ЧТО ТАКОЕ ЛАЗЕРНОЕ 3D СКАНИРОВАНИЕ?
Лазерное 3D сканирование— это измерительные технология и работы, в которых используется лазер для автоматического определения 3D-координат поверхности заданной области или объекта, в режиме реального времени с высокой скоростью.
Лазерное 3D сканирование, являющееся популярным методом измерения; используется для измерения небольших объектов, поверхностей земли, зданий и всевозможных объектов, а также для сбора данных в виде облака точек, состоящего из миллионов трехмерных координат (координаты X, Y, Z) с поверхности объектов, которые они измеряют. Другими словами, данные, полученные с помощью лазерного 3D-сканирования, имеют формат, который может точно отобразить фактические размеры и форму физического объекта в цифровой среде.
Как работают лазерные 3D-сканеры
Расстояние от лазерного 3D-сканера до точки на поверхности объекта, определяется измерением с высокой точностью временем между отправкой лазерного сигнала на объект и обнаружением того же сигнала, отраженного от поверхности объекта. Объект сканируется оптико-механическим сканером со скоростью миллионы точек в секунду в горизонтальном и вертикальном направлениях, в зависимости от используемой настройки разрешения. Конечным продуктом этого процесса является очень подробное трехмерное изображение объекта, состоящее из миллионов плотно расположенных точек, называемых облаком точек. Для каждой точки записываются 3D-координаты в системе координат, зафиксированной в центре сканера, и данные интенсивности отраженного лазерного сигнала.(Аygün, 2021)
ПРЕИМУЩЕСТВА ЛАЗЕРНОГО 3D СКАНИРОВАНИЯ
Использование 3D-лазерного сканирования – означает меньшая погрешность измерения, чем традиционные геодезические методы. Кроме того, поскольку почти все в области измеряется, нет необходимости возвращаться в область для отсутствующих или неправильных измерений.
3D лазерное сканирование очень эффективно для проектов, где требуется подробная 3D-информация об объектах и создаются 3D-модели с высоким уровнем детализации. В то же время, когда необходимо измерить очень большие конструкции, объекты сложной формы или в труднодоступных местах, метод лазерного 3D сканирования является методом экономии времени, обеспечивающим ожидаемую точность.
Лазерные 3D-сканеры быстро собирают данные
Лазерное 3D сканирование на сегодняшний день является одним из самых быстрых методов измерения. Лазерные 3D-сканеры сокращают время и человеческие ресурсы, необходимые для выполнения измерений, и могут измерять миллионы точек за секунды. Поэтому они предлагают очень хорошее решение для проектов, требующих быстрой работы.
Минимизация рисков для безопасности и здоровья при 3D-лазерном сканировании
Картографические/геоматические инженерные приложения могут выполняться на полях любого типа. К ним относятся зоны, представляющие опасность для здоровья и безопасности человека. Настолько, что на некоторых участках невозможно находиться дольше определенного времени и даже производить классические геодезические измерения. Поскольку 3D-лазерное сканирование является быстрым методом измерения без контакта с объектом, оно помогает преодолеть такие проблемы. Например, в среде, где присутствуют токсичные газы, вредные для здоровья человека, после установки лазерного 3D-сканера практикующие врачи могут отойти от рабочей зоны и удаленно контролировать измерение, если устройство является безопасным. Таким образом, время воздействия газа сводится к минимуму. Это достигается благодаря тому, что лазерные 3D-сканеры представляют собой автоматические измерительные устройства. Нет необходимости ориентировать устройство относительно объекта; Лазерные 3D-сканеры обычно имеют угол обзора 360° по горизонтали и 270° по вертикали и могут измерять каждый объект в поле зрения с высокой точностью.
Лазерное 3D-сканирование может измерять недоступные объекты
Лазерные 3D-сканеры имеют диапазоны измерения, которые различаются в зависимости от устройства. Благодаря приборам, способным измерять большие расстояния, высокие здания, мосты, линии электропередач и т. д. структуры могут быть измерены с помощью лазерных сканеров. Кроме того, 3D лазерные сканеры; классифицируются как мобильные лазерные сканеры (MLT), наземные лазерные сканеры (YLT) и бортовые лазерные сканеры (HLT). Мобильные и воздушные лазерные сканеры могут быстро измерять конструкции или их части, недоступные для наземных устройств. Это также идеально подходит для использования во взрывоопасных зонах, описанных в предыдущем разделе. Например, воздушные лазерные сканеры могут измерять небезопасные объекты и сооружения. Благодаря такому положению обеспечивается и безопасность, и точно измеряются объекты в труднодоступных местах.
Могут быть созданы подробные 3D-модели
Детализированные 3D-модели — это результаты измерений самого высокого качества, которые могут быть созданы для объекта. Благодаря данным облака точек, полученным с помощью 3D-лазерного сканирования, можно создавать 3D-модели CAD. После получения с высокой точностью 3D-модели объекта, здания или земельного участка ее можно использовать для всех видов планировочных и проектных работ. Это делает метод 3D-лазерного сканирования одним из самых надежных и функциональных методов измерения.
ТЕХНОЛОГИИ ЛАЗЕРНОГО 3D СКАНИРОВАНИЯ
Для решения практических задач во многих различных областях человеческой жизни часто необходимо проводить измерения для создания моделей реального мира. Анализируя эти модели, можно получить новую информацию об измеряемых объектах. Геометрическая и тематическая информация, полученная в процессе моделирования объектов, составляет основу процессов принятия решений об объектах.(Аygün, 2021)
Уровень развития технологий, который мы имеем сегодня, изменил содержание и качество информации, используемой во многих областях. Не вся информация, полученная об объекте, должна относиться к местоположению или форме объекта. Однако технологические возможности запустили процесс интеграции всех видов информации друг с другом и создания наборов данных, которые выражают более сильные значения. Информационные системы, включающие в себя трехмерную информацию об объектах и трехмерную информацию, постепенно расширяют области своего использования. Поэтому получение 3D-информации стало сегодня одной из самых популярных областей исследования.(Аygün)
Сегодня потребность в 3D-информации, содержащей высокоинтенсивные детали, проявляется особенно в гражданском строительстве, архитектуре, проектах исторических памятников и промышленных объектов для получения текущего состояния некоторых объектов, иногда даже всей конструкции и ее окружения. Мы можем перечислить эти потребности с несколькими пунктами следующим образом:
- Мониторинг хода строительства с особенностями планирования, проверка и сравнение качества, особенно на сложных строительных объектах.
- Уметь планировать в цифровой среде, когда требуется анализ пространственных отношений, в том числе отношений зданий с их окружением (сложная застройка, многоэтажные транспортные узлы, торговые центры и т. д.).
- Создание информационного моделирования зданий (BIM Building Information Modelling) для обеспечения надлежащего обслуживания конструкций, направленного на непрерывный контроль строительства, оценку рисков и мониторинг физического износа.
- Документирование промышленных площадей под названием «3D виртуальный завод», то есть создание полностью цифровой модели существующего промышленного предприятия. Современные промышленные объекты имеют достаточно сложную структуру, и наличие такой виртуальной модели необходимо для проведения работ по техническому развитию и обновлению конструкции. С помощью виртуального 3D-завода любое новое оборудование можно запрограммировать в виртуальной среде и проверить в системе, не устанавливая его на заводе и не останавливая другие механизмы. Можно выполнить необходимое моделирование и оптимизацию, чтобы избежать потенциальных конфликтов с существующими механизмами. Кроме того, с помощью реалистичной 3D-модели можно проверить существующие чертежи проекта, которые часто устаревают из-за изменений на объекте.
- Мониторинг деформации инженерных конструкций требует частого анализа всей поверхности конструкции, а не только характерных точек. Таким образом, можно выявить локальные деформации.
- Уметь делать подробные оценки состояния и повреждений исторических памятников (церквей, замков, дворцов и т. д.) и предоставлять правильную документацию, необходимую для защиты или восстановления сооружения. В таких проектах необходимо документировать самые тонкие конструкции и детали (как снаружи, так и внутри). Такие исследования могут стать основой для создания национальной или всемирной системы знаний о культурном наследии. Сегодня архивные исследования проводятся на базе страны или региона в этой области.(Аygün, 2021)
Обычные методы геодезической съемки, такие как тахеометр или GPS/GNSS, используются для измерения отличительных характерных точек объекта. В этом измерительном процессе характерные точки объекта определяются по решению человека, использующего измерительный прибор. Когда один и тот же объект измеряется в два разных момента времени, точки двух разных измерений могут быть обнаружены как характерные точки, определяющие объект, хотя и с небольшими различиями. С помощью этих измеренных точек получают геометрические данные объекта. Однако эти устройства не подходят для исследований, где данные должны быть получены быстро. Кроме того, измеренные точки не могут содержать информацию обо всем объекте.
В последние годы все большее значение приобретают методы автоматического сбора данных для получения геометрических данных объекта. Технология лазерного сканирования произвела революцию в получении 3D-данных как для топографической съемки, так и для объектов с поверхности объекта, в отличие от традиционных методов сбора данных, таких как геодезические съемки и аналитическая фотограмметрия, которые необходимо интерпретировать вручную во время оценки съемки для получения представления о физических объектах. Благодаря этой функции технология лазерного сканирования намного опережает традиционные методы измерения.