8.6 Устройство и технические характеристики наземных лазерных сканеров

На рис. 12 показан, в качестве примера, общий вид трехмерного лазерного сканера GLS1500:

Рис.12

Здесь:

1 – Встроенная цифровая камера

2 – Зеркало. При ориентировании зеркала наверх, оно работает с камерой, приориентировании его вниз – работает с лазером.

3 – экран и клавиатура для введения данных о съемке

4 – Гнездо USB для подключения внешнего устройства (компьютера)

5 – Гнездо для карточки расширения памяти SD

6 – Сервоприводы для горизонтального и вертикального вращения сканера

7 – Верхний каркас обеспечивающий горизонтальное вращение на 360^о и вертикальный поворот зеркала на 70^о

8 – Источник лазера

9 – Wifi для беспроводной передачи информации

10 – Цоколь для аккумулятора

Данный сканер позволяет выполнять съемку с расстояниями до объекта от 2м до 350м со следующими углами поля зрения: вертикальный – 70^o, горизонтальный – 360^o. При этом величина углового шага сканирования  и  может достигать 0,01^о, с точностью измерения углов 0,002^о. Длины линий измеряются с точностью 4мм на расстоянии 150м. Скорость выполнения измерений – до 30000 точек в секунду.

На рис.13 показаны некоторые примеры наиболее распространенных наземных лазерных сканеров а в таблице 1 их характеристики.

Таблица 1

Riegl

Leica

Trimbl

Z+F

Optech

LMS-Z210i

LMS-Z360i

LMS-Z420i

HD 2500

HD 3000

HD 4500

GS 200

Imager 5003

Ilris 3D

Измеряемые расстояния (m)

4 - 650

1 - 200

2 - 800

1.5 -100

1-100

1-53.5

350

1-25.2

800

Поле зрения: - горизонтальное - вертикальное

360^o 80^o

360^o 90^o

360^o 80^o

40^o 40^o

360^o 270^o

360^o 310^o

360^o 60^o

360^o 310^o

40^o 40^o

Угловые интервалы

0.01^o

0.01^o

0.004^o

0.0034^о

0.018^о

0.020^о

0.0018^o

0.01^o

Угловая точность

0.005^o

0.002^o

0.002^o

0.0003

0.0034^о

0.01^о

0.0018^o

0.002^o

Линейная точность (для расстояния 50 m)

15 mm

6 mm

5 mm

4 mm

4 mm

3 mm

3 mm

3 mm

3 mm

Скорость сканирования (точек в секунду)

10000

12000

12000

2000

1800

625000

5000

625000

2000

Рис.13

4. 8.7 Создание 3d моделей объекта по материалам наземного лазерного сканирования

6. На рис. 14 показаны основные процессы технологии создания трехмерных моделей объекта с помощью наземного лазерного сканирования

Рис.14

Полевые работы.

Полевые работы начинаются с проектирования лазерной съемки. При проектировании выбираются точки стояния сканера таким образом, чтобы покрыть съемкой весь объект, при этом должно быть перекрытие между отдельными сканами с тем чтобы в последствии можно было объединить отдельные сканы в единую модель объекта

Максимальное расстояние от сканера до объекта D можно вычислить по следующей формуле:

Где ∆ - точность, с которой следует создать модель объекта; dφ – угловая точность лазерного сканера (техническая характеристика прибора).

Кроме того, вычисляют угловое разрешение сканирования для отображения на модели маленьких деталей объекта

1. 

Где d – минимальный размер деталей объекта, которые должны быть отображены на модели.

Проект съемки корректируется на местности, учитывая реальные условия (расположение объекта, видимости и т.д.). Если реальное отстояние сканера от объекта меняется относительно вычисленного, то перевычисляется значение . Реальное отстояние не может превышать вычисленного, с тем чтобы обеспечить заданную точность построения модели объекта.

Реальное разрешение сканирования (плотность точек) объекта будет различным в зависимости от расстояния от сканера до различных частей объекта (рис.15). Поэтому при расчете следует использовать максимальное расстояние.

Рис.15

В зонах перекрытия между сканами (рис.16) плотность точек естественно будет выше.

Рис.16

Если сканер имеет встроенную камеру, то производят фотосъемку объекта. Эти снимки используются главным образом для присваивания каждой точке модели реальных цветов.

Сканирование производится на каждой станции с вычисленным разрешением, а опорные маркированные точки сканируются отдельно с максимальным разрешением, чтобы определить их координаты с максимально возможной точностью в системе координат сканера.

Координаты опорных точек в системе координат объекта определяют одним из геодезических методов. Как правило, для этих целей используют электронный тахеометр.

Камеральные работы

Предварительная обработка результатов сканирования осуществляется в специальном программном обеспечении для работы с облаком точек и заключается в автоматической или интерактивной фильтрации облака точек с целью исключить точки, не принадлежащие объекту. Кроме того каждой точке облака присваивается реальный цвет со снимков, полученных встроенной камерой. На рис.17 показан фрагмент облака точек в реальных цветах. Здесь отчетливо видно, что для съемки всего объекта была получена серия снимков с помощью встроенной камеры.

Рис.17

Объединение отдельных моделей в единую модель объекта и внешнее ее ориентирование выполняется по связующим и опорным точкам, как это было описано выше. Эти процессы выполняются, в специализированном программном обеспечении, которое позволяет автоматически измерять координаты маркированных опорных и связующих точек.

Для создания векторной 3D модели объекта по облаку точек используют специальное программное обеспечение, которое как правило имеет три метода векторизации объекта: автоматический, автоматизированный и интерактивный. Автоматический метод применяется когда элементы объекта имеют правильную форму (цилиндр, круг, шар, конус и т.д.). Автоматизированный и интерактивный методы применяются для векторизации элементов объекта имеющих сложную форму. В этом случае эти элементы векторизуются как полилинии или полигоны.

Для удобства оператора часто векторизацию выполняют по фотоснимкам высокого разрешения, полученным внешними цифровыми камерами. В этом случае оператор выполняет распознавание и саму векторизацию деталей объекта по снимку, а результатом векторизации являются не плоские координаты точек снимка, а пространственные координаты точек объекта, так как каждой измеренной точке на снимке находится соответствующая точка на облаке точек.

Результаты векторизации передаются, как правило, для дальнейшего их редактирования и оформления в одну из CAD программ (MicroStation, Autocad и др.) или в специальные программы для оформления 3D модели с реальной текстурой, такие как 3DMax и т.д. На рис. 18 показан пример 3D модели с реальной текстурой (справа), полученной по облаку точек (слева).

Рис.18

296