Maanpäällinen laserskannaus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 31. tammikuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 7 muokkausta .

Maapohjainen laserskanneri (LLS) on mittausjärjestelmä, joka mittaa suurella nopeudella (useista tuhansista miljooniin pisteisiin sekunnissa) etäisyyttä skannerista kohteen pintaan ja rekisteröi vastaavat suunnat (pysty- ja vaakasuuntaiset). kulmat), jonka jälkeen muodostetaan kolmiulotteinen kuva (skannaus) pistepilven .

Maanpäällisen laserskannauksen ydin ja sen edut

Maanpäällinen laserskannausjärjestelmä koostuu NLS:stä ja kenttähenkilökohtaisesta tietokoneesta erikoisohjelmistoineen. NLS koostuu korkeataajuiseen käyttöön sovitetusta laseretäisyysmittarista ja lasersäteen skannerista . Servokäyttö ja monikulmainen peili tai prisma toimivat skannerina NLS:ssä . Servo kääntää säteen tietyllä määrällä vaakatasossa kääntäen samalla koko skannerin yläosaa, jota kutsutaan pääksi. Pystysuorassa tasossa skannaus suoritetaan peiliä kiertämällä tai heiluttamalla.

Skannausprosessin aikana lasersäteen etenemissuunta ja etäisyys kohteen pisteisiin kiinnitetään. NLS-toiminnan tulos on rasterikuva - skannaus, jonka pikseliarvot ovat vektorielementtejä, joissa on seuraavat komponentit: mitattu etäisyys, heijastuneen signaalin intensiteetti ja pisteen todellista väriä kuvaava RGB -komponentti. Useimmissa NLS-malleissa kunkin pisteen todelliset väriominaisuudet saadaan käyttämällä ei-metristä digitaalikameraa.

Toinen maalaserskannaustulosten esitysmuoto on joukko laserheijastuksia skannerin näkökentässä olevista kohteista, ja niillä on viisi ominaisuutta, nimittäin spatiaaliset koordinaatit , intensiteetti ja todellinen väri. $(x, y, z)$

NLS:ssä käytettävien laseretäisyysmittareiden toiminta perustuu pulssi- ja vaiheheijastimettomiin etäisyyksien mittausmenetelmiin sekä suorakulmapyyhkäisymenetelmään (triangulaatiomenetelmä).

Maanpäällisten laserskannerien toimintaperiaate

Pulssimenetelmä etäisyyksien mittaamiseen

Impulssimenetelmä etäisyyksien mittaamiseen perustuu ajan mittaamiseen, joka kuluu signaalin kulkeutumiseen lähetin-vastaanottimesta esineeseen ja takaisin. Kun tiedämme sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeuden c , voimme määrittää etäisyyden as

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

missä τ on aika, joka mitataan hetkestä, jolloin pulssi syötetään laserdiodille , hetkeen, jolloin heijastunut signaali vastaanotetaan.

Pulssimenetelmä etäisyyksien mittaamiseen on tarkkuudeltaan huonompi kuin vaihemenetelmä. Tämä johtuu siitä, että kunkin mittauksen todellinen tarkkuus riippuu useista parametreista, joista jokainen voi vaikuttaa tietyn mittauksen tarkkuuteen. Nuo parametrit ovat:

mittauspulssin kesto ja muoto (erityisesti etureunan jyrkkyys).
esineen heijastavat ominaisuudet
ilmakehän optiset ominaisuudet
kohteen peruspinnan rakenne ja suunta, joka aiheutti mittaussäteen heijastumisen suhteessa näkölinjaan

Vaihemenetelmä etäisyyksien mittaamiseen

Vaihemenetelmä etäisyyksien mittaamiseen perustuu lähetettyjen ja vastaanotettujen moduloitujen signaalien vaihe-eron määrittämiseen. Tässä tapauksessa etäisyys lasketaan kaavalla

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

missä φ 2R on vaihe-ero vertailu- ja työsignaalin välillä;

f on modulaatiotaajuus.

Vaihemittauslaitteen toimintatapa riippuu sen lämpötilasta, jolloin signaalin vaihe muuttuu hieman. Tämän seurauksena vaihereferenssin tarkkaa alkuperää ei voida määrittää. Tätä tarkoitusta varten vaihemittaukset toistetaan instrumentin sisällä olevalla vertailusegmentillä (kalibrointilinjalla). Vaihemittausmenetelmän tärkein etu on suurempi tarkkuus, joka voi olla useita millimetrejä.

Virheiden lähteet ja luokittelu maanpäällisen laserskannauksen tuloksissa

NLS:n mittaamien suureiden koko virhesarja voidaan jakaa kahteen ryhmään:

instrumentaalinen, johtuen laitteen mekaanisten, optisten ja elektronisten osien kokoonpanon ja säädön laadusta (virhearvot näkyvät skannerin teknisessä tietolomakkeessa ja määritetään alun perin laitteen kokoonpano- ja säätövaiheessa ja sen jälkeen säännöllisesti NLS:n kalibroinnin ja metrologisen sertifioinnin aikana);

menetelmällinen, jonka lähde on juuri menetelmä määrien määrittämiseksi NLS:n avulla. Ne voivat johtua ympäristöstä (ilmakehän taittuminen, sähkömagneettisten aaltojen vaimennus, instrumentin värähtely jne.) tai skannatun kohteen ominaisuuksista (koko, suunta, väri, rakenne jne.).

Maanpäällisen laserskannauksen edut

Korkean automaatioasteen lisäksi maanpäällisellä laserkeilauksella on myös seuraavat edut muihin paikkatiedon hankintamenetelmiin verrattuna:

kyky määrittää kohteen pisteiden spatiaaliset koordinaatit kentällä;
kolmiulotteinen visualisointi reaaliajassa, jonka avulla voidaan määrittää "kuolleet" vyöhykkeet kenttätyön vaiheessa;
tuhoamaton tiedonhankintamenetelmä;
ei tarvitse tarjota kohdepisteiden skannausta kahdesta suunnittelukeskuksesta (seisomassa), toisin kuin fotogrammetrisessa menetelmässä;
korkea mittaustarkkuus;
tiedon etähankinnan periaate takaa esiintyjän turvallisuuden ammuttaessa vaikeapääsyisiä ja vaarallisia alueita;
NLS:n korkea suorituskyky vähentää kenttätyön aikaa luotaessa esineiden digitaalisia malleja, mikä tekee tästä tekniikasta kustannustehokkaamman verrattuna muihin;
työ voidaan suorittaa missä tahansa valaistusolosuhteissa, toisin sanoen päivällä ja yöllä, koska skannerit ovat aktiivisia kuvantamisjärjestelmiä;
korkea yksityiskohtaisuus;
laserskannaustulosten monikäyttöinen käyttö.

Yleiskatsaus NLS:stä

Tällä hetkellä monet yritykset kehittävät laitteita kolmiulotteiseen laserskannaukseen, kaikki nämä yritykset valmistavat skannereita eri tarkoituksiin. Tietyn NLS-mallin ratkaisemat tehtävät määräytyvät sen teknisten ominaisuuksien mukaan. Nykyaikaisten maanpäällisten laserskannerien tärkeimmät ominaisuudet ovat:

etäisyyden, vaaka- ja pystykulman mittaustarkkuus;
suurin skannausresoluutio ;
skannausnopeus;
erilaisia laserskanneri;
lasersäteen ero;
skannerin näkökenttä;
käytetty keino saada tietoa todellisesta väristä;
käytetyn laserin turvallisuusluokka ;
siirrettävyys ja käyttöliittymäominaisuudet.

Ohjelmisto. Luokitus. Esimerkkejä

Laserskannaustekniikassa käytettävät ohjelmistotuotteet voidaan toiminnallisesta tarkoituksesta riippuen jakaa seuraaviin ryhmiin:

ohjausohjelmisto skannaustarkkuuden asettaminen, skannaussektori visuaalisella kohteiden valinnalla, skannaustila, digitaalikameran toimintatila; skannausten visualisointi reaaliajassa; tulosten valvonta; skannerin kalibrointi ja testaus; mahdollisten toimintahäiriöiden tunnistaminen; ulkoisten ympäristöolosuhteiden vaikutuksiin liittyvien virheiden huomioon ottaminen; skannausten yhdistäminen; skannausten ulkoinen suuntaus; Ohjelmisto yhden pisteen mallin luomiseen skannausten yhdistäminen; skannausten ulkoinen suuntaus; pistemallin segmentointi ja harventaminen; pistemallin visualisointi; vienti ja painatus. Ohjelmisto 3D-mallien ja 2D-piirustusten rakentamiseen skannatuista tiedoista epäsäännöllisen triangulaatioverkon (TIN) ja NURBS -pinnan luominen pistejoukosta ; mallin luominen skannatusta objektista geometristen primitiivien avulla; profilointi; piirustusten rakentaminen; mitat (esineiden pituudet, halkaisijat, pinta-alat ja tilavuudet); rakennetun mallin visualisointi ( erisolinjojen rakentaminen , teksturointi ); rakennetun mallin vertailu suunnittelumalliin; NLS-tietojenkäsittelytulosten vienti ja tulostus. monimutkainen ohjelmisto kaikki ohjausohjelmiston toiminnot; pistemallin luominen; kolmiulotteisten mallien ja kaksiulotteisten piirustusten rakentaminen maanpäällisen laserkeilauksen mukaan.

Maanpäällisen laserskannauksen käyttöalueet

teknisten rakenteiden rakentaminen ja käyttö

hiljattain rakennettujen tilojen geometristen parametrien vaatimustenmukaisuuden valvonta ja näiden tilojen suunnitteluasiakirjat;
projektin mukauttaminen rakennusprosessin aikana;
executive-ammunta rakennusprosessin aikana ja sen valmistumisen jälkeen;
tilojen ja laitteiden liikkumisen ja asennuksen optimaalinen suunnittelu ja valvonta;
käytettävien rakenteiden ja teollisuuslaitosten geometristen parametrien muutosten seuranta;
yleissuunnitelman päivittäminen ja nykyisen laitoksen kadonneen rakennusdokumentaation luominen uudelleen.

kaivostoimintaa

irtotavaran tuotantomäärien ja varastojen määrittäminen;
digitaalisten mallien luominen avolouhoksista ja maanalaisista töistä niiden seurantaa varten (tiedot heijastuneen signaalin voimakkuudesta ja todellisesta väristä mahdollistavat geologisten mallien luomisen);
kaivoskartoituksen tuki poraus- ja räjäytysoperaatioissa;

Öljy- ja kaasuteollisuus

digitaalisten mallien luominen teollisista ja monimutkaisista teknologisista laitteista ja laitteista niiden jälleenrakentamista ja seurantaa varten; [yksi]
öljyä lastaavien maasäiliöiden ja säiliöalusten säiliöiden kalibrointi;

arkkitehtuuri

historiallisesti ja kulttuurisesti merkittävien monumenttien ja rakenteiden entisöinti;
rakennusten julkisivujen arkkitehtonisten piirustusten luominen;
sisätilojen tai yksittäisten sisustuselementtien entisöinti, korjaus, koristelu, uudelleen varustaminen;

muut alueet

toimenpiteiden kehittäminen hätätilanteiden seurausten ehkäisemiseksi ja poistamiseksi;
korkean kehitysasteen omaavien alueiden topografinen kartoitus;
laivanrakennus;
erityyppisten simulaattorien mallintaminen;
kaksi- ja kolmiulotteisten maantieteellisten tietojärjestelmien luominen yrityksen johtamista varten;
onnettomuuksien ja rikospaikkojen tallennus.

Näyttelyt ja konferenssit maanpäällisestä laserkeilauksesta

Katso myös

Lidar

Muistiinpanot

↑ Seredovich A. V. "Menetelmät öljy- ja kaasulaitosten digitaalisten mallien luomiseksi maapohjaisella laserkeilauksella" \\ Novosibirsk, 2007 165 s. RSL OD, 61:07-5/3352

Kirjallisuus

Seredovich V. A. , Komissarov A. V., Komissarov D. V., Shirokova T. A. "Maanpäällinen laserskannaus" \\ Novosibirsk: SGGA , 2009. - 261 s.
Krutikov D., Barabanshchikova N. "Mallentaa laserskanneria" \\ TekhNADZOR-lehti , s. 70-71, nro 3 (40), maaliskuu 2010