С точностью до миллиметра. Как лазерное сканирование делает мир лучше

10 января 2020, 15:50

Какие способы измерений безнадежно устарели, а где применяется лазерное 3D-сканирование.

Строительство, горнодобывающая промышленность, подготовка к изменению ландшафта — в этих сферах одинаково важны точность подсчетов и особенности инфраструктуры. Выбрав подходящий метод измерений, можно сэкономить на материалах и создать максимально реалистичную физическую или цифровую модель местности.

Видео дня

Управляя или взаимодействуя с природными, промышленными и городскими объектами, важно не вредить среде и самим не подвергаться опасности. Каждый метод сбора данных обеспечивает разную точность и доступность.

С чем работали раньше

Незаменимым инструментом для геодезистов и строителей принято считать тахеометр. Устройство определяет координаты и высоту точек местности при топографической съемке и разбивочных работах. Параллельно с измерениями специалист обычно ведет полевой журнал подсчетов.

Тахеометр с безотражательным режимом измеряет расстояния практически до любой поверхности. Но точность измерений зависит от технических возможностей модели, температуры воздуха, давления и влажности. Кроме того, луч электронно-оптического тахеометра может отразиться от растительности или другой преграды, исказив результат.

Радары следят за кораблями и нефтяными пятнами

Экологические, геологические и нефтегазовые предприятия часто применяют радарную съемку для отслеживания состояния инфраструктуры и ландшафта. Во многих случаях радиолокационные снимки (далее — РЛ-снимки) оказываются более информативными, чем спутниковые. Информация с поверхности земли или воды фиксируется с помощью излучения микроволн длиной до сантиметра. Радиолокационная съемка позволяет увидеть масштаб разлива нефти на воде, установить миллиметровые смещениях объектов и следить за перемещением судов в акваториях.

Метод используется для наблюдения за объектами при плотной облачности, тумане и в темноте. С помощью радарной съемки ученым удалось провести картирование видов Венеры — планеты с густым облачным слоем.

Как это работает: сигнал отражается от изучаемого объекта и фиксируется приемником на радиолокационной станции. Прибор сохраняет время получения импульса от объекта и обратно. На основе этих данных создаются РЛ-снимки. Сложность замеров зависит от расстояния до объекта: чем он дальше, тем дольше проходит и фиксируется отражаемый сигнал. Обилие контуров и большое количество мелких деталей на поверхности иногда приводят к ошибкам при изучении изменений окружающей среды.

Дроны помогают оценить ущерб от стихии

Аэрофотосъемку с беспилотников часто используют для разработки карт и проектирования объектов инфраструктуры. Метод оптимален для работы на небольших площадях для фиксации рельефов.

По данным обзора IssueLab, в 2015 году Общество Красного Креста в США и компания Measure использовали беспилотники во время ликвидации последствий стихийного бедствия. Собранная дроном информация помогла страховым фирмам оценить ущерб разрушений.

Как заявил один из участников проекта, представитель компании The UPS Foundation Митч Николс, подобная технология может решить острую потребность в отлаженной гуманитарной логистике и эффективном реагировании на кризисные ситуации в регионе (наводнения, землетрясения, пожары).

В сельском хозяйстве замеры полей при помощи сьемки с дронов ценятся из-за формата полученных изображений — в ближнем инфракрасном диапазоне. Он дает возможность специалистам рассчитать урожайность, оценить состояние растительности всего поля или отдельных участков, проанализировать продуктивность угодий на будущее.

Снимки с беспилотников обрабатываются компьютерной программой и преобразуются в 3D-точки. Их используют, в частности, для моделирования карт.

Город под надзором лазера

Трехмерное лазерное сканирование имеет самый высокий уровень детализации по сравнению с предыдущими методами и дает наиболее точные геометрические параметры. Выделяют наземное сканирование и сканирование с помощью передвижных мобильных и летных платформ (LiDAR). Light Identification Detection and Ranging — это технология обработки сигнала на больших расстояниях, когда луч отражается от исследуемого объекта и фиксирует его параметры. Наземное и воздушное сканирования можно использовать как в отдельности, так и вместе. В обоих случаях объект снимается на большой скорости. За несколько секунд выполняется огромный объем работ. Сканирование используется в различных отраслях: от нефтегазовой промышленности до дорожного хозяйства. Например, для проверки состояния мостов, путепроводов и прилегающих зон или осмотра сложных инженерных сооружений для выявления дефектов.

Наземное 3D-сканирование можно использовать для реконструкции памятников архитектуры. В Украине метод уже тестируется в социальном проекте «Мапа реновації», призванном спасти разрушенные исторические здания Киева. Мы присоединились к инициативе, внедрив технологию наземного лазерного сканирования. Полученные высокоточные копии архитектурных объектов станут основой для цифровой карты столицы. Она обратит внимание на здания, которые нуждаются в реставрации.

Наземное 3D-сканирование можно использовать для реконструкции памятников архитектуры

Через лазеры прошли усадьба Сикорского и советская правительственная дача начала прошлого века. До конца 2019 года будет отсканировано не меньше десяти объектов.

Лидарное сканирование с использованием дрона подходит для работ на больших территориях — для проверки состояния линий электропередач. Например, провисание проводов может стать причиной короткого замыкания. Из-за этого в дальнейшем растет риск возникновения пожара. Также лазер помогает определять тип и уровень наклона опор и проводить паспортизацию ЛЭП.

Это единственный метод, позволяющий дистанционно изучать землю и объекты с возможностью одновременно показывать видимую поверхность крон и рельефа, а также тонких конструктивных элементов (столбов, электросетей, балок). На основе полученного облака точек мы создаем реальную 3D-модель местности для выполнения последующих проектных, строительных и других задач.

В геодезии лазерное сканирование карьерной выемки помогает мониторить любые деформации территории, вовремя выявлять подток оползневых масс, вести учет выполненных горных работ и объемов ископаемых. Анализ карьера на подверженные деформациям участки повышает оперативность горных работ и позволяет избежать производственных потерь.

В строительстве виртуальный макет помогает точно распределить время на выполнение каждой операции и контролировать расходы. Таким образом улучшается эффективность используемой техники и материалов, сокращается продолжительность разбивочных работ.

Действительно, лазерное сканирование стоит дороже вышеперечисленных методов, но при этом оно гораздо информативнее и эффективнее на протяжении всего жизненного цикла объекта. Цифровая модель пространства точнее, а ее подготовка занимает меньше времени, чем создание модели традиционными методами. Лидар делает около 5000 измерений в секунду, а тахеометру на аналогичную работу требуется два-три дня. Плотность замеров с помощью лазерного сканирования — от 0,25 мм и более на квадратный сантиметр поверхности.

Оцифрованные данные могут стать основой для мониторинга деформации карьеров. Своевременное лазерное сканирование поверхности предотвращает оползни и обрушения откосов на карьерах, снижает нежелательное воздействие на прилегающую территорию. Такие исследования помогают повысить безопасность работы на горном предприятии.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.

Показать ещё новости
Радіо НВ
X