Как работает 3D сканирование в геодезии?

Современная геодезия неузнаваемо изменилась благодаря появлению лазерного сканирования – технологии, обеспечивающей быстрый и высокоточный сбор пространственных данных. Заменив собой трудоемкие и длительные традиционные методы, оно стало незаменимым инструментом для решения широкого спектра задач, от создания детальных 3D-моделей зданий до мониторинга состояния сложных инженерных сооружений.

Как происходит лазерное сканирование?

Процесс лазерного сканирования напоминает работу высокоточного 3D-принтера, работающего в обратном направлении. Специальный прибор – лазерный сканер, устанавливается на штатив и испускает множество лазерных лучей. Лучи, отражаясь от окружающих объектов, возвращаются к сканеру. Встроенные датчики измеряют время, затраченное на прохождение луча от сканера до объекта и обратно. Зная скорость света, система с высокой точностью вычисляет расстояние до каждой точки отражения. Одновременно регистрируется интенсивность возвращаемого сигнала, угол поворота сканирующего элемента или зеркала и прочие параметры, что позволяет получать информацию о свойствах поверхности (например, о материале) и её местоположении относительно сканера.

    Полученные данные – окрашенные (благодаря камерам) в реальные цвета «облако точек», представляют собой огромный массив координат в трехмерном пространстве. Затем это облако обрабатывается с помощью специализированного программного обеспечения. Программы выполняют фильтрацию шумов, выравнивание данных и, наконец, формируют из них детальную трехмерную модель. Полученное изображение обладает высокой точностью, отображая мельчайшие детали рельефа, архитектурные элементы, растительность и прочие особенности местности.

    Преимущества лазерного сканирования 

●     Высокая скорость. Сбор данных осуществляется значительно быстрее, чем при традиционных методах.

●     Исключительная точность. Погрешность измерений минимальна, что обеспечивает высокую достоверность получаемых данных.

●     Детальность. Создаются полные и подробные 3D-модели, содержащие информацию о всех объектах и деталях местности.

●     Универсальность. Технология применима к объектам различной сложности и в самых разных условиях, от открытых пространств до плотно застроенных городских районов.

●     Безопасность. В ряде случаев лазерное сканирование позволяет избежать рискованных и трудоемких полевых работ.

Виды лазерного сканирования в геодезии

Существует несколько типов лазерного сканирования, выбор которых зависит от конкретных задач:

●     Наземное лазерное сканирование. Сканер устанавливается на штативе или другом креплении на земле. Этот метод идеально подходит для съемки зданий, инженерных сооружений, ландшафтов и других объектов.

●     Воздушное лазерное сканирование. Сканер монтируется на летательном аппарате (самолете, вертолете или беспилотнике). Это позволяет сканировать обширные территории с высокой производительностью. Используется для создания цифровых моделей рельефа, планирования инфраструктурных проектов и т.д.

●     Мобильное сканирование. Сканеры устанавливаются на транспортные средства (автомобили, специальные машины и т.д.) или переносятся в руках, на рюкзаке. Данные собираются во время движения. Высокая скорость сбора данных на больших территориях. Эффективно для протяженных объектов: дороги, мосты, трубопроводы, линии электропередач, другие объекты инфраструктуры.

Применение 3D сканирования 

    Трехмерное сканирование (3D-сканирование) нашло широкое применение в различных отраслях, обеспечивая высокоточное и детальное представление объектов реального мира в цифровом формате. Рассмотрим подробнее его использование в геодезии и смежных областях: 

1. Топографическая съемка и создание цифровых моделей местности

    3D-сканирование позволяет значительно ускорить и усовершенствовать процесс создания цифровых моделей рельефа, ландшафта и отдельных объектов. В отличие от традиционных методов, оно обеспечивает автоматизированный сбор данных о форме и текстуре поверхности, включая растительность, здания и другие элементы. Преимущества включают в себя скорость сбора данных, высокую точность и возможность получения данных в труднодоступных местах.

    2. Строительная геодезия и мониторинг конструкций

    В строительстве 3D-сканирование применяется для контроля геометрических параметров строительных конструкций на всех этапах строительства – от проверки соответствия проекта реальному положению элементов до мониторинга деформаций зданий и сооружений в процессе эксплуатации. Сканирование позволяет быстро и точно зафиксировать геометрические отклонения, оценить состояние конструкций и выявить потенциальные риски. Полученные данные используются для корректировки строительных работ, оценки прочности и устойчивости сооружений, а также для создания “цифровых близнецов” – виртуальных копий объектов, которые позволяют отслеживать их состояние в динамике.

3. Горная геодезия и мониторинг горных выработок

    В горнодобывающей промышленности 3D-сканирование применяется для мониторинга состояния карьеров, шахт и других горных выработок. Регулярное сканирование позволяет отслеживать изменения геометрии выработок, оценивать объемы добытой руды, контролировать устойчивость склонов и предотвращать обвалы. Это критически важно для обеспечения безопасности горных работ и повышения эффективности добычи полезных ископаемых.

    4. Инженерно-геодезические изыскания и проектирование инфраструктуры

    3D-сканирование обеспечивает детальную информацию о рельефе местности, существующих инженерных коммуникациях и других объектах, необходимую для проектирования новых инфраструктурных объектов (дороги, мосты, трубопроводы и т.д.). Это позволяет создавать более точные и реалистичные проекты, учитывающие особенности местности и минимизирующие риски и затраты на строительстве.

    5. Инвентаризация и паспортизация объектов недвижимости и инженерных сетей

    3D-сканирование используется для создания точных трехмерных моделей существующих зданий, сооружений и инженерных сетей. Эти модели служат основой для создания подробной документации, необходимой для управления недвижимостью, проведения инвентаризации, оценки состояния объектов и планирования ремонтных работ. Полученные данные могут быть интегрированы в системы управления информацией об объектах недвижимости (ГИС).

    Результаты лазерного сканирования

    Получаемый массив данных позволяет создавать разнообразные продукты, критически важные для многих отраслей. В зависимости от целей сканирования и используемого оборудования, результаты могут включать:

1. Трехмерные модели объектов;

2. Топографические карты;

3. Сечения и профили;

4. Обмерные чертежи;

5. Цифровые модели рельефа (ЦМР);

6. Тепловизионные карты; 

7. Комплексные геоданные. 

Применение результатов: полученные данные используются в архитектуре и строительстве (проектирование, мониторинг состояния зданий), геодезии и картографии (создание карт, обмеры территорий), горной промышленности (моделирование карьеров), археологии (исследование объектов), управлении инфраструктурой (мониторинг мостов, дорог, линий электропередач) и многих других областях.

    Лазерное 3D-сканирование произвело революцию в геодезии, предлагая быстрый и высокоточный метод сбора пространственных данных, который заменил медленные и трудоемкие традиционные методы. Компания «ДелГео», специализирующаяся на продаже лазерных 3D-сканеров и их поверке, играет ключевую роль в предоставлении этого передового инструмента профессионалам. Благодаря «ДелГео», геодезисты получают доступ к технологиям, которые позволяют создавать детальные 3D-модели различных объектов – от зданий и сооружений до обширных территорий. Высокая скорость, точность и детальность получаемых данных, обеспеченные оборудованием, позволяют повысить эффективность работы, снизить риски и оптимизировать затраты на проектных и изыскательских работах.