Содержание статьи
Современные задачи, возникающие при проектировании, строительстве, эксплуатации зданий и сооружений, требуют представления данных в трёхмерном пространстве, с высокой точностью и полнотой описывающих взаимное расположение частей зданий, сооружений, ситуацию и рельеф. Использование традиционных методов и инструментов (лазерных сканеров, аэродронов) позволяет решать рядовые задачи. Однако всё чаще возникают запросы, требующие полноценного трехмерного моделирования. К таким сферам относится сопровождение информационного моделирования зданий и сооружений — BIM, фасадные съёмки, цифровые чертежи цехов, заводов. С появлением и развитием технологии лазерного сканирования задача построения 3D‑цифровых моделей значительно упростилась.
Получить КП по лазерному сканированию
Наземное лазерное сканирование
Лазерное сканирование на сегодняшний момент делится на наземное (НЛС), мобильное (МЛС, или мобильное картографирование) и воздушное (ВЛС). Предметом настоящей статьи является наземное лазерное сканирование, которое считается самым быстрым и высокопроизводительным средством получения точной и наиболее полной информации о пространственном объекте сложной формы: зданиях, промышленных сооружениях и площадках, памятниках архитектуры, смонтированном технологическом оборудовании. Суть технологии сканирования заключается в определении пространственных координат объекта при помощи лазерного сканера. Процесс реализуется посредством измерения углов и расстояний до всех определяемых точек с помощью измерений лазерным лучом до отражающих поверхностей с нескольких точек сканирования с перестановкой прибора. Измерения производятся с очень высокой скоростью — наиболее современные приборы производят измерения со скоростью от одного миллиона точек в секунду.
Управление работой лазерного сканера осуществляется с помощью ноутбука или планшета с набором программ или с помощью сенсорной панели управления, встроенной в сканер. Полученные координаты точек из сканера создают так называемое облако точек.
Сканер имеет определенную область обзора. Чаще всего они имеют встроенную цифровую фото‑видеокамеру. С помощью камеры можно выделять необходимую область сканирования либо проводить визуальный контроль качества и полноты собранных данных. Также фотокамера используется для раскрашивания облака точек в естественные цвета.
Работа по сканированию происходит с нескольких точек стояния (так называемых станций сканирования) для получения полной информации о форме объектов, потому что сложный объект зачастую не виден с одной точки наблюдения. На стадии полевых работ необходимо предусмотреть зоны взаимного перекрытия сканов. При этом перед началом сканирования в этих зонах часто размещают специальные мишени — цели. Для объединения сканов, выполненных с различных точек, используют процесс сшивки, который может происходить с использованием координат этих мишеней либо с использованием машинного зрения непосредственно по облакам точек. Лазерное сканирование предоставляет возможность получить максимум информации о геометрической структуре объекта. Его результатом являются сшитые облака точек и 3D-модели с высокой степенью детализации (пространственное разрешение — до нескольких миллиметров).
Наземное лазерное сканирование значительно отличается от других методов сбора пространственной информации. Среди отличий выделим несколько основных:
- полная реализация принципа дистанционного зондирования, позволяющего собирать информацию об исследуемом объекте, находясь на расстоянии от него
- максимальная полнота и подробность получаемой информации
- высокая скорость получения информации — съёмка на одной точке занимает от 2 до 10 минут (в зависимости от плотности), совокупная скорость полевых и офисных работ в несколько раз выше обычной
- стоимость съёмки объектов ниже, чем при использовании классических технологий, примерно в 3 раза
- трёхмерная визуализация результатов измерений
- достоверность результатов — облако точек невозможно изменить, оно является реальной копией объекта
Благодаря своей универсальности и высокой степени автоматизации процессов измерений лазерный сканер является инструментом оперативного решения самого широкого круга прикладных инженерных задач.
BIM — информационное моделирование зданий
Наиболее актуальной технологией, в которой применяется лазерное сканирование, является BIM — информационное моделирование зданий.
Технология информационного моделирования является самым передовым решением в строительной отрасли при возведении, эксплуатации и реконструкции зданий и сооружений, предполагающий комплексную обработку в трёхмерном представлении всей архитектурно‑проектной, конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании, когда здание и все, что имеет к нему отношение, рассматривается как единый объект. Внедрение данной технологии значительно повышает качество проектирования и упрощает работу на всех этапах жизненного цикла объекта.
Лазерное сканирование применяется в BIM при изысканиях на первых этапах проекта, контроле процесса строительства, оценке результата строительства и актуализации BIM-модели по фактическим данным.
Рассмотрим подробнее этапы проверки и актуализации BIM-модели по данным наземного лазерного сканирования.
Первым этапом является непосредственно лазерное сканирование. При этом сканирование может выполняться с требуемой плотностью и уровнем детализации (в зависимости от задач и LOD).
После завершения сканирования данные необходимо передать в программу обработки данных лазерного сканирования, например, FARO Scene, и выполнить сшивку отдельных сканов в единое облако точек. При правильной организации процесса сканирование сшивка данных выполняется в полностью автоматическом режиме. А, например, лазерный сканер FARO S 150 выполняет автоматическую сшивку данных непосредственно в поле. При необходимости выполняется привязка сшитого облака точек к системе координат объекта. Программное обеспечение FARO Scene позволяет отображать данные лазерного сканирования в трехмерном виде в различных заливках (белый цвет, градации серого, реальный цвет, окрас по интенсивности отраженного сигнала, заливка по высоте, заливка по цветовой классификации и т.д.) и при необходимости перемещаться по нему, выполняя измерения.
Третьим этапом является оценка отклонений, отображение отклонений на различных сечениях, подготовка отчетов.
Наложение, визуальный анализ и инспектирование можно выполнить в программе FARO Scene.
Оценку облака можно выполнить и в стороннем программном обеспечении, например, Autodesk Navisworks. Для этого необходимо выполнить экспорт облака точек в одном из стандартных форматов, например, подойдёт формат Autodesk Recap Pro — RCP.
На окончательном этапе в используемой программе для BIM-проектирования при необходимости можно выполнить актуализацию исходной BIM‑модели по фактическим данным.
Качество лазерного сканирования зависит не только от оборудования и программного обеспечения, но, что важнее, от мастерства специалистов, использующих его. Поэтому при выборе решений обращайте внимание не только на технические характеристики оборудования, но и на опыт компании, которая его поставляет и будет в дальнейшем помогать вам на этапе внедрения технологии лазерного сканирования в практику производства.
Задачи, которые решает НЛС
Наземное лазерное сканирование является мощным инструментом, который находит применение во многих различных задачах. В данном разделе статьи мы рассмотрим некоторые области, где НЛС доказало свою эффективность.
Искусственные и промышленные сооружения
Преимущество лазерного сканирования состоит в том, что оно полностью решает вопрос ресурсоемких исследований, проводимых для решения задач реконструкции и модернизации промышленных объектов. Среди этих задач можно выделить следующие:
1. Получение точной информации о расположении объекта в пространстве, а также о взаимном расположении его отдельных элементов, конструкций, технологических коммуникаций и блоков оборудования предприятия, строительных конструкций, трубопроводов и оборудования.
2. Построение 3D-модели, отражающей реальное состояние объекта на текущий момент времени.
3. Составление чертежей, планов и сечений объекта в AutoCAD и других программах проектирования на основе импорта 3D-модели.
4. Исполнительная съёмка по результатам строительства.
5. Построение обмерных чертежей различных объектов.
6. Определение точной формы и объёма больших ёмкостей и резервуаров.
7. Создание интерактивной карты предприятия.
Архитектура и ландшафтный дизайн
Наземное лазерное сканирование играет важную роль в области архитектуры и ландшафтного дизайна. Рассмотрим немного подробнее, для чего именно архитекторы, проектировщики и ландшафтные дизайнеры используют это технологическое решение, создавая точные цифровые модели и детализированные планы и визуализации.
1. Для восстановления архитектурного облика, проектирования и создания плана реставрационных работ архитектурных объектов, в том числе памятников культурного наследия.
2. Для получения достоверного и наглядного представления расположения — «врисовки» архитектурного проекта в существующую среду. Актуально как для частного строительства, так и для проектов комплексной застройки, в особенности для масштабных имиджевых проектов на территории со сложным рельефом.
3. Для проектирования парков, аллей и зон озеленения, для составления плана вырубки растительности с точной привязкой к местности.
4. Для моделирования развития эрозионных процессов и динамики роста растительного покрова в привязке к реальной 3D-модели рельефа застройки территории.
Читайте подробнее об услуге по наземному лазерному сканированию и обмерам.
