АО «ПРИН»
8 800 222 34 91

Номера телефонов офисов

Бесплатный
Москва
Санкт-Петербург
Краснодар
Екатеринбург
Тюмень
Новосибирск
Красноярск
Хабаровск
Владивосток

Мобильное лазерное сканирование. Самый быстрый способ сбора высокоточной информации

25 февраля 2019

Введение

Основным трендом сегодняшнего рынка получения геопространственной информации становится стремительное развитие решений для мобильного сканирования. Системы и программные продукты представляют не только именитые бренды, но и новые игроки данного направления.

Как несколькими годами ранее весь мир захватила идея съёмки с воздуха с применением беспилотной авиации, так 2018 год бесспорно стал годом эволюционного развития технологии лазерного сканирования с мобильных платформ. За время, прошедшее с момента создания первых образцов систем (начало 2000-х годов), произошло существенное улучшение качества (точность и скорость) получаемых данных, уменьшились массо-габаритные характеристики, платформы стали универсальными. Системы могут устанавливаться уже не только автомобили, но и на железнодорожный транспорт, беспилотные гидрографические системы, беспилотные летательные аппараты. Можно сказать, что системы мобильного картографирования, представленные в 2018 году, достигли уровня «законченное решение» - теперь системы готовы к работе «из коробки»: нет необходимости прокладки под них специальных кабелей, подготовки электропитания, сверления отверстий в крыше автомобиля, система может устанавливаться и сниматься один-двумя специалистами.

Для многих читателей системы мобильного картографирования (оно же Мобильное лазерное сканирование - МЛС, Mobile Mapping Systems - MMS, Mobile 3D - M3D) - достаточно новое явление в сфере геодезии и картографии. В этой статье мы расскажем, что же представляют из себя такие системы, известные так же, как измерительные системы с высокой плотностью получаемых данных - High-Definition Surveying (HDS).

Развитие системы спутникового определения местоположения, инерциальных систем, системы получения цифровых фотографий высокого разрешения, лазерного сканирования (лидаров), привело к появлению в начале 2000-х годов первых систем мобильного лазерного сканирования. В то время системы по сути были разрозненным набором компонент. За 18 прошедших лет системы стали полностью интегрированными, программное обеспечение – универсальным.

 

Принцип работы мобильного картографирования

Основной идеей мобильного картографирования является получение максимально возможной на сегодняшний пространственной информации об окружающем нас мире:

  • облаков точек (точки, которые имеют координаты в пространстве и информацию об интенсивности* отраженного сигнала);
  • геопривязанных изображений (в том числе панорам) высокого разрешения.

Сканирование и получение изображений выполняется с помощью системы мобильного картографирования, устанавливаемой на движущемся транспортном средстве. Система в большинстве случаев устанавливается на автомобили, но может быть установлена на судах (вместе с эхолотом**), железнодорожном транспорте или иной подходящей платформе.

Система мобильного картографирования Trimble MX9, установленная на легковом автомобиле

Система мобильного картографирования Trimble MX9, установленная на легковом автомобиле

Получение данных производится автоматически на протяжении всего сеанса измерений. Дальность сканирования зависит от установленного лазерного сканера и может достигать 1 километра***. Плотность получения информации зависит от скорости движения транспортного средства и скорости вращения зеркала в лазерном сканере и достигает уровня несколько сантиметров. То есть количество данных таково, что конечный результат позволяет иметь информацию в координатах на каждые 4 см в пространстве.

Для получения такой подробной и точной информации необходима интеграция в единую систему следующих технологий:

  • технология получения высокоточной траектории движения, основанной на применении спутниковых технологий, инерциальных датчиков, датчиков пройденного пути****, SLAM*****;
  • технология лазерного сканирования (чаще всего используется один или несколько профайлеров – лазерных сканеров, вращающихся только в 1 плоскости);
  • технология получения панорамных снимков с их временной и пространственной синхронизацией;
  • программное обеспечение, которое настроивает систему и объединяет весь вышеперечисленный набор информации в единый связанный набор данных и - облако точек и панорамы.

Основой для вычисления траектории служит спутниковый приёмник (1). Влияние прерывания сигнала со спутниковых систем и пространственное изменение положение сканирующей системы (2) компенсируется инерциальной системой. Дополнительно для коррекции траектории движения транспортного средства используется датчик пройденного пути - одометр (DMI), который крепится к колесу автомобиля.

Система мобильного картографирования Trimble MX9

Система мобильного картографирования Trimble MX9

1 – блок траекторных измерений, включающий спутниковый приемник и инерциальный датчик

2 - лазерный сканер - профайлер

3 – панорамная фотокамера

В результате при применении современных мобильных картографических комплексов скорость измерения составляет до 2 млн. точек в секунду с детальностью полученной информации об объекте на уровне 4 см. Скорость выполнения съемки при этом составляет от 40 до 110 км/ч. Кроме этого выходным результатом являются изображения, в том числе панорамные снимки местности, с шагом порядка 5 метров.

Пример облака точек, получаемого системой мобильного картографирования

Пример облака точек, получаемого системой мобильного картографирования

Панорамный снимок в программе Trimble Business Center

Панорамный снимок (внизу) и облако точек (вверху) в программе Trimble Business Center

 

 

Преимущества применения мобильного лазерного сканирования

Рассмотрим основные преимущества применения технологии мобильного лазерного сканирования:

  • основной причиной выбора системы мобильного картографирования является выполнение полевых измерений с высокой скоростью и подробностью;
  • применение новейших разработок позволяет получать абсолютную точность положение объектов на уровне 2.5-3 см. Аналогичную точность можно получить электронными тахеометрами или ГНСС-оборудованием, однако скорость получения информации у указанным приборов в несколько сот раз меньше. Применение же мобильного сканирования позволяет выполнять достоверные измерения в кратчайшие сроки. Например, измерение дороги длиной в 100 км занимает один полевой день;
  • скорость измерений на уровне нескольких миллионов точек в секунду позволяет получать плотное облако точек при высоких скоростях движения. Плотность сканирования составляет 4 см на скорости 40 км/ч и 10 см на скорости 110 км/ч. Такая детальность и подробность получения данных позволяет сократить время полевых измерений и свести к минимуму необходимость повторных выездов на объект, позволяет облегчить распознавание объектов в камеральных условиях и создавать цифровые модели рельефа и местности с высокой детальностью;

Пример данных, получаемых с системы мобильного лазерного сканирования. Отчетливо видна дорожная разметка, дренажная решётка, верх и низ бордюра

Пример данных, получаемых с системы мобильного лазерного сканирования. Отчетливо видна дорожная разметка, дренажная решётка, верх и низ бордюра

  • дальность измерений составляет до 400 м (до 1000 м при замене лазерного профилографа), позволяя измерять бесконтактным способом такие ранее недоступные объекты, как небоскребы или борта карьеров;

Дальность измерений может достигать 420 м

Дальность измерений – до 400 м

  • панорамные изображения высокой четкости являются дополнительной информацией, которая позволяет автоматически раскрашивать облака точек в реальные цвета, дополнять атрибутивной информацией ваш проект, помогать в анализе данных камеральному отделу, а также производить фотограмметрические измерения;

Панорамное изображение с фотокамеры

Облако точек, наложенное на панорамное изображение с фотокамеры

Панорамное изображение с фотокамеры и наложенное на него облако точек

  • современные системы являются независимыми от транспортного средства, позволяя легко менять транспортное средство при его поломке или аварии, или устанавливать его на другой тип, например, вместо машины использовать катер или ж/д транспорт. Установка системы занимает порядка 10-15 минут, сокращая простой оборудования и убирая необходимость в приобретении дополнительного оборудования;
  • дополнительные порты позволяют подключать дополнительные источники информации, такие как георадары, тепловизионные камеры, эхолоты, открывая новые возможности применения системы.

Результаты, которые вы можете получать с помощью мобильного картографирования

  • распознанные высокоточные (на уровне первых сантиметров) плотные облака точек;
  • трехмерные модели объектов;
  • поперечники, профили и разрезы;
  • развертки фасадов зданий и фасадные планы.

Система может эффективно применяться для получения пространственной информации при решении следующих задач:

  • проведении инженерных изыскания под строительство и реконструкцию дорог;
  • создание паспорта автодороги, включая ведомости дорожных объектов;
  • определение параметров геометрических элементов дороги (длина участка, ширина дорожного покрытия, площадь дорожного покрытия, поперечная ровность и т.д.);
  • получение актуальной информации о состоянии дорожного полотна с выявлением повреждений, дефектов и выделением площадей для локального текущего ремонта, а также получением оценки колейности дорожного полотна;
  • построение 3-мерной модели дорожной сети для создания цифровых копий транспортной инфраструктуры;
  • съёмка развязок, мостов, эстакад для мониторинга, определения состояния инженерного оборудования и создания их трёхмерных моделей;
  • определение объёмов выработки при добыче полезных ископаемых, мониторинг просадки грунта и других изменений на открытых карьерах;
  • мониторинг склонов в местах, где возможны процессы схода горных пород;
  • проектирование новых и модернизация существующих трубопроводов, мониторинг зарастания просек, кадастровый учет и определение охранных зон;
  • съёмка с маломерных водных судов плотин, ГЭС, гидроузлов, шлюзов, причальных стенок с одновременным получением данных о глубине, определение территорий под затопление при проектировании объектов гидроэнергетики;
  • съёмка подстанций и распределительных узлов ЛЭП;
  • съёмка ЛЭП для уточнения зоны залесенности в зонах, закрытых для полетов, или в ситуациях, когда полеты невозможны; обнаружение и анализ негабаритов ВЛ, определение центров опор, их отклонения от вертикальной оси, обнаружение повреждений элементов опор;
  • съёмка железнодорожных путей для создания цифровых моделей пути (ЦМП), определения фактических значений геометрических параметров железнодорожной инфраструктуры, мониторинг состояния путей, проектирования и реконструкции дорожных объектов;
  • съёмка тоннелей для целей мониторинга и оценки технического состояния, в том числе с возможность получения тепловизионных изображений.

 

Решения для мобильного картографирования: PrinCe Alpha 3D, Trimble MX9.

 

*Применение информации об интенсивности отраженного сигнала позволяет выделять (в том числе автоматически) области с одинаковыми характеристиками в облаках точек.

** Применение системы мобильного картографирования на судах вместе с эхолотом позволяет получать информацию как о строении дна, так и об окружающем пространстве над поверхностью воды, например, при съёмки ГЭС можно получать информацию о состоянии как плотины, так и рельефа дна одновременно.

*** Применение дальнобойных сканеров обосновано при съёмке высотных зданий

****Датчик пройденного пути позволяет улучшать точность получения траектории в сложных условиях приёма спутникового сигнала

*****SLAM - Simultaneous Localization And Mapping - технология одновременного картографирования и сшивки облаков точек

Автор статьи

Брагин Александр

Главный "технолог" компании. Твердой рукой задает вектор развития технологических решений, а зорким глазом следит за технической поддержкой, которую оказывает ПРИН. В свободное от работы время обучает студентов уму-разуму

Последние статьи автора:

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ



Все СТАТЬИ