. Сканирование незаменимо для решения задач сохранения памятников и предметов исторической ценности. Конечно, помимо лазерного сканирования существуют и другие методы сохранения изображений, например, фотография или ее частный случай - стереофото. Однако фотография не содержит трехмерных координат. Стереофотография, сохраняющая объемность изображения, больше всего подходит для визуального восприятия объекта, однако извлечение данных о координатах большого количества точек из стереопары фотографий сопряжено со значительными трудозатратами. Метод же лазерного сканирования дает нам возможность очень быстро провести съемку фасада здания и получить модель исторического объекта с деталями размером до нескольких миллиметров.

Другой пример применения лазерного сканирования - съемка сложных в техническом отношении объектов, особенно, если они давно эксплуатировались, неоднократно подвергались перестройке, но это не всегда оперативно отражалось в документации. Бывает, что чертежи некоторых узлов объекта утеряны. Бывает, что оборудование подлежит модернизации, однако непонятно, поместится ли новая техника на площадях старой. В этих ситуациях эффективно трехмерное лазерное сканирование. Именно оно позволит ответить на все вопросы. Смоделировав реальную ситуацию на компьютере, можно быть уверенным в успехе будущей модернизации. Например, мы можем импортировать в программу обработки модель нового оборудования, совместить ее с облаками точек и увидеть все проблемные участки планируемой модернизации. По сути дела, еще на этапе проектирования можно будет сделать вывод о том, насколько успешно завершится модернизация. Еще одной областью использования наземного лазерного сканирования является съемка карьеров и открытых горных выработок. Оперативный подсчет объемов грунта - важная задача для горнодобывающих предприятий. Она также успешно решается путем применения лазерного сканирования.

Результаты исследований показали, что внедрение технологии наземного лазерного сканирования для решения задачи геодезического контроля в Казахстане сильно сдерживается отсутствием нормативно-технической документации, регламентирующей методику проведения полевых и камеральных работ, а уровень существующей нормативной документации не отвечает современному уровню развития геодезической науки и практики.

В ходе работы над анализом устройства НЛС выявлен наиболее подверженный внешним влияниям измерительный блок. Им является - лазерный дальномер.

Выявлены факторы, наиболее влияющие на точность измерения расстояний блоком лазерного дальномера. К ним можно отнести такие влияния, как внешние атмосферные условия, угол падения лазерного луча по отношению к отражательной поверхности и коэффициент отражательной способности материала изготовления сканируемого объекта.

На основе результатов выполненных исследований можно сделать следующие выводы и рекомендации.

  1. Современные лазерные сканеры в полной мере могут быть применены при выполнении высокоточных инженерно-геодезических работ, при геодезическом контроле качества строительных конструкций и наблюдении за их деформациями.
  2. Разработанные методики применения НЛС и полученные в работе реальные точности сканеров позволят существенно расширить область их использования.

Использование цифровых трехмерных моделей местности (объектов) значительно увеличивает степень автоматизации процесса проектирования или перепроектирования и актуально в решении различных инжиниринговых задач. Модели реальных объектов местности и рельефа могут быть созданы различными методами, в том числе и с помощью лазерных сканирующих систем, которые на сегодняшний день являются одним из последних достижений в области сбора метрической информации об объектах местности. Использование данной инструментальной системы, за счет высокой степени автоматизации и бесконтактного неразрушающего метода измерений дает возможность поднятия решения инженерно-геодезических задач на качественно новый уровень, значительно снизить влияние человеческого фактора и повысить безопасность при выполнении работ.

Применение разработанной методики использования НЛС для решения задачи геодезического контроля позволило получить практически в реальном режиме времени геометрические параметры сканируемых объектов бесконтактным методом, а также оперативно производить мониторинг состояния этих объектов.

Основными преимуществами использования НЛС являются полнота сбора информации, многоцелевое использование полученных результатов, существенное сокращение времени и объемов полевых работ, снижение влияния на результаты человеческого фактора и повешение уровня безопасности проведения полевых работ.

Библиографический список

  1. Большаков, В. Д. Теория ошибок наблюдений Текст.: учеб. для вузов / В. 2. - М.: Недра, 1983. - 233 с.
  2. Бруннер, В. Справочник по лазерной технике Текст. / В. Бруннер. - М.: Энергоатомиздат, 1991.-544 с.
  3. Вильнер, В. Методы повышения точности импульсных лазерных дальномеров Текст. / В. Вильнер, А. Ларюшин, Е. Рудь // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2008. - № 3.


 

Разделы конференции

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.