Время прочтения: 9 минут
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.
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.
