Scanare laser terestră

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 31 ianuarie 2019; verificările necesită 7 modificări .

Un scaner laser la sol (LLS)  este un sistem de sondaj care măsoară la o viteză mare (de la câteva mii la un milion de puncte pe secundă) distanța de la scaner la suprafața unui obiect și înregistrează direcțiile corespunzătoare (verticală și orizontală). unghiuri) cu formarea ulterioară a unei imagini tridimensionale (scanare) sub formă de nor de puncte .

Esența scanării laser terestre și avantajele acesteia

Sistemul de scanare cu laser terestru constă dintr-un NLS și un computer personal de teren cu software specializat. NLS constă dintr-un telemetru laser adaptat pentru operarea la frecvență înaltă și un scaner cu fascicul laser . Un servomotor și o oglindă poligonală sau o prismă acționează ca un scaner în NLS . Servoiul deviază fasciculul cu o anumită cantitate în plan orizontal, în timp ce rotește toată partea superioară a scanerului, care se numește cap. Scanarea în plan vertical se realizează prin rotirea sau balansarea oglinzii.

În timpul procesului de scanare, direcția de propagare a fasciculului laser și distanța până la punctele obiectului sunt fixe. Rezultatul operațiunii NLS este o imagine raster  - o scanare, ale cărei valori pixeli sunt elemente vectoriale cu următoarele componente: distanța măsurată, intensitatea semnalului reflectat și componenta RGB care caracterizează culoarea reală a unui punct. Pentru majoritatea modelelor NLS, caracteristicile reale de culoare pentru fiecare punct sunt obținute folosind o cameră digitală non-metrică.

O altă formă de reprezentare a rezultatelor scanării cu laser la sol este o serie de puncte de reflexii laser de la obiecte din câmpul vizual al scanerului, cu cinci caracteristici, și anume coordonate spațiale , intensitate și culoare reală.

Funcționarea telemetrului laser utilizate în NLS se bazează pe metode fără reflectoare de fază și pulsate pentru măsurarea distanțelor, precum și metoda de baleiaj unghiular direct (metoda triangulației).

Principiul de funcționare al scanerelor laser terestre

Metoda pulsului pentru măsurarea distanțelor

Metoda impulsurilor de măsurare a distanțelor se bazează pe măsurarea timpului necesar unui semnal pentru a călători de la un transceiver la un obiect și înapoi. Cunoscând viteza de propagare a undelor electromagnetice c , putem determina distanța ca

,

unde τ  este timpul măsurat din momentul în care pulsul este aplicat diodei laser până în momentul recepționării semnalului reflectat.

Metoda pulsului de măsurare a distanțelor este inferioară ca precizie față de metoda fază. Acest lucru se datorează faptului că acuratețea reală a fiecărei măsurători depinde de un număr de parametri, fiecare dintre care poate afecta acuratețea unei anumite măsurători. Acei parametri sunt:

  • durata și forma (în special, abruptul marginii de atac) pulsului de sondare
  • caracteristicile reflectorizante ale obiectului
  • proprietăți optice ale atmosferei
  • textura și orientarea suprafeței elementare a obiectului care a cauzat reflexia fasciculului de sondare în raport cu linia de vedere
Metoda de fază pentru măsurarea distanțelor

Metoda de fază pentru măsurarea distanțelor se bazează pe determinarea diferenței de fază dintre semnalele modulate transmise și recepționate. În acest caz, distanța este calculată prin formula

,

unde φ 2R  este diferența de fază dintre semnalul de referință și semnalul de lucru;

f  este frecvența de modulație.

Modul de funcționare al dispozitivului de măsurare a fazei depinde de temperatura acestuia, cu o modificare în care faza semnalului se modifică ușor. Ca urmare, originea exactă a referinței de fază nu poate fi determinată. În acest scop, măsurătorile de fază sunt repetate pe un segment de referință (linia de calibrare) din interiorul dispozitivului. Principalul avantaj al metodei de măsurare a fazei este o precizie mai mare, care poate ajunge la câțiva milimetri.

Sursele și clasificarea erorilor în rezultatele scanării laser terestre

Întregul set de erori în cantitățile măsurate de NLS poate fi împărțit în două grupuri:

  • instrumentală, datorită calității asamblarii și ajustării părților mecanice, optice și electronice ale dispozitivului (valorile de eroare sunt reflectate în fișa tehnică a scanerului și sunt stabilite inițial în etapa de asamblare și reglare a dispozitivului , iar apoi periodic în timpul etalonării și certificării metrologice a NLS);
  • metodică, a cărei sursă este însăși metoda de determinare a cantităților folosind NLS. Acestea pot fi cauzate de mediu (refracția atmosferică, atenuarea undelor electromagnetice, vibrația instrumentului etc.) sau de caracteristicile obiectului scanat (dimensiune, orientare, culoare, textură etc.).

Avantajele scanării laser terestre

Pe lângă un grad ridicat de automatizare, scanarea laser terestră are și următoarele avantaje în raport cu alte metode de obținere a informațiilor spațiale:

  • capacitatea de a determina coordonatele spațiale ale punctelor obiectului în câmp;
  • vizualizare tridimensională în timp real, care permite determinarea zonelor „moarte” în stadiul de lucru pe teren ;
  • metoda nedistructiva de obtinere a informatiilor;
  • nu este necesară scanarea punctelor obiectului din două centre de proiectare (în picioare), spre deosebire de metoda fotogrammetrică;
  • precizie mare de măsurare;
  • principiul achiziției de informații de la distanță asigură siguranța interpretului atunci când trage în zone greu accesibile și periculoase;
  • performanța ridicată a NLS reduce timpul de lucru pe teren la crearea modelelor digitale de obiecte, ceea ce face ca această tehnologie să fie mai rentabilă în comparație cu altele;
  • munca poate fi efectuată în orice condiții de iluminare, adică zi și noapte, deoarece scanerele sunt sisteme active de imagistică;
  • nivel ridicat de detaliu;
  • utilizarea multifuncțională a rezultatelor scanării laser.

Prezentare generală a NLS

În prezent, multe companii dezvoltă dispozitive pentru scanarea laser tridimensională, toate aceste companii producând scanere în diverse scopuri. Sarcinile rezolvate de un anumit model NLS sunt determinate de caracteristicile tehnice ale acestuia. Principalele caracteristici ale scanerelor laser terestre moderne sunt:

  1. precizia distanței de măsurare, unghiurilor orizontale și verticale;
  2. rezolutie maxima de scanare ;
  3. viteza de scanare;
  4. raza de acțiune a scanerului laser;
  5. divergența fasciculului laser;
  6. câmpul vizual al scanerului;
  7. mijloace folosite pentru a obține informații despre culoarea reală;
  8. clasa de siguranță a laserului utilizat;
  9. portabilitate și caracteristici de interfață.

Software. Clasificare. Exemple

Produsele software utilizate în tehnologia de scanare cu laser, în funcție de scopul lor funcțional, pot fi împărțite în următoarele grupuri:

software de control setarea rezoluției de scanare, sectorul de scanare prin selecția vizuală a obiectelor, modul de scanare, modul de funcționare al camerei digitale; vizualizarea scanărilor în timp real; controlul rezultatelor; calibrarea și testarea scanerului; identificarea posibilelor defecțiuni; contabilizarea erorilor asociate cu influența condițiilor externe de mediu; fuzionarea scanărilor; orientarea externă a scanărilor; Software pentru crearea unui model cu un singur punct fuzionarea scanărilor; orientarea externă a scanărilor; segmentarea și rarefierea unui model punctual; vizualizarea modelului punctual; export și tipărire. Software pentru construirea de modele 3D și desene 2D din datele scanate crearea unei rețele de triangulație neregulată (TIN) și a suprafeței NURBS dintr-o serie de puncte ; crearea unui model al unui obiect scanat folosind primitive geometrice; profilare; construirea de desene; măsurători (lungimi, diametre, suprafețe și volume ale obiectelor); vizualizarea modelului construit (constructia izoliniilor , texturarea ); compararea modelului construit cu cel de proiectare; exportul și imprimarea rezultatelor procesării datelor NLS. software complex toate funcțiile software-ului de control; crearea unui model punctual; construirea de modele tridimensionale și desene bidimensionale conform scanării cu laser la sol.

Domenii de aplicare pentru scanarea laser terestră

construcția și exploatarea structurilor inginerești
  • controlul asupra conformității parametrilor geometrici ai instalațiilor nou construite și documentația de proiectare a acestor instalații;
  • ajustarea proiectului în timpul procesului de construcție;
  • filmare executivă în timpul procesului de construcție și după finalizarea acestuia;
  • planificarea și controlul optim al mișcării și instalării instalațiilor și echipamentelor;
  • monitorizarea modificărilor parametrilor geometrici ai structurilor operate și instalațiilor industriale;
  • actualizarea masterplanului și recrearea documentației de construcție pierdute a instalației existente.
minerit
  • determinarea volumelor de lucrări și depozite de materiale vrac;
  • crearea de modele digitale de cariere deschise și de lucrări subterane în scopul monitorizării acestora (datele privind intensitatea semnalului reflectat și culoarea reală fac posibilă realizarea de modele geologice);
  • suport de topografie mină pentru operațiuni de foraj și explozie;
Industria petrolului și gazelor
  • crearea de modele digitale de instalații și echipamente tehnologice industriale și complexe în scopul reconstrucției și monitorizării acestora; [unu]
  • calibrarea rezervoarelor terestre de încărcare cu ulei și a rezervoarelor autocisterne;
arhitectură
  • restaurarea monumentelor și structurilor de importanță istorică și culturală;
  • realizarea de desene arhitecturale ale fațadelor clădirilor;
  • restaurare, reparare, decorare, reechipare spații interioare sau elemente individuale de decor;
alte domenii
  • dezvoltarea măsurilor de prevenire și eliminare a consecințelor situațiilor de urgență;
  • ridicarea topografică a teritoriilor cu grad ridicat de dezvoltare;
  • constructii navale;
  • modelarea diferitelor tipuri de simulatoare;
  • crearea de sisteme informaționale geografice bidimensionale și tridimensionale pentru managementul întreprinderii;
  • înregistrarea accidentelor și a scenelor crimei.

Expoziții și conferințe despre scanarea laser terestră

Vezi și

Note

  1. ↑ Seredovich A. V. „Metode pentru crearea de modele digitale ale instalațiilor de petrol și gaze folosind scanarea laser la sol” \\ Novosibirsk, 2007 165 p. RSL OD, 61:07-5/3352

Literatură

  • Seredovich V. A. , Komissarov A. V., Komissarov D. V., Shirokova T. A. „Scanare laser terestră” \\ Novosibirsk: SGGA , 2009. - 261 p.
  • Krutikov D., Barabanshchikova N. „Modele unui scaner laser” \\ Revista TekhNADZOR , pp. 70-71, nr. 3 (40), martie 2010