Лазерное сканирование — это современная технология точных обмерных работ. Преимущества технологии ВЛС. Где применяется лазерное сканирование

Лазерное сканирование является разновидностью активной съемки. Лазерный сканер (лидар), работающий в импульсном режиме, проводит дискретное сканирование поверхности Земли и объектов, расположенных на ней, регистрируя направление лазерного луча и время прохождения луча. Таким образом, удается однозначно локализовать в пространстве точку (точки, если отражений было много), от которой отразился лазерный луч. Текущее положение лазерного сканера определяется с помощью высокоточного спутникового приемника, работающего в дифференциальном режиме совместно с инерциальной системой. Зная углы разворота и относительные смещения между компонентами описанной системы, можно однозначно определить абсолютные координаты каждой точки лазерного отражения в пространстве.

Съемка ведется в непрерывном режиме, особенно эффективна для малообжитых территорий.

Преимущества лазерного сканирования

1. Стоимость

Стоимость съемки и моделирования объектов ниже, чем при использовании классических технологий примерно в 3 раза.

2. Скорость ведения работ

Совокупная скорость съемки и обработки данных, полученных лазерным сканированием, в несколько раз быстрее обычной геодезии и аэрофотосъемки.

3. Точность

Точность лазерного сканирования сравнима с точностью наземной геодезии и гораздо выше точности аэрофотосъемки. В залесенных территориях у лазерного сканирования вообще нет альтернативы.

4. Уникальные свойства

Лазерное сканирование позволяет сканировать в 3Д провода и мелкие висячие конструкции (изоляторы, фермы), абсолютно недоступные для классических методов.

5. Гибкость

Растительность, дымка и ночное время не являются помехой для ведения работ.

Сложность рельефа не имеет значения

6. Универсальность

Лазерное сканирование может быть выполнено с воздуха, автомобиля, поезда, катера, вездехода, пешей бригадой.

Лазерное сканирование (или лидарная съемка) подразделяется на воздушное, мобильное и наземное.

ВОЗДУШНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (ВЛС)

Съемка ведется в непрерывном режиме, особенно эффективна для малообжитых территорий.

Воздушное лазерное сканирование применяется для высокоточного картографирования линейных и площадных объектов в масштабах 1:500–1:5000 с воздушных носителей (самолет, вертолет, автожир). Точность - 5–8 см, детальность отрисовки - 20–50 см, производительность - до 800 погонных км съемок в день (ширина полосы съемки до 1000–1500 м).

Недостатки: низкая подробность при съемке вертикальных плоскостей (например, стен).

Одновременно с воздушным лазерным сканированием, как правило ведется аэрофотографирование земной поверхности с использованием цифровой камеры, регистрирующей излучение в видимом, инфракрасном, либо тепловом или ИК диапазоне электромагнитного излучения. Для выполнения съемкм данным методом требуется крайне малое количество наземных работ, что делает его незаменимым в ненаселенной местности или на опасных объектах.

Решаемые задачи

• мониторинг объектов

Используемое оборудование: сканеры RIEGL LMS q780, q680i, q560

Точность сканирования: 8–10 см

Соответствие масштабу: 1:1000

Как правило, воздушное лазерное сканирование сопровождается одновременной цифровой аэрофотосъемкой с разрешением 5–15 см в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. В основном применяется при инженерных изысканиях на инфраструктурных объектах, в городском хозяйстве, для оценки объемов перемещенного грунта (карьеры, полки, полигоны твердых бытовых отходов), мониторинга объектов любого характера.

Для выполнения съемок данным методом требуется крайне малое количество наземных работ, что делает его незаменимым в ненаселенной местности или на опасных объектах.

МОБИЛЬНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (МЛС)

Съемка выполняется с наземного или водного носителя в непрерывном режиме. Метод допускает ограниченное кратковременное пребывание в закрытых средах (проезд под мостами, короткие тоннели). Мобильное лазерное сканирование идеально подходит для городских территорий.

Технология применяется для массированного картографирования и 3D-моделирования линейных инфраструктурных объектов (автомобильные и железные дороги, линии электропередачи, улицы городов), площадных объектов сложной структуры и высокой детальности (населенные пункты, развязки и эстакады в несколько уровней, скальные берега, нижние бьефы плотин (с плавсредств) и тому подобное. Точность - 5–8 см, детальность отрисовки - 1–5 см, производительность - до 500 погонных км съемок в день (ширина полосы съемки - 50–250 м).

Недостатки: не доступны для съемки крыши объектов, объекты рядом с носителем (заборы, кусты) могут быть препятствием.

Решаемые задачи

• создание трехмерных моделей крупных промышленно-территориальных комплексов;
• создание профилей и планов дорог.

Используемое оборудование: сканеры RIEGL VMX250, VMX450

Точность сканирования: 5–8 см

Соответствие масштабу: 1:500

НАЗЕМНОЕ ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ (НЛС)

Cъемка выполняется с наземных объектов или с грунта в дискретном режиме (с перестановкой прибора). Метод можно применять в закрытых помещениях и средах (тоннели, пещеры). Наземное лазерное сканирование идеально подходит для сложных сооружений и внутренних съемок.

Технология наземного лазерного сканирования используется для получения очень детальных 3D-моделей объектов, фасадных планов, топографических планов местности масштаба 1:500. Наземный лазерный сканер позволяет отснять объекты размером до 0,5–2 см с точностью до 0,5–5 мм. Наземное лазерное сканирование может вестись в любое время суток. Производительность - от 1000–4000 кв. м при съемке фасадов в масштабе 1:50 до 4–20 га при съемке топографических планов масштаба 1:500.

Решаемые задачи

• создание высокоточных трехмерных моделей промышленных объектов для включение их в корпоративные системы управления;

Используемое оборудование: сканеры RIEGL VZ400, VZ1000

Точность сканирования: 0,3–1,5 см

Соответствие масштабу: 1:200

ВЛС, МЛС и НЛС могут быть совмещены для взаимного устранения недостатков друг друга. Отмеченные недостатки являются таковыми по отношению этих методов друг к другу, однако даже самый медленный метод (наземное сканирование) гораздо производительнее тахеометрической съемки, а наименее детальный метод (воздушное сканирование) - гораздо детальнее, точнее и быстрее классической аэрофотосъемки.

Скорость реализации проектов

Скорость выполнения съемочных работ:

• Для линейных объектов - до 300 погонных км в день. Метод: воздушное лазерное сканирование и аэрофотосъемка или мобильное лазерное сканирование (для дорог)
• Для площадных объектов - до 1000 км2 в день. Метод - воздушное лазерное сканирование и аэрофотосъемка
• Для промышленных сооружений - до 20 га в день. Метод - мобильное лазерное сканирование и/или наземное лазерное сканирование и перспективная фотосъемка

Выходные данные:

• Топографические планы и ГИС-слои.
• Высокоточные цифровые модели рельефа и цифровые модели местности.
• 3D-модели объектов (CAD, 3D MAX, DGN), в том числе, с текстурой.
• Ведомости размеров и габаритов различного характера.
• Профили, разрезы и сечения объектов.
• Виртуальные модели местности и облеты.
• Цветные облака точек лазерных отражений (по одновременному фото).
• «Сетчатая» модель объекта - используется для восстановления лепнины, уникальных объектов (памятники, технологические элементы конструкций) (только для наземного лазерного сканирования).
• Фасадные и поэтажные планы (только для наземного лазерного сканирования).
• Ортофотопланы в видимом, инфракрасном или тепловом диапазонах (только для воздушного лазерного сканирования);
• Перспективные аэрофотоснимки (только для воздушного лазерного сканирования).

Лазерное сканирование представляет собой передовую бесконтактную технологию трёхмерного измерения объектов и поверхностей. По сравнению с традиционными оптическим и спутниковым геодезическими методами технология лазерного сканирования характеризуется феноменальной детальностью, невероятной скоростью, высокой точностью измерений. Данная технология является поистине революционной в сфере инженерных изысканий, поскольку именно его появление предопределило мощный качественный рывок всей отрасли. Сегодня лазерное сканирование широко применяется в архитектуре, промышленности и энергетике, геодезии и маркшейдерии, на объектах транспортной инфраструктуры, в гражданском и промышленном строительстве, добывающей отрасли, археологии, востребована она также и во многих других отраслях производства и народного хозяйства.

Что такое трёхмерное лазерное сканирование?

Что необходимо сделать для построения точной трёхмерной модели здания или чертежа цеха? Безусловно, сначала провести измерения и получить координаты всех объектов (пространственные x,y,z или x,y на плоскости), а затем уже представить их в нужном графическом виде. Именно измерения координат объекта, иначе говоря, съёмка, составляют наиболее трудоёмкую и затратную часть всей работы. Как правило, геодезисты или другие специалисты, проводящие измерения, используют современное оборудование, в первую очередь электронные тахеометры, которые позволяют получать координаты точек с высокой точностью (до нескольких миллиметров).

Принцип работы электронного тахеометра основан на отражении узконаправленного лазерного пучка от отражающей цели и измерении расстояния до неё. Отражателем в общем случае служит специальная призма, которая крепится на поверхности объекта. Определение двух углов (вертикального и горизонтального) и расстояния даёт возможность вычислить трёхмерные пространственные координаты точки отражения. Скорость измерения тахеометра невысока (не более 2 измерений в секунду). Данный метод эффективен при съёмке разреженной, малозагруженной объектами площади, однако даже и в этом случае сложности, с которыми приходится сталкиваться при креплении отражающих призм (на большой высоте или в труднодоступном месте), зачастую оказываются непреодолимыми.

Относительно недавнее появление безотражательных электронных тахеометров, которые работают без специальных отражателей, произвело «бархатную» революцию в геодезии - теперь стало можно проводить измерения без долгих и утомительных поисков лестниц для подъёма отражателя под крышу дома, всевозможных подставок для установки призмы над полом в помещении с высокими потолками и других подобных сложностей - достаточно лишь навестись на необходимую точку, ведь луч может отражаться от любой ровной поверхности.

При использовании метода традиционных тахеометрических измерений, сколько времени, например, потребуется для детальной съёмки фасада здания высотой 20 м или цеха металлургического завода площадью 2 га? Недели, месяцы? Применение безотражательного тахеометра может значительно сократить сроки, но, тем не менее, даже в данном случае специалист проведет за прибором долгие часы и дни. А с какой же плотностью он сможет выполнить съёмку фасада - одна точка на квадратный метр? Навряд ли этого будет достаточно для построения высококачественного подробного чертежа со всеми необходимыми элементами. А теперь представьте, что у вас есть безотражательный тахеометр, который ведёт съёмку автоматически, без участия оператора, со скоростью 5 тысяч измерений в секунду! Ещё совсем недавно такое предложение представлялось не менее фантастичным, чем полет на Луну сто лет назад. Сегодня это стало так же реально, как и следы американских астронавтов или русского «Лунохода» на поверхности нашего небесного соседа. Название этого чуда - лазерное сканирование . Это метод, который позволяет создавать цифровые модели всего окружающего пространства, представляя его набором (облаком) точек с пространственными координатами.

Съёмка со скоростью 5 тысяч точек в секунду была чудом, когда технология лазерного сканирования только начинала завоёвывать мир геодезических изысканий. Сейчас же современные лазерные сканеры позволяют выполнять съёмку с поистине невероятной скоростью - более миллиона точек в секунду ! Это действительно в значительной степени сокращает трудозатраты на полевой этап работ, при этом давая возможность оперативно получать сверхподробные данные результатов измерений с высокой точностью.

Где применяется лазерное сканирование?

Как многие технические новшества и технологии, недавно вышедшие из лабораторий ученых, лазерное сканирование находится только в начале пути освоения разнообразных приложений. Но уже сейчас можно перечислить несколько технологических сфер, в которых 3D лазерные сканеры применяются все более активно и уже достаточно давно стали практически незаменимыми:
- съемка промышленных объектов (заводы, нефтеперерабатывающие заводы, сложное производство);
- съемка объектов энергетики (атомные, гидро- и тепловые электростанции);
- съемка мостов;
- съемка и профилирование тоннелей;
- промышленные измерения (определение объемов резервуаров, жидких и сыпучих материалов);
- горная промышленность;
- реставрация и строительство;
- архитектура и археология.

Чем различаются 3D-съёмки: НЛС, МЛС, ВЛС?

Между технологиями лазерного сканирования большое различие в методике 3D-съёмки, в используемых приборах, в методах регистрации и обработки массивов измерений. Соответственно, различен и достигаемый результат измерений. И в первую очередь - по точности.

Условно, по реальной точности разных методов измерений (не точности самих приборов) и по производительности работ, типы съёмки можно охарактеризовать так:

Отмечу, что применительно ко всем типам лазерных съёмок: повышение точности и детальности ведут к существенному увеличению как технических мероприятий, так и трудовых затрат, а значит - к удорожанию работ. Поэтому, в технических заданиях следует тщательнее соизмерять реальные потребности с бюджетом конкретного проекта. То есть тезис «Снять нужно абсолютно всё и как можно точнее» - это всегда окажется дорого. А вот конкретика: «Интересуют несущие строительные конструкции с точностью 4 см.» - смета сразу окажется в 2-3 раза меньше.

Современная 3D-технология "воздушное лазерное сканирование" (ВЛС) – это качественное развитие традиционных аэрофотосъёмочных технологий. Сканирование проводится с борта летящего самолета или вертолета и позволяет за один полётный день выполнить съёмку тысяч гектар поверхности земли. Получаемые трёхмерные данные содержат полную пространственно-геометрическую информацию о рельефе местности, растительном покрове, гидрографии и расположении всех наземных объектов в полосе съёмки. При больших объёмах, стоимость работ ВЛС существенно дешевле, чем привычная топографическая съёмка тахеометрами.

Сегодня ВЛС активно используется при:

создании топографических планов различных масштабов вплоть до 1:1000;

построении цифровых моделей местности;

исследовании линейных и площадных объектов;

управлении водным и лесным хозяйством;

изучении природных и техногенных процессов;

инвентаризации земельно-имущественного комплекса;

градостроительстве, моделировании процессов развития города;

инспекции линий электропередач;

строительстве и реконструкции автомобильных и железных дорог.

Основу технологии ВЛС составляет система LIDAR . Название - транслитерация английского "Light Identification, Detection and Ranging" , означат получение и обработку информации об удалённых объектах с помощью лазерной сканирующей системы.

Основные характеристики системы:

Система LIDAR позволяет с воздушного судна измерять расстояния до всех видимых объектов на поверхности земли.

За одну секунду выполняется порядка 300 тысяч измерений (точек) на поверхности объектов.

Съёмка территории ведётся полосами с углом обзора порядка 60 градусов.

Результат лазерного сканирования: массив измерений (облако точек), представленный в единой системе координат. После постобработки - топопланы масштаба от 1:1000, трёхмерные цифровые модели местности.

Точность данных, полученных системой LIDAR, зависит от используемого оборудования, GPS-обстановки и условий полёта.

​

Преимущества технологии ВЛС:

Съёмка с высоты полёта позволяет получить недоступные с земли элементы объектов.

Из-за минимума горизонтальных «слепых зон» - высокая детальность материалов.

Возможность получения истинного рельефа таких труднодоступных и чересчур обременительных для съемки традиционными методами мест как: тундра, пустыня, заснеженная территория.

Быстрое получение результата сканирования: массив измерений (облако точек), представленный в единой системе координат. После постобработки – топографические планы масштаба от 1:1000 и трёхмерные цифровые модели местности.

Мобильное лазерное сканирование

Допустим, необходимо выполнить не привычную планово-высотную съёмку, а полноценную трёхмерную съёмку, например, городского района. ВЛС быстро и качественно позволяет снимать наклонно-горизонтальные поверхности площадных объектов. При этом, фронтальные поверхности объектов снимутся значительно хуже. Конечно же можно дополнить съёмку, применив технологии НЛС. Но у этих технологий существенная разница в производительности. Решение простое: система LIDAR немного трансформируется и устанавливается на автомобиль. При этом, либо увеличивается число сканирующих лазерных сенсоров, либо используется один широкоугольный. Как и в ВЛС, сканирование осуществляется в постоянном движении и реальном времени. Это и есть мобильное лазерное сканирование (МЛС). Система может быть установлена на любое передвижное средство, например, поезд.

Методика МЛС позволяет проводить съемку всех объектов по курсу движения транспортного средства. Здания, сооружения, дорожное полотно, уличная инфраструктура, ЛЭП, мосты, туннели и т.д. Принципы и точность съёмки схожы с ВЛС.

Работы могут производиться в любое время суток не мешая транспортному потоку. Средняя скорость движения съемочного комплекса – до 70 км/час. Так, поезд, оборудованный подобной системой, способен в течение суток отснять около 1200 погонных километров путей (в одном направлении) с шириной полосы сканирования в десятки метров. Автомобилю достаточно 2-3 раза проехать по улице, что бы получить не только дорожную инфраструктуру улицы, но и прилегающие к ней территории.

МЛС используется в следующих сферах:

дорожное хозяйство;

электроэнергетика;

градостроительство

территориальное планирование;

жилищно-коммунальное хозяйство;

трубопроводное строительство;

экологический мониторинг;

мониторинг чрезвычайных ситуаций.

Преимущества технологии МЛС:

Мобильная сканирующая система равномерно покрывает измерениями (облаком точек) всё, что попадает в поле зрения.

Работы могут производиться в любое время суток, при этом, не мешая транспортному потоку.

Средняя скорость движения съемочного комплекса довольно велика и составляет 60-70 км/час.

Применение МЛС позволяет экономить время и трудозатраты при съемке протяженных объектов и городских кварталов.

Технология позволяет производить первые измерения по облаку точек уже спустя несколько часов после съемки.

ВЛС и МЛС хороши для топосъёмки больших территорий. На объектах, где их применение нецелесообразно (из-за низкой точности, внутри зданий и сооружений, в местах с повышенной детализацией), успешно применяется технология наземного лазерного сканирования (НЛС). Методы НЛС позволяют выполнять съёмку не только снаружи, но и внутри сложных инженерных сооружений.

НЛС на сегодняшний день, - самый оперативный способ получения точной и полной информации об геометрических параметрах объекта. Наземное сканирование применяется при съёмке зданий, мостов, путепроводов, эстакад, надземных коммуникаций, цехов заводов, энергетических объектов, линейных объектов, для построения модели рельефа и топографической съёмки локальных участков земли.

Сканирование производится с точки установки штатива (станции), обзор составляет 360*320 градусов. Как правило, сканирование объекта выполняется с нескольких станций. Используя методы классической геодезии, данные ЛС приводятся к единой системе координат. В зависимости от условий, одним сканером за один день на объекте можно выполнить порядка сотни станций. На каждой станции в автоматическом режиме выполняются десятки миллионов измерений объекта с точностью 1-5 мм. Миллиметровая плотность покрытия измерениями (точками) позволяет детализировать в итоговой съёмке (облаке точек) даже самые малые элементы объекта.

Результат съёмки: облако точек, состоящее из миллиардов точных измерений исследуемого объекта в заданной системе координат. Никакими иными методами подобного результата невозможно достичь за соизмеримые сроки исполнения. Облако точек – это реальная трёхмерная модель объекта съёмки. Облако точек можно использовать для производства любых линейных и угловых измерений, выполняя их на обычном компьютере. Векторизацией облака точек можно получить 3D-модель объекта в привычной среде проектирования, например - в AutoCAD или AVEVA.

Технология НЛС применима в следующих областях:

энергетика;

нефтегазовая отрасль;

промышленное производство;

добыча полезных ископаемых;

промышленное и гражданское строительство;

инженерные коммуникации;

железные и автомобильные дороги;

архитектура, археология, сохранение памятников и исторических объектов.

НЛС незаменимо при проектировании и реконструкции объектов, поскольку является источником достоверной информации об объекте и окружающей его обстановке.

Преимущества технологии НЛС:

Результат лазерного сканирования: огромный массив измерений (облако точек), представленный в единой системе координат. После постобработки – трёхмерные цифровые модели, сечения и чертежи в масштабах от 1:1.

Высочайшая детальность получаемых материалов.

Высокая скорость сбора данных.

Все данные поступают сразу в цифровом виде.

Точность регистрации сканов в общем облаке точек порядка 10 мм.

Съемка происходит дистанционно, что исключает риск травмирования персонала в опасных зонах на производстве.

Сегодня большинство программ для проектирования имеют возможность загружать и использовать облака точек для моделирования и отслеживания коллизий в процессе строительства. По облаку точек, полученному в итоге лазерной съёмки, можно выполнить моделирование элементов объекта с представлением результатов в любую среду автоматизированного проектирования: Autodesk, AVEVA, Bentley, ESRI, Intergraph и другие.

Примеры правильного выбора типа лазерной съёмки

Можно ли по данным МЛС получить фасадные чертежи? Можно, однако, точность и плотность не соответствуют требованиям для фасадной съёмки. К тому же, привлекаемое оборудование и ресурсы будут в 7 раз дороже ресурсов НЛС. Необходимо использовать технологию НЛС.

Можно ли с помощью технологии НЛС получить план масштаба 1:2000 будущего водохранилища Богучанской ГЭС? Можно, но это будет неэффективно. Самолёт с оборудованием ВЛС на борту отсканирует быстрее при существенном удешевлении стоимости работ за счёт низких трудозатрат.

Какую применить технологию для получения плана масштаба 1:500 ровного земельного участка 50Га под будущее строительство? Для этих работ любое ЛС будет малоэффективным по трудозатратам. Такие объекты выполняются обычными топографами, используя методы классической геодезии.

Можно ли при восстановлении исполнительной документации оборудования цеха газового предприятия обойтись простой геодезией и не использовать дорогие лазерные сканеры? Можно, но такая работа по трудозатратам будет в тысячи раз ёмче и сопряжена со множеством человеческих ошибок. В итоге получится существенное удорожание работ.

А есть ли такие проекты, в которых возможно совместное использование всех трёх технологий ЛС? Да, возможно любое сочетание, поскольку, работа выполняется в едином координатном пространстве. Например, используя технологию ВЛС, с самолета отсканировали территорию города Пенза, затем, двигаясь по улицам, с помощью технологии МЛС с автомашины сканировали фасады зданий и объекты инфраструктуры, затем, посредством технологии НЛС, со штатива сканировали внутренние помещения домов и сооружений. Посредством геодезических методов, все три массива измерений приводятся к единой СК и обобщённый массив станет детальной трехмерной моделью города на дату производства измерительных работ (съёмки).

Устройство и принцип работы наземного лазерного сканера

Вопрос точности геодезических работ, полноты и объективности получаемой информации имеет принципиальное значение, так как он во многом определяет уровень качества и надежности строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений. При оценке надежности и точности измерений главным является выбор методики геодезических работ и соответствующих приборов исходя из технологических требований проекта и допусков.

С ростом научно-технического прогресса и технического развития строительства совершенствовались также методы и приборы для проведения инженерно-геодезических работ . Современный геодезический прибор — это продукт высоких технологий, который объединил в себе последние достижения электроники, точной механики, оптики, материаловедения и других наук.

Относительно недавно производители геодезического оборудования стали выпускать лазерные электронные тахеометры без отражателя. Эти геодезические приборы сделали работу геодезиста эффективнее и проще, а главное — позволили быстрее решать ряд задач, с которыми геодезисты сталкиваются почти каждый день. Безусловно, такие приборы практически идеальны для проведения архитектурных обмеров. Использование безотражательных тахеометров по сравнению с измерительными системами, которые использовались ранее, увеличило производительность труда приблизительно в три раза.

Но мир традиционных геодезических и связанных с ними других координатных измерений все же консервативен. И он не обеспечил точными и полными данными возросшие потребности в построении цифровых моделей объектов, зданий и сооружений. Действительно, дискретность и разреженность пунктов с определяемыми координатами не позволяют с максимальной точностью описать объекты съемки — количество информации недостаточно.

Появление метода трехмерного лазерного сканирования полностью изменило мировоззрение: появилась возможность получать изображения, модели объектов, сооружений, целых застроенных территорий с максимальной полнотой и детальностью. Наземное лазерное сканирование стало одним из направлений научных исследований для съемок и документирования культурного наследия и широко используется для охраны и реставрации архитектурных памятников. Это относительно новая составная часть интегрированной технологи с документированием, которая позволяет быстро и точно строить трехмерные пространственные модели сложных архитектурных объектов.

Развитию трехмерного моделирования на данном этапе уделяют значительное внимание. Постоянно совершенствуются приборы сбора 3D-данных, программное обеспечение для обработки этих данных, построения трехмерных моделей.

Сегодня результаты трехмерного моделирования используют:

• при построении трехмерных моделей застроенных территорий и создании «3D-кадастра» городов;
• при создании цифровых моделей местности и цифровых моделей рельефа;
• при съемке и проектировании промышленных объектов и элементов инфраструктуры;
• в горной промышленности;
• в строительстве и реконструкции объектов;
• в архитектуре, археологии, а также для сохранения архитектурного наследия.

Надо отметить, что области применения трехмерного лазерного сканирования очень широки. Этот метод находит применение в компьютерной графике, машиностроении, конструировании и даже в медицине (ортопедии, протезировании, пластической хирургии, косметологии, стоматологии).

Лазерное сканирование — это метод, который позволяет создавать цифровую модель всего окружающего пространства, представляя его как массив точек с пространственными координатами. Основные отличия от съемки с помощью традиционных геодезических приборов, например тахеометров, большой уровень автоматизации работ, наличие сервопривода, автоматически поворачивающего измерительную головку в двух (вертикальной и горизонтальной) плоскостях, а самое главное — большая скорость и «плотность» измерений.

Полученная после измерений модель объекта — это гигантский набор точек (от сотни тысяч до нескольких миллионов), характеризуемых координатами, которые измерены с точностью до нескольких миллиметров. Не нужно больше смотреть в окуляр тахеометра, выискивая цель, не нужно нажимать кнопки для запуска дальномера и записи полученных данных в память, и, наконец, нет необходимости по нескольку раз переставлять прибор для поиска наиболее выгодной для съемки позиции. Теперь это можно делать с одной точки, без участия оператора и в десятки раз быстрее, при этом сохраняя необходимую точность.

Преимущества сканирования над тахеометрической и другими наземными видами съемки:

• мгновенная трехмерная визуализация;
• высокая точность;
• несравнимо полные результаты;
• быстрый сбор данных;
• обеспечение безопасности при съемке труднодоступных и опасных объектов.

Материальные затраты по сбору данных и моделированию объекта методами трехмерного лазерного сканирования на небольших участках и объектах сопоставимы с традиционными методами съемки, а на участках большой площади или протяжности — ниже. При расчете затрат на съемку надо учитывать, что полнота и точность результатов лазерного сканирования позволяют избежать дополнительных расходов на этапах проектирования, строительства и эксплуатации объекта.

Преимущество сканирования над фотограмметрическими способами съемки

Лазерное сканирование и моделирование аналогично наземным фотограмметрическим методам, но позволяет получать координаты с одной точки стояния и без последующей сложной камеральной обработки, при этом еще и с возможностью контролировать измерения непосредственно в полевых условиях. Кроме этого, обеспечивается более высокая точность измерений в сравнении с фотограмметрическими методами при одинаковом отдалении от снимаемого объекта.

Преимущества лазерного сканирования:

• возможность настройки некоторых моделей сканеров на фиксацию первого и/или последнего отражения, что позволяет отличать отраженный сигнал от растительности и поверхности земли — «пробивать » растительность;
• более простой способ привязки к системе координат.

Финансовые и временные затраты свидетельствуют в пользу лазерного сканирования. При отсутствии необходимости векторизации трехмерного растра работа с результатами лазерного сканирования может происходить в режиме реального времени, что для фотограмметрических способов невозможно.

Недостатки лазерного сканирования:

• с большинством сканеров рекомендуется работать при температуре не ниже 0°С, что устанавливает некоторые ограничения на полевые работы в зимнее время, хотя некоторые модели отлично работают и при -20°С;
• до сегодняшнего дня ни одна из систем лазерного сканирования не имеет функций тахеометра по непосредственной привязке отдельных сканов к единой системе координат, поскольку сканирование с каждой точки стояния проводится в системе координат прибора; поэтому необходим дополнительный геодезический прибор для определения координат контрольных точек (марок) сканера;
• на данный момент достаточно низкая степень автоматизации при трехмерном моделировании сложных объектов на основе лазерного сканирования в компьютере; большинство программных продуктов сфокусировано на индустриальных приложениях — в них принято, что большинство объектов могут описываться простыми геометрическими примитивами, что неприменимо при компьютерном моделировании памятников архитектуры.

В последнее время все боле популярными становятся некоммерческие проекты, цель которых — создание и публикация в интернете трехмерных моделей объектов культурного наследия. Сканирование — это прекрасный метод, который позволяет автоматизировать многие виды геодезических работ, заменив трудоемкие и подчас даже опасные измерения простым нажатием кнопки. Конечно же, при съемке сложных объектов необходимо также планировать работы, выбирать несколько точек для сканирования. Создание трехмерных моделей объектов, в том числе и памятников архитектуры, требует выполнения нескольких сканов с нескольких точек, расположенных как внутри, так и вне сооружения. Необходимо также совершенствовать программное обеспечение. Но, несмотря на эти обстоятельства сканирование — это более быстрый, а главное — в сотни раз более информативный метод получения данных об окружающем мире.