Markbaserad laserskanning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 31 januari 2019; kontroller kräver 7 redigeringar .

En markbaserad laserskanner (LLS) är ett mätsystem som med hög hastighet (från flera tusen till en miljon punkter per sekund) mäter avståndet från skannern till ytan av ett objekt och registrerar motsvarande riktningar (vertikal och horisontell) vinklar) med efterföljande bildande av en tredimensionell bild (skanning) i punktmolnform .

Kärnan i markbaserad laserskanning och dess fördelar

Det markbundna laserskanningssystemet består av en NLS och en fältdator med specialiserad programvara. NLS består av en laseravståndsmätare anpassad för högfrekvent drift och en laserstråleskanner . En servoenhet och en polygonal spegel eller prisma fungerar som en skanner i NLS . Servot avleder strålen med en viss mängd i horisontalplanet samtidigt som den vrider hela den övre delen av skannern, som kallas huvudet. Skanning i vertikalplanet utförs genom att vrida eller svänga spegeln.

Under skanningsprocessen är utbredningsriktningen för laserstrålen och avståndet till objektets punkter fixerade. Resultatet av NLS-operation är en rasterbild - en skanning, vars pixelvärden är vektorelement med följande komponenter: uppmätt avstånd, reflekterad signalintensitet och RGB -komponent som kännetecknar en punkts verkliga färg. För de flesta NLS-modeller erhålls de faktiska färgegenskaperna för varje punkt med en icke-metrisk digitalkamera.

En annan form av representation av marklaserskanningsresultat är en rad laserreflektionspunkter från objekt i skannerns synfält, med fem egenskaper, nämligen rumsliga koordinater , intensitet och verklig färg. $(x,y,z)$

Driften av laseravståndsmätare som används i NLS är baserad på pulsade och fasreflektorlösa metoder för att mäta avstånd, såväl som den direkta vinkelsvepmetoden (trianguleringsmetoden).

Funktionsprincipen för markbundna laserskannrar

Pulsmetod för att mäta avstånd

Impulsmetoden för att mäta avstånd bygger på att mäta den tid det tar för en signal att färdas från en sändare/mottagare till ett objekt och tillbaka. Genom att känna till utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor c , kan vi bestämma avståndet som

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

där τ är tiden som mäts från det ögonblick då pulsen appliceras på laserdioden tills den reflekterade signalen tas emot.

Pulsmetoden för att mäta avstånd är sämre i noggrannhet än fasmetoden. Detta beror på att den faktiska noggrannheten för varje mätning beror på ett antal parametrar, som var och en kan påverka noggrannheten för en viss mätning. Dessa parametrar är:

varaktighet och form (i synnerhet framkantens branthet) av sonderingspulsen
objektets reflekterande egenskaper
atmosfärens optiska egenskaper
struktur och orientering av objektets elementära yta som orsakade reflektionen av sonderingsstrålen med avseende på siktlinjen

Fasmetod för att mäta avstånd

Fasmetoden för att mäta avstånd bygger på att bestämma fasskillnaden mellan de skickade och mottagna modulerade signalerna. I det här fallet beräknas avståndet med formeln

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

där φ 2R är fasskillnaden mellan referens- och arbetssignalen;

f är moduleringsfrekvensen.

Funktionssättet för fasmätanordningen beror på dess temperatur, med en förändring i vilken fasen för signalen ändras något. Som ett resultat kan det exakta ursprunget för fasreferensen inte bestämmas. För detta ändamål upprepas fasmätningar på ett referenssegment (kalibreringslinje) inuti enheten. Den största fördelen med fasmätmetoden är en högre noggrannhet, som kan nå flera millimeter.

Källor och klassificering av fel i markbaserad laserskanningsresultat

Hela uppsättningen av fel i de kvantiteter som mäts av NLS kan delas in i två grupper:

instrumentell, på grund av kvaliteten på montering och justering av de mekaniska, optiska och elektroniska delarna av enheten (felvärden återspeglas i skannerns tekniska datablad och bestäms initialt vid monterings- och justering av enheten och sedan regelbundet under kalibrering och metrologisk certifiering av NLS);

metodisk, vars källa är själva metoden för att bestämma kvantiteter med hjälp av NLS. De kan orsakas av miljön (atmosfärisk brytning, dämpning av elektromagnetiska vågor, instrumentvibrationer, etc.) eller av egenskaperna hos det skannade objektet (storlek, orientering, färg, struktur, etc.).

Fördelar med markbaserad laserskanning

Förutom en hög grad av automatisering har markbaserad laserskanning även följande fördelar i förhållande till andra metoder för att få rumslig information:

förmågan att bestämma de rumsliga koordinaterna för objektets punkter i fältet;
tredimensionell visualisering i realtid, vilket gör det möjligt att bestämma de "döda" zonerna vid fältarbetet ;
oförstörande metod för att få information;
inget behov av att tillhandahålla skanning av objektpunkter från två designcenter (stående), i motsats till den fotogrammetriska metoden;
hög mätnoggrannhet;
principen om fjärrinformationsinhämtning säkerställer säkerheten för utövaren vid fotografering av svåråtkomliga och farliga områden;
hög prestanda hos NLS minskar tiden för fältarbete när man skapar digitala modeller av objekt, vilket gör denna teknik mer kostnadseffektiv jämfört med andra;
arbete kan utföras under alla ljusförhållanden, det vill säga dag och natt, eftersom skannrar är aktiva bildsystem;
hög detaljnivå;
multifunktionell användning av laserskanningsresultat.

Översikt över NLS

För närvarande utvecklar många företag enheter för tredimensionell laserskanning, alla dessa företag producerar skannrar för olika ändamål. Uppgifterna som löses av en specifik NLS-modell bestäms av dess tekniska egenskaper. De viktigaste egenskaperna hos moderna markbundna laserskannrar är:

noggrannhet vid mätning av avstånd, horisontella och vertikala vinklar;
maximal skanningsupplösning ;
skanningshastighet;
laserskannerns räckvidd;
divergens av laserstrålen;
synfält för skannern;
använda medel för att få information om den verkliga färgen;
säkerhetsklass för den använda lasern;
portabilitet och gränssnittsfunktioner.

Programvara. Klassificering. Exempel

Mjukvaruprodukter som används inom laserskanningsteknik kan, beroende på deras funktionella syfte, delas in i följande grupper:

kontrollprogramvara inställning av skanningsupplösning, skanningssektor genom visuellt urval av objekt, skanningsläge, driftläge för digitalkamera; visualisering av skanningar i realtid; kontroll av resultaten; kalibrering och testning av skannern; identifiering av möjliga funktionsfel; redovisning av fel i samband med påverkan av yttre miljöförhållanden; slå samman skanningar; extern orientering av skanningar; Programvara för att skapa en enpunktsmodell slå samman skanningar; extern orientering av skanningar; segmentering och sällsynthet av en punktmodell; punktmodellvisualisering; export och tryckning. Programvara för att bygga 3D-modeller och 2D-ritningar från skannade data skapande av ett oregelbundet trianguleringsnätverk (TIN) och NURBS- yta från en rad punkter ; skapa en modell av ett skannat objekt med hjälp av geometriska primitiver; profilering; konstruktion av ritningar; mätningar (längder, diametrar, ytor och volymer av föremål); visualisering av den konstruerade modellen (konstruktion av isoliner , texturering ); jämförelse av den konstruerade modellen med designmodellen; export och utskrift av NLS-databearbetningsresultat. komplex programvara alla funktioner i kontrollmjukvaran; skapande av en punktmodell; konstruktion av tredimensionella modeller och tvådimensionella ritningar enligt markbaserad laserskanning.

Användningsområden för markbunden laserskanning

konstruktion och drift av tekniska konstruktioner

kontroll över överensstämmelsen med de geometriska parametrarna för nybyggda anläggningar och designdokumentation för dessa anläggningar;
justering av projektet under byggprocessen;
exekutiv fotografering under byggprocessen och efter dess slutförande;
optimal planering och kontroll av rörelse och installation av anläggningar och utrustning;
övervakning av förändringar i de geometriska parametrarna för drivna strukturer och industriella installationer;
uppdatera översiktsplanen och återskapa den förlorade byggdokumentationen för den befintliga anläggningen.

brytning

bestämning av volymer av drift och lager av bulkmaterial;
skapande av digitala modeller av dagbrott och underjordiska arbeten i syfte att övervaka dem (data om intensiteten hos den reflekterade signalen och verklig färg gör det möjligt att skapa geologiska modeller);
gruvmätningsstöd för borrning och sprängning;

Olje- och gasindustrin

skapande av digitala modeller av industriella och komplexa tekniska anläggningar och utrustning för återuppbyggnad och övervakning av dem; [ett]
kalibrering av oljelastande marktankar och tankar till tankfartyg;

arkitektur

restaurering av monument och strukturer av historisk och kulturell betydelse;
skapande av arkitektoniska ritningar av byggnadsfasader;
restaurering, reparation, dekoration, omutrustning av inre utrymmen eller individuella dekorelement;

andra områden

utveckling av åtgärder för att förebygga och eliminera konsekvenserna av nödsituationer;
topografisk undersökning av territorier med en hög grad av utveckling;
skeppsbyggnad;
modellering av olika typer av simulatorer;
skapande av tvådimensionella och tredimensionella geografiska informationssystem för företagsledning;
inspelning av olyckor och brottsplatser.

Utställningar och konferenser om markbunden laserskanning

Se även

Lidar

Anteckningar

↑ Seredovich A. V. "Metoder för att skapa digitala modeller av olje- och gasanläggningar med markbaserad laserskanning" \\ Novosibirsk, 2007 165 s. RSL OD, 61:07-5/3352

Litteratur

Seredovich V. A. , Komissarov A. V., Komissarov D. V., Shirokova T. A. "Terrestrial laser scanning" \\ Novosibirsk: SGGA , 2009. - 261 s.
Krutikov D., Barabanshchikova N. "Models a laser scanner" \\ TekhNADZOR magazine , s. 70-71, nr 3 (40), mars 2010