Особенности и технологии лазерного 3D-сканирования
Технология лазерного сканирования в геодезии позволяет точно измерять расстояние между сканером и сооружением, который исследуется. В процессе высокоскоростных измерений создается облако точек, фиксирующее пространственные координаты. На его основе можно построить трехмерную модель объекта, известную как «облако точек», которое может включать десятки миллионов точек. Благодаря такой высокой плотности точек, можно разрабатывать детализированные чертежи и 3D модели.
Принцип работы лазерной цифровизации основан на измерении времени, за которое луч, выпущенный сканером, достигает поверхности сооружения, отражается и возвращается обратно к приемнику. На основе этого времени прибор может вычислить расстояние до отражающей поверхности. Кроме того, в каждый момент времени фиксируются горизонтальный и вертикальный угол, что позволяет рассчитать пространственные координаты измеряемой точки.
В отличие от традиционной тахеометрической съемки, эта новая технология значительно ускоряет процесс измерений - в тысячи раз. Она также позволяет автоматизировать процесс, обеспечивая высокую детализацию и точность благодаря минимизации влияния человеческого фактора. Позиционирование измерительного зеркала осуществляется с помощью сервопривода, что избавляет оператора от необходимости управлять дальномером, записывать координаты или искать объект в окуляре.
Основные виды лазерного сканирования
В зависимости от особенностей сооружения, его размера и сложности, вам могут быть предложены различные методы лазерного сканирования:
- Наземное лазерное сканирование. Этот метод осуществляется с помощью стационарного устройства. Процесс визуализации сооружения начинается с наведения визира или предварительного сканирования с меньшей плотностью координатных точек. После этого выполняется более детальное макетирование каждой поверхности, а собранные данные объединяются в единый массив. Для этого метода не требуется установка дополнительных отражателей, меток или маркеров.
- Мобильное сканирование. В этом случае съемка производится с использованием тех же приборов, но они установлены на транспортное средство. Оно движется по заранее заданному маршруту для сбора необходимых данных. Приборы оснащены встроенными компенсаторами наклонов и вибраций, а также надежно закреплены на своем «носителе». Это позволяет избежать возможных неточностей, которые могут возникнуть при съемке в движении.
- Сканирование с воздуха считается одним из самых быстрых и детализированных методов. Он дает возможность получить изображение местности, учитывающее все особенности рельефа. При этом можно установить определенную ярусность, что в дальнейшем позволит отдельно работать с различными объектами инфраструктуры, земной поверхностью, зданиями и так далее.
Где используется лазерное 3D-сканирование?
НЛС находит широкое применение в различных сферах. Например, в архитектуре и строительстве эта технология активно используется для создания цифровых моделей зданий, контроля за точностью их возведения и регулярного мониторинга состояния объектов. Особенно это важно для крупных строительных проектов, где точность играет ключевую роль.
При реставрационных работах трехмерная цифровизация позволяет создавать точные копии культурных памятников. Данные лазерного сканирования могут служить основой для архивных записей и подготовки реставрационных проектов, что особенно ценно для сохранения исторического наследия.
В промышленности трехмерное моделирование также находит свое применение, особенно в области реверс-инжиниринга. Трехмерные модели помогают оценить точность изготовления, выявляя возможные дефекты или отклонения от проектных параметров. Это, в свою очередь, способствует снижению уровня брака и повышению эффективности производственных процессов.
Нейросетевые технологии активно используются для создания цифровых двойников - трехмерных моделей различных сооружений. Эти копии находят применение в виртуальных вычислениях, анализе данных и разработке инженерных решений. Кроме того, такие модели играют важную роль в управлении промышленными комплексами, где необходимо учитывать актуальное состояние труда и оборудования.
Преимущества 3D-сканирования
Применение лазерного сканирования значительно снижает материальные и временные ресурсы. Этот метод позволяет быстро собрать обширный объем данных и создать подробную 3D-модель сооружения. В результате мы получаем электронный архив информации о любом объекте: будь то архитектурный памятник, жилой комплекс, промышленное здание или даже рельеф местности.
Такая информация может быть использована в различных программных продуктах для планирования реконструкций, ремонтов и строительных работ. Современные устройства формируют данные, которые легко интегрируются с такими программами, как Autodesk, AVEVA, AutoCAD, Intergraph и другими популярными средствами проектирования.
Ключевые особенности лазерного моделирования:
- Высокая точность. Погрешность современных приборов минимальна, а возможность настройки на фиксацию первого или последнего отражения помогает различать такие объекты, как грунт и растительность.
- Предоставление полной информации. Лазерные сканеры создают облака из миллионов точек с пространственными координатами, что позволяет учесть даже самые мелкие детали сооружения в цифровой модели.
- Мгновенная визуализация. Современные приборы обеспечивают получение всех результатов в трехмерном виде сразу же, что избавляет от необходимости тратить время на обработку данных и привлечение дополнительных специалистов.
- Безопасность. Лазерное моделирование становится особенно актуальным при съемке опасных или труднодоступных мест, так как дальность работы приборов и их угол обзора позволяют получать точные данные с безопасного расстояния.
- Автоматизация. Если оборудование будет настроено правильно, вы сможете выполнять все нужные измерения всего лишь одним нажатием кнопки. Это значительно снизит влияние внешних факторов на результаты инженерно-геодезических работ.
Недостатки технологии
Лазерное моделирование имеет некоторые недостатки, несмотря на постоянное совершенствование технологий.
- Температурные ограничения. Большинство современных моделей не работают при минусовых температурах. Доступны устройства, функционирующие до -20 градусов, но они менее распространены и могут быть более дорогими.
- Сложности с моделированием. Автоматический перенос данных в программы для сложных архитектурных форм затруднен. Многие приложения способны работать лишь с простыми геометрическими фигурами, что требует ручного ввода данных для сложных объектов.
- Необходимость участия специалиста. Лазерное моделирование не является полностью автоматизированным процессом. Для эффективной работы необходимо правильно выбирать точки съемки и планировать сеансы, особенно при работе с архитектурными памятниками, где могут потребоваться точки как внутри, так и снаружи здания.
Эти аспекты следует учитывать при выборе лазерного моделирования, как инструмент для проектов.
Как проходит подготовка объекта к сканированию?
Перед началом лазерного 3Д сканирования зданий и сооружений важно создать подходящие условия для работы. Это включает в себя удаление лишних предметов, которые могут помешать процессу, таких как пленка или мебель, а также очистку территории и обеспечение доступа к труднодоступным местам. Поверхности, которые прозрачные, полупрозрачные, блестящие, зеркальные, темные, гладкие или однотонные, требуют особой подготовки. Например, может понадобиться нанести матирующий спрей, чтобы уменьшить блики, или использовать маркеры.
Также не следует забывать о погодных условиях, если сканирование происходит на улице. Снег или дождь могут негативно сказаться на качестве получаемых данных. Важно учитывать и возможные опасности, связанные с движущимися объектами во время сканирования, так как это может повлиять на точность результатов. Если объект расположен на открытом пространстве, стоит заранее продумать меры безопасности как для оборудования, так и для персонала, особенно при работе с крупными и сложными конструкциями.
Выбор подходящего оборудования
Выбор подходящего 3D сканера во многом зависит от размеров и сложности сканируемого объекта. Например, если речь идет о небольших предметах с детализированными формами или сложными деталями, лучше использовать сканеры с высокой разрешающей способностью, которые способны захватывать мельчайшие нюансы. Для объектов среднего размера, в пределах 0,3-3 метров, идеально подойдут ручные сканеры - они обеспечивают хорошую мобильность и высокую точность.
Когда речь идет о больших объектах, превышающих два метра, часто применяются ручные трехмерные сканеры с функцией фотограмметрии. Это помогает минимизировать погрешности в измерениях и обеспечивает точную оцифровку даже на больших площадях. Однако в этом случае важно правильно настроить освещение и использовать специальные метки, которые помогут улучшить процесс сборки макета.
При выполнении лазерного сканирования 3D сканером крупных объектов, включая фасады зданий и промышленные сооружения, необходимо, чтобы сканер мог считывать форму на расстоянии от 100 до 350 метров. Для этих целей обычно используются 3D сканеры, которые функционируют на основе лазерного дальномера.
Результаты лазерного 3D-сканирования
В результате выполнения работ с использованием наземного лазерного сканирования могут быть получены различные выходные данные, определяемые целями проекта:
- Общестроительные или поэтажные планы сооружения.
- Цифровой 3D-макет с архитектурными разрезами и сечениями.
- Ортофотопланы поверхностей.
- Детализированные полигональные макеты с высоким уровнем детализации.
- 3D-фиксация декоративных элементов фасадов.
- Точные обмерные схемы конструктивных элементов с привязкой к координатным осям.
- Двумерные обмерные планы внутренних помещений.
- Вертикальные сечения строительных конструкций.
- BIM-модели объектов в трехмерном формате.
Данные материалы позволяют комплексно документировать объект для проектных, реставрационных или инвентаризационных задач.
Комментарии (0)