Ежемесячный специализированный журнал “Новый Уральский строитель”
Адрес редакции: 620075, Екатеринбург, ул. Бажова, 79. Телефон: (343) 287-31-50, (343) 287-34-60
Издание РООР “Союза строителей Урала”
 
Главная
В номере
 

Яндекс цитирования
Рассылка 'Строительный комплекс УрФО. Актуальные темы'



Сметный центр Союза строителей Урала


“Новый Уральский строитель” №3 (110) - 2011

Журнал № -

Компании. Эффективные решения

Использование технологии лазерного сканирования

Когда речь заходит о новых технологиях, новом оборудовании и новых терминах, бывает крайне важно разобраться в деталях. Необходимо понять суть работы прибора, уяснить логику программы, понять язык специалистов. Без этого крайне важного этапа становится невозможным освоение современной технологии. Поэтому необходимо описать технологию лазерного сканирования простым и понятным языком. Скорее всего, искушенные специалисты не сочтут для себя этот материал новым, так как он, прежде всего, адресован тем, кто лишь недавно узнал о лазерном сканировании. Как и во всякой современной технологии в основе лазерного сканирования лежат две составляющие – аппаратная и программная. В этом обзоре мы постараемся осветить обе части.

В последнее время технология наземного лазерного сканирования все активнее применяется в различных областях проектирования и сооружения гражданских и промышленных объектов.

Наземное лазерное сканирование является самым оперативным и высокопроизводительным средством получения точной и наиболее полной информации о пространственном объекте: памятнике архитектуры, промышленном сооружении и промышленной площадке, смонтированном технологическом оборудовании. Суть технологии сканирования заключается в определении пространственных координат точек объекта. Процесс реализуется посредством измерения расстояния до всех определяемых точек с помощью фазового или импульсного безотражательного дальномера. Измерения производятся с очень высокой скоростью – тысячи, сотни тысяч, а порой и миллионы измерений в секунду. На пути к объекту импульсы лазерного дальномера сканера проходят через систему, состоящую из одного подвижного зеркала, которое отвечает за вертикальное смещение луча. Горизонтальное смещение луча лазера производится путем поворота верхней части сканера относительно нижней, жестко прикрепленной к штативу. Зеркало и верхняя часть сканера управляются прецизионными сервомоторами. В конечном итоге именно они обеспечивают точность направления луча лазера на снимаемый объект. Зная угол разворота зеркала и верхней части сканера в момент наблюдения и измеренное расстояние, процессор вычисляет координаты каждой точки.

Все управление работой прибора осуществляется с помощью портативного компьютера с набором программ или с помощью панели управления, встроенной в сканер. Полученные координаты точек из сканера передаются в компьютер и накапливаются в базе данных компьютера или самого сканера, создавая так называемое облако точек.

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 разреженного сканирования. Изображение, получаемое цифровой камерой, передается на экран компьютера, и оператор осуществляет визуальный контроль ориентирования прибора, выделяя необходимую область сканирования.

Работа по сканированию часто проходит в несколько сеансов 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 друг с другом в единое пространство в специальном программном модуле. На стадии полевых работ необходимо предусмотреть зоны взаимного перекрытия сканов. При этом перед началом сканирования в этих зонах размещают специальные мишени. По координатам этих мишеней и будет происходить процесс «сшивки». Можно совместить облака точек без мишеней, используя характерные точки снимаемого объекта.

Лазерное сканирование предоставляет возможность получить максимум информации о геометрической структуре объекта. Его результатом являются 3D модели с высокой степенью детализации, плоские чертежи и разрезы.

Наземное лазерное сканирование значительно отличается от других методов сбора пространственной информации. Среди отличий выделим три основных:

– во-первых, в технологии полностью реализован принцип дистанционного зондирования, позволяющий собирать информацию об исследуемом объекте, находясь на расстоянии от него, т.е. на объекте не надо устанавливать никаких дополнительных устройств и приспособлений (марок, отражателей и т.п.);

– во-вторых, по полноте и подробности получаемой информации с лазерным сканированием не может сравниться ни один из ранее реализованных методов, плотность и точность определяемых на поверхности объекта точек может исчисляться долями миллиметра;

– в-третьих, лазерное сканирование отличается непревзойденной скоростью – до нескольких сотен тысяч измерений в секунду.

Благодаря своей универсальности и высокой степени автоматизации процессов измерений лазерный сканер является не просто геодезическим прибором, лазерный сканер – это инструмент оперативного решения самого широкого круга прикладных инженерных задач.

Сама технология лазерного сканирования открывает целый ряд новых, ранее недоступных возможностей. Связано это, прежде всего, с более полным использованием современных компьютерных технологий. Получаемые результаты в виде облака точек или трехмерной модели можно быстро передвигать, масштабировать и вращать. Есть возможность виртуального путешествия по изображению с записью в стандартный мультимедийный файл для дальнейшего показа. Такого полного представления об объекте не может дать ни один другой метод. При этом мы работаем не просто с изображением, а именно с моделью, сохраняющей полное геометрическое соответствие форм и размеров реального объекта. Такое положение дел обеспечивает возможность проведения измерений реальных расстояний между любыми точками или элементами модели.

Несмотря на исключительную новизну, технология предусматривает возможность автоматического или полуавтоматического получения информации и документов в привычном виде – чертежи профилей, поперечников, планы, схемы.

Возможность обмена через общепринятые форматы графических данных позволяет легко встроить технологию лазерного сканирования в схему уже используемого программного обеспечения.

Технология лазерного сканирования открывает новые возможности и дает необходимую информацию для развития современного метода трехмерного проектирования.

Лазерные сканеры

Ниже приведено описание нескольких моделей лазерных сканеров.

Например, фазовый лазерный сканер IMAGER5010, производства компании Z+F (Германия), отличает непревзойденная скорость сканирования – более 1 млн. точек в секунду, что позволяет провести измерения на объекте за очень короткое время. Стоит отметить, что при измерениях может быть достигнута точность лучше, чем 1мм - это особенно актуально в случаях, когда надо избежать накопления ошибки при регистрации данных, полученных с большого количества стоянок сканера. Лазерный луч этого сканера полностью безопасен для глаз, что важно при работе как на стройплощадке, так и в период эксплуатации объекта, когда в зоне действия сканера может оказаться обслуживающий персонал. Чтобы минимизировать количество точек съемки, сканер обладает огромным полем зрения – 3600 по горизонтали и 3200 по вертикали, что оставляет вне зоны видимости сканера лишь маленький сектор под ним. Малый вес сканера и его компактность облегчает транспортировку прибора при большом объеме съемки. На разных предприятиях условия съемки могут быть разными, и сканер готов к такой работе. Он может вести съемку при температурах от минус 100 и на него не окажет влияния запыленность рабочего помещения. Сканер является полностью автономным – все операции управления могут быть выполнены без подключения каких-либо дополнительных устройств – компьютеров, накопителей данных. Цветной сенсорный экран позволяет легко задать режимы сканирования, просматривать полученные данные и проводить простейшие измерения по полученным облакам точек. Сохраняются данные на встроенном в сканер накопителе. Дополнительно могут быть также подключены накопители в виде обычных флеш-дисков.

После полевых работ данные, полученные с различных точек стояния сканера, могут быть зарегистрированы в единое облако точек с помощью программного обеспечения LFM Register. Впоследствии наступает момент обработки данных сканирования. На этом этапе облака точек могут быть преобразованы в программном обеспечении LFM Modeller в трехмерные твердотельные модели оборудования или плоские чертежи. Полученные трехмерные данные могут быть также переданы в хорошо известные пакеты программ AutoCAD, Smart Plant 3D, PDMS и т.л. для использования в качестве основы для дальнейшего проектирования.

Лазерный сканер GLS-1500 производства компании Topcon (Япония) при меньшей скорости сканирования (до 30000 точек в секунду), обладает большей дальностью съемки – до 330 метров. Такая особенность позволяет использовать его при наружных работах, когда речь идет о съемке открытых территорий значительных размеров. Сканер обладает высокой точностью производства измерений, которая достигает первых миллиметров. Его легко применить при съемке городских территорий и насыщенных объектами промышленных зон, для съемки фасадов зданий и архитектурных памятников. При наличии безопасного для глаз человека лазера 1-го класса, сканер может применяться везде, где это необходимо. Как и IMAGER5010, он автономен и не требует дополнительных средств управления и сохранения данных. Все установки сканирования выполняются через встроенную панель управления, а данные накапливаются на обычной карте памяти стандарта SD. В случае нахождения в опасных условиях сканер может быть установлен для съемки на нужной точке, а вся связь с ним и настройка процесса сканирования будут осуществляться по каналу WiFi. Таким образом, управление съемкой может осуществляться дистанционно, что важно при наличии неблагоприятных условий. Встроенная 2-мегапиксельная камера сканера позволяет помимо данных сканирования также сохранить и фотографии объекта съемки.

Регистрация полученных данных сканирования в единую систему координат и их последующая обработка может быть выполнена в программном обеспечении Topcon ScanMaster. Возможности программы позволяют подготавливать данные для чертежей, выполнять обмерные работы, создавать модели поверхности, профили, поперечные сечения.

Сфера применения лазерного сканирования

Применение методов лазерного сканирования в архитектуре позволяет получать самые подробные данные для составления планов реконструкции и восстановления зданий и памятников, оценивать их состояние и отслеживать изменения.

Облака точек, получаемые в результате сканирования, несут максимум полезной информации. Непосредственно по облаку точек можно определять деформационные характеристики фасадов зданий (крен, углы скручивания и т.п.), осуществлять визуальный контроль состояния объекта, проводить необходимые измерения.

Более полное и наглядное представление об объекте дает его каркасная модель, создаваемая с помощью пространственных структурных линий. Каркасная модель является основой для получения фасадных чертежей.

Получить различного рода сечения, например, поэтажные планы можно, используя полноценную 3D модель объекта.

При отсутствии достаточного финансирования и в условиях интенсивного разрушения под воздействием окружающей среды, лазерное сканирование позволит сохранить для будущих поколений архитектурный облик исторических зданий и сооружений, а также использовать полученные данные для последующего проектирования реконструкции и строительства.

Современные промышленные предприятия представляют собой сложнейший комплекс оборудования, агрегатов, коммуникаций. Создать качественный и наглядный изыскательский материал на работающем производстве, используя традиционные методы съемки, крайне сложно, а в отдельных случаях – просто невозможно.

Лазерное сканирование обеспечивает оперативное получение необходимых исходных данных для составления проектной документации при реконструкции и модернизации предприятий. Это особенно важно, когда ранее использовавшаяся документация была утрачена, либо сохранилась частично.

Применение метода лазерного сканирования значительно поднимает эффективность съемочных работ, делает эту работу более безопасной. Исполнители освобождаются от необходимости подниматься на эстакады, приближаться к опасным агрегатам, т.к. сканирование может проводиться со значительного расстояния от работающего оборудования. Все эти преимущества позволяют производить съемку без остановки производства.

Проведенные испытания показали, что лазерные сканеры надежно работают в условиях повышенной запыленности и вибрации, для них не важна освещенность сканируемых объектов.

При топографической съемке железнодорожных станций всегда возникают сложности, связанные с интенсивным движением составов. Останавливающиеся локомотивы и поезда закрывают видимость на смежные точки съемочного обоснования, создают препятствия для передвижения реечников. Сама по себе территория станции является местом повышенной опасности.

Преодолеть эти трудности позволяет использование метода лазерного сканирования. Движущиеся поезда не создают значимых препятствий для работы сканера. Правильный выбор места установки прибора позволяет эффективно проводить сканирование даже при наличии стоящих составов.

Объединенное облако точек является основой для набора данных при составлении топографического плана. По облаку точек в программном обеспечении Topcon ScanMaster определяется продольный профиль пути, строятся поперечники. Используя разнообразные функции программ, определяются габариты приближения, профили проводов контактной сети и т.п. Для решения перечисленных выше задач не требуется составление полной трехмерной модели станции, все решается по облаку точек.

Использование лазерного сканирования при съемке железнодорожных станций без остановки движения позволяет значительно повысить эффективность труда, сократить срок полевых работ, сделать труд более безопасным. Кроме этого, облако точек и цифровая фотосъемка местности дают более наглядный и подробный материал для камеральной обработки и последующего проектирования, позволяют избежать пропусков элементов насыщенной ситуации.

При топографической съемке промышленных территорий съемка лазерным сканером будет более эффективной, чем обычная съемка с помощью электронного тахеометра. В ряде случаев эти территории представляют собой скопление цехов, коммуникаций между ними, эстакад, конвейеров и целого ряда других объектов, которые глаз даже опытного исполнителя может уловить не с первого раза. В такой ситуации съемка с помощью лазерного сканера будет абсолютно объективной, упустить что-либо из имеющихся объектов будет невозможно. Существенную помощь при составлении планов территорий могут оказать панорамные фотоснимки, получаемые посредством встроенной в сканер фотокамеры.

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.

ООО «Геостройизыскания – Екатеринбург»
620073, г. Екатеринбург, ул. Ак. Шварца, 6/1
тел./факс: (343) 381-88-88
e-mail: gsi@k66.ru
www.gsiural.ru

Александр ФРЕЙДИН,
ведущий специалист ЗАО «Геостройизыскания»

При копировании или цитировании материалов обязательна ссылка на журнал "Новый Уральский строитель" http://nus-ural.ru
 

www.gkx.ru
“Жилищно-коммунальный комплекс Урала” www.gkx.ru
СМЕТА
РАССЫЛКА
Рассылки Subscribe.Ru

Строительный комплекс УрФО. Актуальные темы




Почтовая рассылка:
Строительный комплекс УрФО. Актуальные темы
РЕКЛАМА
СтройУрал_RU Российский союз строителей

  Copyright © “Новый уральский строитель”, 2003-2008
Copyright © ООО ИД “Уралстройсоюз”, 2003-2008
  Разработка сайта Интернет-агентство "Уральская галактика"