Применение технологии лазерного сканирования в

|
Применение технологии лазерного сканирования вBog'liq учебное пособие Прогр обеспеч2.7. Применение технологии лазерного сканирования в
маркшейдерском деле
Тенденции автоматизации всех сфер производственной деятельности человека обусловлены, прежде всего, бурным развитием микропроцессорной техники и цифровых технологий. Разработка компьютерных систем принятия решений позволила в значительной степени сократить влияние человеческого фактора на объемы и качество выпускаемой продукции. В данной ситуации микропроцессорная техника сыграла роль интегрирующего звена между отдельными этапами и технологиями производственных процессов.
В частности, интеграция цифровой техники сбора данных, геодезических и фотограмметрических технологий привела к появлению принципиально новых приборов для сбора пространственной информации о местности – систем наземной лазерной локации (наземных лазерных сканеров).
Сущность наземного лазерного сканирования заключается в измерении с высокой скоростью расстояний от сканера до точек объекта и регистрации соответствующих направлений (вертикальных и горизонтальных углов), следовательно, измеряемые величины при наземном лазерном сканировании являются аналогичными, как и при работе с электронными тахеометрами.
Однако принцип тотальной съемки объекта, а не его отдельных точек, характеризует НЛС как съемочную систему, результатом работы которой является трехмерное изображение, так называемый скан.
Изображения, получаемые НЛС, обычно несут чрезвычайно большой объем информации, являющийся в ряде случаев избыточным. Во-первых, такая информация обладает статистической избыточностью, заключающейся в том, что соседние элементы изображения друг друга повторяют. Если применить теорему Котельникова – Шинона [7], согласно которой «произвольный сигнал, спектр которого не содержит частот выше fВ, может быть полностью восстановлен, если известны отсчетные значения этого сигнала, взятые через равные промежутки времени 1/(2fB)», то следует, что наземное лазерное сканирование является непрерывным способом получения информации об объекте съемки, так как обычно пространственное разрешение сканирования выше, а угловой шаг сканирования меньше ошибки определения координат отдельных точек наземным сканером. Во-вторых, изображения обладают психовизуальной избыточностью, т. е. часть информации на получаемых сканах может быть исключена без последствий для восприятия их человеком. Другой тип избыточности сканов определяется их «семантической» природой, позволяющей при обработке изображения учитывать особенности организации реального мира.
Именно свойства избыточности позволяют говорить о полной автоматизации процесса сбора информации об объекте. Помимо высокой степени автоматизации, наземное лазерное сканирование обладает также следующими достоинствами по отношению к другим способам получения пространственной информации.
Наземные лазерные сканеры – это совершенно новое геодезическое оборудование. Лазерный сканер по средствам высокоскоростного сканирования переносит совокупность характеристик реальной поверхности в цифровой вид и представляет результат в пространственной системе координат. Если рассмотреть техническую сторону лазерных сканеров, можно сказать, что лазерный сканер – это прибор, оснащенный высокоскоростным безотражательным лазерным дальномером и системой изменения направления луча лазера – специальное поворотное зеркало. Задав область сканирования – сектор поворота зеркала, в котором будет с большой скоростью до 50 000 точек в минуту распространяться лазерный луч дальномера, можно получить сплошную съемку интересующего объекта. Причем плотность точек лазерного сканирования может быть от 0,25мм до 1м и более. В результате получается массив точек, каждая из которых имеет 3 пространственные координаты X Y Z и информацию о псевдоцвете. Лазерный сканер может выполнять съемку объектов находящихся в любом месте сферы – полный круг по горизонтали (360°) и 270° по вертикали. Такое широкое поле зрения лазерного 3D сканера позволяет минимизировать количество станций сканирования. Точность безотражательного дальномера наземного лазерного сканера в среднем 4 мм. При этом точность положения каждой измеренной точки по трем осям (X, Y, Z) - не ниже 6 мм при расстоянии до объекта 50 метров и менее.
Преимущества наземного лазерного сканирования:
а) трехмерная модель объекта получается мгновенно;
б) точность измерений очень высока, чертежи сечений и другие чертежи;
в) сбор данных осуществляется очень быстро – существенная экономия времени при работе в поле;
г) дефекты и недочеты выявляются просто – достаточно лишь сравнить полученную конструкцию с проектной 3- мерной моделью;
д) безопасность съемки опасных и труднодоступных объектов;
е) топографические планы получают с помощью виртуальной съемки;
ё) расчет величины деформаций путем сравнения с ранее полученными результатами съемок [11].
По-прежнему рынок современного оборудования переполнен моделями зарубежных фирм производителей.
Лазерный сканер Leica HDS6100. Высокоскоростной - 500 000 точек в секунду, производительный и компактный лазерный сканер с дальностью сканирования до 79 метров и Wi-Fi связью с ПК (рисунок 21).
Рисунок 21 - Лазерный сканер Leica HDS6100
Лазерный сканер Topcon GLS-1000
Точность угловая: 6"
Дальность: до 330м
Скорость сканирования: 3000 точек/сек
Удобный и простой в работе лазерный сканер для выполнения множества различных прикладных работ (рисунок 22).
Рисунок 22 - Лазерный сканер Topcon GLS-1000
Лазерный сканер RIEGL LMS-Z620
Дальность: от 2 до 2000м.
Скорость сканирования: до 11000 точек/сек (рисунок 23).
Рисунок 23 - Лазерный сканер RIEGL LMS-Z620
|
| |