ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
Одной из областей, наиболее ярко открывающих возможности лазерного сканера, является архитектура. Сканирование незаменимо для решения задач сохранения памятников и предметов исторической ценности. Конечно, помимо лазерного сканирования существуют и другие методы сохранения изображений, например, фотография или ее частный случай - стереофото. Однако фотография не содержит трехмерных координат. Стереофотография, сохраняющая объемность изображения, больше всего подходит для визуального восприятия объекта, однако извлечение данных о координатах большого количества точек из стереопары фотографий сопряжено со значительными трудозатратами. Метод же лазерного сканирования дает нам возможность очень быстро провести съемку фасада здания и получить модель исторического объекта с деталями размером до нескольких миллиметров.
Другой пример применения лазерного сканирования - съемка сложных в техническом отношении объектов, особенно, если они давно эксплуатировались, неоднократно подвергались перестройке, но это не всегда оперативно отражалось в документации. Бывает, что чертежи некоторых узлов объекта утеряны. Бывает, что оборудование подлежит модернизации, однако непонятно, поместится ли новая техника на площадях старой. В этих ситуациях эффективно трехмерное лазерное сканирование. Именно оно позволит ответить на все вопросы. Смоделировав реальную ситуацию на компьютере, можно быть уверенным в успехе будущей модернизации. Например, мы можем импортировать в программу обработки модель нового оборудования, совместить ее с облаками точек и увидеть все проблемные участки планируемой модернизации. По сути дела, еще на этапе проектирования можно будет сделать вывод о том, насколько успешно завершится модернизация. Еще одной областью использования наземного лазерного сканирования является съемка карьеров и открытых горных выработок, а так же применение НЛС в горной отрасли. Далее мы подробнее рассмотрим данные виды работ.
СЪЕМКА УЧАСТКА ТОННЕЛЯ
Цель работы заключается в оценке эффективности использования метода лазерного сканирования для определения пространственного положения и конфигурации стен и свода при проходке тоннелей либо их реконструкции. Оценке подлежит точность и полнота получаемых данных, время и трудозатраты на выполнение измерений и камеральную обработку, трудоёмкость и степень сложности освоения технологии.
Задача работы состояла в двукратном (с разницей в одни сутки) определении конфигурации стен и свода тоннеля, а также вычислении толщины бетонного слоя, нанесённого на стены и свод в промежутке между циклами методом набрызга. Кроме этого, задачей являлось сравнение данных, полученных тахеометрическим методом и методом лазерного сканирования.
Предположим, ширина тоннеля на участке работ составляет около 7.5 м, высота до свода – около 9 м. Стены и свод имеют неровную конфигурацию, обусловленную проводящимися взрывными работами.
При рекогносцировке в первую очередь необходимо выбрать точки установки сканеров. Эти точки выбираются таким образом, чтобы обеспечить необходимое покрытие поверхности стен и свода тоннеля с одной установки прибора.
Закрепление опорных точек производится магнитными основаниями, помещаемыми на металлические предметы. Для геодезических измерений на опорных точках на дюбеля накручивается специальная призма, служащая отражателем. Затем, непосредственно перед сканированием вместо призмы на дюбеля устанавливаются пластиковые сферы, служащие для идентификации опорных точек на сканах. При этом расстояние до центра призмы равно радиусу сферы, что позволяет однозначно назначить координаты опорной точки на скане.
Перед процессом сканирования осуществляется определение координат опорных точек в системе координат тоннеля. Задача решается полярным методом с пунктов маркшейдерской сети, а также с пункта временного закрепления, вынесенного на подошву тоннеля.
Необходимо, чтобы были определены координаты двух опорных точек. Одна из них представляет собой штатную визирную марку, расположенную на лазерной сканирующей головке на известном расстоянии от центра вращения. В качестве второй опорной точки выбирается центр пятна от лазерного луча системы, направленного на деревянной конструкции в 35 метрах от сканера.
Кроме этого, так же выбираются ещё четыре опорных точки на стенах тоннеля. Такими точками служат центры лазерного пятна. Координаты этих точек могут быть определены с целью апробации альтернативного способа привязки системы, заключающегося в вычислении координат центра лазерной сканирующей головки и азимута начального направления по измерениям на пять точек с известными координатами.
Для выполнения сканирования система устанавливается на стандартный геодезический штатив на равном расстоянии от стен тоннеля. При этом лазерная сканирующая головка должна быть сориентирована таким образом, чтобы азимут начального направления был близким к азимуту оси тоннеля.
Перед началом съёмки, одновременно с геодезическими измерениями, в ручном режиме работы сканера выполняются измерения на опорные точки. При этом запоминающим устройством регистрировались углы возвышения и вращения, а также расстояния до этих точек.
Сканирование выполняется в автоматическом режиме съёмки. Лазерный сканер устанавливается также на равном расстоянии от стен тоннеля, начальное направление съёмки не имеет значения, поскольку способ сканирования прибором не предполагает его ориентирования в заданной системе координат.
Перед началом сканирования на опорные точки установливаются специальные сферы для идентификации этих точек на сканах.
Сканирование производится последовательно с одной рабочей точки. Управление прибором и передача полученных данных производится при помощи переносного персонального компьютера.
В среднем, процесс сканирования, включая установку прибора, подготовку к работе и настройку программного обеспечения, занимает около десяти минут.
В дальнейшем для обработки используется поставляемое вместе со сканирующей системой программное обеспечение.
В результате выполнения работ получаются трёхмерные модели поверхности стен и свода тоннеля, позволяющие проводить измерения любых геометрических параметров, строить любые разрезы и сечения, подготавливать данные для переноса на планшеты и другие твёрдые носители, а также использовать её для ведения горно-графической документации в цифровом виде.
