47506 (Лазерное сканирование), страница 3

Сканирование не является конечной целью работы, это лишь один из методов достижения необходимого результата. Здесь важно заранее определить, нужна ли трехмерная модель объекта или же достаточно составления чертежа - от этого будет зависеть плотность получаемых точек и, как следствие, время на сканирование. При необходимости детального описания объекта мы получаем большой массив данных в виде облаков точек (рис.10).

Рис. 10 Пример облака точек

Следующий этап работы - выделение из полученного набора данных той информации, на основании интерпретации которой мы придем к конечному результату. Это может быть, допустим, разрез объекта в нужной плоскости или его трехмерная модель с использованием набора графических элементов. На экране достаточно просто измерить расстояние там, куда невозможно отправить человека с рулеткой, а также составить чертеж по результатам сканирования. В рамках специального программного обеспечения можно создавать анимацию с облетом полученных облаков точек трехмерной модели. При этом необходимо учитывать, что огромные массивы данных, состоящих из десятков миллионов точек, занимающие гигабайты на накопителях, предъявляют повышенные требования к быстродействию компьютеров и емкости накопителей информации.

2.2 Принцип работы сканирующей системы

В большинстве конструкций сканеров используется импульсный лазерный дальномер. На пути к объекту импульсы лазерного излучения проходят через систему зеркал, которые осуществляют пошаговое отклонение лазерного луча. Наиболее распространенной является конструкция, состоящая из двух подвижных зеркал. Одно из них отвечает за вертикальное смещение луча, другое – за горизонтальное. Зеркала сканера управляются прецизионными сервомоторами, в конечном итоге, они и обеспечивают точность направления луча лазера на снимаемый объект. Зная угол разворота зеркал в момент наблюдения и измеренное расстояние, процессор вычисляет координаты каждой точки.

Все управление работой прибора осуществляется с помощью портативного компьютера со специальными программами. Полученные значения координат точек из сканера передаются в компьютер по интерфейсному кабелю и накапливаются в специальной базе данных. Сканер имеет определенную область обзора или, другими словами, поле зрения.

Предварительное наведение сканера на исследуемые объекты происходит либо с помощью встроенной цифровой фотокамеры, либо по результатам предварительного разряженного сканирования. Изображение, получаемое цифровой камерой, передается на экран компьютера, и оператор осуществляет визуальный контроль ориентирования прибора. Сканирование может производиться как сразу всего поля зрения, так и лишь какой-то его части. Поэтому фотоизображение может быть использовано для выделения из общей картины нужных локальных областей.

Работа по сканированию часто происходить в несколько сеансов, во-первых, из-за ограниченного поля зрения, во-вторых, из-за формы объектов, когда все поверхности просто не видны с одной точки наблюдения. Самый простой пример - четыре стены здания. Полученные с каждой точки стояния сканы совмещаются в единое пространство в специальном программном модуле. Для обеспечения процесса совмещения еще на стадии полевых работ необходимо предусмотреть получение сканов с зонами взаимного перекрытия. При этом перед началом сканирования в этих зонах нужно разместить специальные мишени. Это является весьма существенным моментом при планировании работ. По координатам этих мишеней и будет происходить процесс "сшивки". Можно совместить облака точек без специальных мишеней, используя лишь характерные точки снимаемого объекта, которые должны легко опознаваться на сканах, но при этом, чаще всего, неизбежны потери точности.

2.3 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.

Заключение

В заключение хотелось бы отметить несколько преимуществ данной технологии наземного лазерного сканирования:

1. мгновенная трехмерная визуализация

2. высокая точность

3. несравнимо более полные результаты

4. быстрый сбор данных

5. обеспечение безопасности при съемке труднодоступных и опасных объектов

Материальные затраты по сбору данных и моделированию объекта методами трехмерного наземного лазерного сканирования на небольших участках и объектах сопоставимы с традиционными методами съемки, а на участках большой площади или протяженности - ниже. Даже при сопоставимых расходах на съемку, полнота и точность результатов наземного лазерного сканирования позволяют избежать дополнительных расходов на этапах проектирования, строительства и эксплуатации объекта. Сравнение временных затрат просто бессмысленно - счет идет на порядки.

Список используемой литературы

1. ЗАО Научно – Производственное Предприятие НАВГЕОКОМ Лазерное сканирование // методическое пособие 2006.

2. Компания Leica Geosystem // www.leica-geosystems.com

3. ЗАО «Проектно – изыскательский Институт ГЕО» // www.pgeo.ru

4. Рабочая инструкция по проведению съемочных работ с использованием наземной лазерной сканирующей системы.

5. Трехмерный лазерный сканер: принцип работы и область применения // научная статья, Издательство Стандарты и качество // www.stq.ru