Földi lézerszkennelés

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. január 31-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 7 szerkesztést igényelnek .

A földi lézerszkenner (LLS) egy olyan felmérési rendszer, amely nagy sebességgel (másodpercenként több ezer és millió pont között) méri a szkenner és egy tárgy felülete közötti távolságot, és regisztrálja a megfelelő irányokat (függőleges és vízszintes). szögek) az ezt követő háromdimenziós kép (szkennelés) kialakításával pontfelhő .

A földi lézerszkennelés lényege és előnyei

A földi lézeres letapogató rendszer egy NLS-ből és egy speciális szoftverrel ellátott terepi személyi számítógépből áll. Az NLS egy nagyfrekvenciás működésre alkalmas lézeres távolságmérőből és egy lézersugár szkennerből áll . A szervo meghajtó és egy sokszögű tükör vagy prizma szkennerként működik az NLS-ben . A szervo vízszintes síkban adott mértékben eltéríti a sugarat, miközben elfordítja a szkenner teljes felső részét, amit fejnek nevezünk. A függőleges síkban történő szkennelés a tükör elforgatásával vagy elforgatásával történik.

A szkennelés során a lézersugár terjedési iránya és a tárgy pontjaitól való távolság rögzítésre kerül. Az NLS-művelet eredménye egy raszteres kép - egy pásztázás, amelynek pixelértékei vektorelemek a következő összetevőkkel: mért távolság, visszavert jel intenzitása és egy pont valós színét jellemző RGB komponens. A legtöbb NLS-modell esetében az egyes pontokhoz tartozó tényleges színjellemzőket nem metrikus digitális fényképezőgéppel kapjuk meg.

A földi lézeres szkennelés eredményeinek egy másik megjelenítési formája a szkenner látómezejében lévő tárgyakról visszaverődő lézeres pontok tömbje, öt jellemzővel, nevezetesen a térbeli koordinátákkal , intenzitással és valós színnel. $(x,y,z)$

Az NLS-ben használt lézeres távolságmérők működése impulzus- és fázisreflektor nélküli távolságmérési módszereken, valamint a direkt szögsöprés módszerén (háromszögelési módszer) alapul.

A földi lézerszkennerek működési elve

Impulzus módszer a távolságok mérésére

A távolságmérés impulzusos módszere azon idő mérésén alapul, amely alatt a jel eljut az adó-vevőtől a tárgyig és vissza. Az elektromágneses hullámok terjedési sebességének c ismeretében meghatározhatjuk a távolságot as

R={\frac {c\tau }{2}}

ahol τ a lézerdiódára adott impulzustól a visszavert jel vételéig mért idő .

A távolságmérés impulzusos módszere gyengébb a pontosságban, mint a fázismódszer. Ennek az az oka, hogy az egyes mérések tényleges pontossága számos paramétertől függ, amelyek mindegyike befolyásolhatja egy adott mérés pontosságát. Ezek a paraméterek:

a szondázó impulzus időtartama és alakja (különösen az elülső él meredeksége).
a tárgy tükröző jellemzői
a légkör optikai tulajdonságai
az objektum elemi felületének textúrája és orientációja, amely a szondázási sugár visszaverődését okozta a látóvonalhoz képest

Fázismódszer a távolságok mérésére

A távolságmérés fázismódszere az elküldött és a vett modulált jelek közötti fáziskülönbség meghatározásán alapul. Ebben az esetben a távolságot a képlet számítja ki

R={\frac {\varphi _{\text{2R}}c}{4\pi f}}

ahol φ 2R a referencia- és a munkajel közötti fáziskülönbség;

f a modulációs frekvencia.

A fázismérő készülék működési módja a hőmérsékletétől függ, olyan változással, amelyben a jel fázisa kissé megváltozik. Ennek eredményeként a fázisreferencia pontos eredete nem határozható meg. Ebből a célból a fázismérés megismétlődik egy referencia szegmensen (kalibrációs vonalon) a készülék belsejében. A fázismérési módszer fő előnye a nagyobb pontosság, amely akár több millimétert is elérhet.

A földi lézeres szkennelési eredmények hibáinak forrásai és osztályozása

Az NLS által mért mennyiségek teljes hibája két csoportra osztható:

műszeres, az eszköz mechanikus, optikai és elektronikus részeinek összeszerelésének és beállításának minősége miatt (a hibaértékek a szkenner műszaki adatlapján jelennek meg, és kezdetben az eszköz összeszerelésének és beállításának szakaszában határozzák meg , majd időszakosan az NLS kalibrálása és metrológiai tanúsítása során);

módszeres, amelynek forrása éppen az NLS segítségével történő mennyiségmeghatározási módszer. Okozhatja őket a környezet (légköri fénytörés, elektromágneses hullámok csillapítása, műszerrezgés stb.), vagy a beolvasott tárgy jellemzői (méret, tájolás, szín, textúra stb.).

A földi lézerszkennelés előnyei

A nagyfokú automatizálás mellett a földi lézerszkennelés a következő előnyökkel is rendelkezik a térinformáció megszerzésének egyéb módszereihez képest:

az objektum terepen lévő pontjainak térbeli koordinátáinak meghatározására való képesség;
háromdimenziós megjelenítés valós időben, amely lehetővé teszi a "halott" zónák meghatározását a terepmunka szakaszában;
roncsolásmentes információszerzési módszer;
nincs szükség tárgypontok szkennelésére két tervezési központból (állva), ellentétben a fotogrammetriai módszerrel;
nagy mérési pontosság;
a távoli információszerzés elve biztosítja az előadó biztonságát a nehezen elérhető és veszélyes területek felvételekor;
az NLS nagy teljesítménye csökkenti a terepmunka idejét az objektumok digitális modelljei létrehozásakor, ami ezt a technológiát költséghatékonyabbá teszi a többihez képest;
a munka bármilyen fényviszonyok között, azaz nappal és éjjel is elvégezhető, mivel a szkennerek aktív képalkotó rendszerek;
magas szintű részletesség;
a lézeres szkennelési eredmények többcélú felhasználása.

Az NLS áttekintése

Jelenleg sok cég fejleszt háromdimenziós lézeres szkennelésre alkalmas eszközöket, ezek mindegyike különféle célokra gyárt szkennereket. Egy adott NLS modell által megoldott feladatokat annak műszaki jellemzői határozzák meg. A modern földi lézerszkennerek főbb jellemzői:

a távolság, vízszintes és függőleges szögek mérési pontossága;
maximális szkennelési felbontás ;
letapogatási sebesség;
a lézerszkenner hatótávolsága;
a lézersugár eltérése;
a szkenner látómezeje;
használt eszközök a valódi színről való információszerzésre;
a használt lézer biztonsági osztálya ;
hordozhatóság és interfész funkciók.

Szoftver. Osztályozás. Példák

A lézeres szkennelési technológiában használt szoftvertermékek funkcionális céljuktól függően a következő csoportokba sorolhatók:

vezérlő szoftver szkennelési felbontás beállítása, szkennelési szektor az objektumok vizuális kiválasztásával, szkennelési mód, digitális fényképezőgép üzemmód; a beolvasások valós idejű megjelenítése; az eredmények ellenőrzése; a szkenner kalibrálása és tesztelése; a lehetséges meghibásodások azonosítása; a külső környezeti feltételek befolyásával kapcsolatos hibák számbavétele; szkennelések összevonása; a beolvasások külső tájolása; Szoftver egypontos modell létrehozásához szkennelések összevonása; a beolvasások külső tájolása; pontmodell szegmentálása és ritkítása; pontmodell vizualizáció; export és nyomtatás. Szoftver 3D modellek és 2D rajzok készítéséhez szkennelt adatokból szabálytalan háromszögelési hálózat (TIN) és NURBS felület létrehozása pontok tömbjéből ; szkennelt objektum modelljének létrehozása geometriai primitívek segítségével; profilalkotás; rajzok készítése; mérések (tárgyak hossza, átmérője, területe és térfogata); a megszerkesztett modell vizualizálása ( izolinok építése , textúrázás ); a megépített modell összehasonlítása a tervezett modellel; NLS adatfeldolgozási eredmények exportálása és nyomtatása. összetett szoftver a vezérlőszoftver összes funkciója; pontmodell készítése; háromdimenziós modellek és kétdimenziós rajzok készítése földi lézerszkennelés szerint.

A földi lézerszkennelés alkalmazási területei

mérnöki építmények építése és üzemeltetése

az újonnan épült létesítmények geometriai paramétereinek megfelelőségének ellenőrzése és ezen létesítmények tervdokumentációja;
a projekt kiigazítása az építési folyamat során;
vezetői lövöldözés az építési folyamat során és annak befejezése után;
a létesítmények és berendezések mozgásának és felszerelésének optimális tervezése és ellenőrzése;
üzemeltetett szerkezetek és ipari létesítmények geometriai paramétereiben bekövetkezett változások nyomon követése;
a főterv aktualizálása és a meglévő létesítmény elveszett építési dokumentációjának újraalkotása.

bányászati

az ömlesztett anyagok megmunkálása és raktárai mennyiségének meghatározása;
külszíni bányák és földalatti üzemek digitális modelljeinek készítése megfigyelésük céljából (a visszavert jel intenzitására és a valós színre vonatkozó adatok lehetővé teszik geológiai modellek készítését);
bányamérési támogatás fúrási és robbantási műveletekhez;

Olaj- és gázipar

ipari és komplex technológiai létesítmények és berendezések digitális modelljeinek készítése rekonstrukciójuk és monitorozásuk céljából; [egy]
olajtöltő földi tartályok és tartályhajók tartályainak kalibrálása;

építészet

történelmi és kulturális jelentőségű műemlékek és építmények helyreállítása;
épülethomlokzati építészeti rajzok készítése;
belső terek vagy egyedi dekorelemek helyreállítása, javítása, díszítése, újrafelszerelése;

más területek

intézkedések kidolgozása a veszélyhelyzetek következményeinek megelőzésére és megszüntetésére;
magas fejlettségű területek topográfiai felmérése;
hajógyártás;
különböző típusú szimulátorok modellezése;
kétdimenziós és háromdimenziós földrajzi információs rendszerek létrehozása a vállalatirányításhoz;
balesetek és bűnügyi helyszínek rögzítése.

Kiállítások és konferenciák a földi lézerszkennelésről

Lásd még

Lidar

Jegyzetek

↑ Seredovich A. V. "Módszerek az olaj- és gázipari létesítmények digitális modelljeinek létrehozására földi lézeres szkennelés segítségével" \\ Novoszibirszk, 2007 165. o. RSL OD, 61:07-5/3352

Irodalom

Seredovich V. A. , Komissarov A. V., Komissarov D. V., Shirokova T. A. "Földföldi lézerszkennelés" \\ Novoszibirszk: SGGA , 2009. - 261 p.
Krutikov D., Barabanshchikova N. „Lézerszkennert modellez” \\ TekhNADZOR magazin , 70-71. o., 3 (40), 2010. március