З точністю до міліметра. Як лазерне сканування робить світ кращим

10 січня 2020, 15:50

Які способи вимірів безнадійно застаріли, а де застосовується лазерне 3D-сканування.

Будівництво, гірничодобувна промисловість, підготовка до зміни ландшафту — у цих сферах однаково важливі точність підрахунків і особливості інфраструктури. Вибравши відповідний метод вимірювань, можна заощадити на матеріалах і створити максимально реалістичну фізичну або цифрову модель місцевості.

Відео дня

Керуючи або взаємодіючи з природними, промисловими і міськими об'єктами, важливо не шкодити середовищу і самим не наражатися на небезпеку. Кожен метод збирання даних забезпечує різну точність і доступність.

З чим працювали раніше

Незамінним інструментом для геодезистів та будівельників прийнято вважати тахеометр. Пристрій визначає координати і висоту точок місцевості при топографічній зйомці і розбивочних роботах. Паралельно з вимірами фахівець зазвичай веде польовий журнал підрахунків.

Тахеометр з безвідбивним режимом вимірює відстані практично до будь-якої поверхні. Але точність вимірювань залежить від технічних можливостей моделі, температури повітря, тиску і вологості. Крім того, промінь електронно-оптичного тахеометра може відбитися від рослинності або іншої перепони, спотворивши результат.

Радари стежать за кораблями і нафтовими плямами

Екологічні, геологічні та нафтогазові підприємства часто застосовують радарну зйомку для відстеження стану інфраструктури та ландшафту. У багатьох випадках радіолокаційні знімки (далі — РЛ-знімки) виявляються більш інформативними, ніж супутникові. Інформація з поверхні землі або води фіксується за допомогою випромінювання мікрохвиль довжиною до сантиметра. Радіолокаційна зйомка дозволяє побачити масштаб розливу нафти на воді, встановити міліметрові зсуви об'єктів і стежити за переміщенням суден в акваторіях.

Метод використовується для спостереження за об'єктами при щільній хмарності, тумані і в темряві. За допомогою радарної зйомки вченим вдалося провести картування виглядів Венери — планети з густим хмарним шаром.

Як це працює: сигнал відбивається від досліджуваного об'єкта і фіксується приймачем на радіолокаційній станції. Прилад зберігає час отримання імпульсу від об'єкта і назад. На основі цих даних створюються РЛ-знімки. Складність вимірів залежить від відстані до об'єкта: чим він далі, тим довше проходить і фіксується відображуваний сигнал. Велика кількість контурів і велика кількість дрібних деталей на поверхні іноді призводять до помилок при вивченні змін довкілля.

Дрони допомагають оцінити збиток від стихії

Аерофотозйомку з безпілотників часто використовують для розроблення карт і проектування об'єктів інфраструктури. Метод оптимальний для роботи на невеликих площах для фіксації рельєфів.

poster
Дайджест головних новин
Безкоштовна email-розсилка лише відбірних матеріалів від редакторів NV
Розсилка відправляється з понеділка по п'ятницю

За даними огляду IssueLab, в 2015 році Товариство Червоного Хреста в США і компанія Measure використовували безпілотники під час ліквідації наслідків стихійного лиха. Зібрана дроном інформація допомогла страховим фірмам оцінити збиток руйнувань.

Як заявив один з учасників проекту, представник компанії The UPS Foundation Мітч Ніколс, подібна технологія може вирішити гостру потребу в налагодженій гуманітарній логістиці та ефективному реагуванні на кризові ситуації в регіоні (повені, землетруси, пожежі).

У сільському господарстві заміри полів за допомогою зйомки з дронів цінуються через формат отриманих зображень — в ближньому інфрачервоному діапазоні. Він дає можливість фахівцям розрахувати врожайність, оцінити стан рослинності всього поля або окремих ділянок, проаналізувати продуктивність угідь на майбутнє.

Знімки з безпілотників обробляються комп’ютерною програмою і перетворюються на 3D-точки. Їх використовують, зокрема, для моделювання карт.

Місто під наглядом лазера

Тривимірне лазерне сканування має найвищий рівень деталізації в порівнянні з попередніми методами і дає найбільш точні геометричні параметри. Виділяють наземне сканування і сканування за допомогою пересувних мобільних і льотних платформ (LiDAR). Light Identification Detection and Ranging — це технологія обробки сигналу на великих відстанях, коли промінь відбивається від досліджуваного об'єкта і фіксує його параметри. Наземне і повітряне сканування можна використовувати як окремо, так і разом. В обох випадках об'єкт знімається на великій швидкості. За кілька секунд виконується величезний обсяг робіт. Сканування використовується в різних галузях: від нафтогазової промисловості до дорожнього господарства. Наприклад, для перевірки стану мостів, шляхопроводів і прилеглих зон або огляду складних інженерних споруд для виявлення дефектів.

Наземне 3D-сканування можна використовувати для реконструкції пам’яток архітектури. В Україні метод вже тестується в соціальному проекті «Мапа реновації», покликаному врятувати зруйновані історичні будівлі Києва. Ми приєдналися до ініціативи, запровадивши технологію наземного лазерного сканування. Отримані високоточні копії архітектурних об'єктів стануть основою для цифрової карти столиці. Вона зверне увагу на будівлі, які потребують реставрації.

Наземне 3D-сканування можна використовувати для реконструкції пам’яток архітектури

Через лазери пройшли садиба Сікорського і радянська урядова дача початку минулого століття. До кінця 2019 року відскановано не менш десяти об'єктів.

Лідарне сканування з використанням дрона підходить для робіт на великих територіях — для перевірки стану ліній електропередач. Наприклад, провисання дротів може стати причиною короткого замикання. Через це надалі зростає ризик виникнення пожежі. Також лазер допомагає визначати тип і рівень нахилу опор і проводити паспортизацію ЛЕП.

Це єдиний метод, що дозволяє дистанційно вивчати землю і об'єкти з можливістю одночасно показувати видиму поверхню крон і рельєфу, а також тонких конструктивних елементів (стовпів, електромереж, балок). На основі отриманої хмари точок ми створюємо реальну 3D-модель місцевості для виконання наступних проектних, будівельних та інших завдань.

У геодезії лазерне сканування кар'єрної виїмки допомагає моніторити будь-які деформації території, вчасно виявляти підтікання зсувних мас, вести облік виконаних гірничих робіт і обсягів копалин. Аналіз кар'єра на схильні до деформацій ділянки підвищує оперативність гірських робіт і дозволяє уникнути виробничих втрат.

У будівництві віртуальний макет допомагає точно розподілити час на виконання кожної операції і контролювати витрати. Таким чином поліпшується ефективність використовуваної техніки і матеріалів, скорочується тривалість розбивочних робіт.

Дійсно, лазерне сканування коштує дорожче перерахованих вище методів, але водночас воно набагато інформативніше й ефективніше протягом усього життєвого циклу об'єкта. Цифрова модель простору точніша, а її підготовка займає менше часу, ніж створення моделі традиційними методами. Лідар робить близько 5000 вимірів на секунду, а тахеометру на аналогічну роботу потрібно два-три дні. Щільність вимірів за допомогою лазерного сканування — від 0,25 мм і більше на квадратний сантиметр поверхні.

Оцифровані дані можуть стати основою для моніторингу деформації кар'єрів. Своєчасне лазерне сканування поверхні запобігає зсувам і обваленню укосів на кар'єрах, знижує небажаний вплив на прилеглу територію. Такі дослідження допомагають підвищити безпеку роботи на гірничому підприємстві.

Показати ще новини
Радіо NV
X