Лазерное сканирование и создание трехмерных моделей пространственных объектов
Технология лазерного 3D сканирования
Общие сведения о технологии
Лазерное 3D сканирование (3D сканирование) – это современная технология сбора пространственных данных. В результате сканирования формируется трехмерная модель объекта – «облако точек», состоящее из набора вершин, положение каждой из которых в пространстве определяется значениями координат X, Y та Z.
3D сканирование может осуществляться двумя способами – стационарным (сканируются отдельные здания и сооружения, внутренние помещения) и мобильным (сканируются большие территории, линейные объекты).
Преимущества технологии
- Уменьшение (в 2 и более раз) трудозатрат на выполнение комплекса топографо-геодезических и картографических работ;
- Высокая скорость (до 1 млн. точек/сек) и мобильность (лазерный сканер может устанавливаться на различные транспортные средства – автомобиль, железнодорожную платформу, лодку, беспилотный летальный аппарат, скорость движения комплекса от 40 км/ч и выше);
- Высокая точность (до 15 мм) и детальность (от 1 точки/см2);
- Возможность проведения работ круглосуточно (до 24 часов в сутки) и большую часть года;
- Минимизация «человеческого фактора» с возможностью съемки труднодоступных и небезопасных объектов на безопасном расстоянии (до 300 м) без непосредственного контакта с ними;
- Формирование двумерных данных и 3D-моделей объектов, совместимых с современными ГИС и системами CAD-проектирования.
Выгоды от использования
- Экономия средств городского бюджета (удешевление комплекса топографо-геодезических и картографических работ; уменьшение расходов, связанных с ликвидацией последствий использования «некачественных» пространственных данных; заблаговременное проведение ремонтных работ);
- Увеличение поступлений в городской бюджет (инвентаризация «неучтенных» торговых павильонов, киосков, наружной рекламы);
- Мониторинг состояния объектов (зданий, мостов, дорожного полотна, трамвайных колей, опор уличного освещения), а также качества выполненных подрядчиками работ (например, ремонта дорог);
- Упрощение проектирования объектов и моделирования процессов;
- Возможность интеграции на единой и качественной картографической основе пространственных данных по городу (например, в составе градостроительного кадастра, системы SmartCity);
- Обеспечение принятия своевременных управленческих решений качественной пространственной информацией и ее предоставление заинтересованным лицам на платной основе.
Использование 3D сканирования в геодезии и картографии
Проведение геодезической съемки. Технология 3D сканирования позволяет одновременно проводить горизонтальную и высотную съемку местности. В результате работы лазерного сканера формируется «облако точек», на основе которого строятся ортофотопланы. «Облако точек» и ортофотопланы могут быть представлены в различных системах координат.
Составление (обновление) картографических материалов. Полученные в результате 3D сканирования «облако точек», ортофотопланы и привязанные в пространстве фотоизображения, позволяют в камеральных условиях составить высокоточные топографические планы и повысить качество уже имеющихся картографических материалов путем их обновления.
Материалы 3D сканирования и полученные на их основе топографические планы могут стать для населенного пункта единой высокоточной и актуальной картографической основой для решения большого количества практических задач, таких как, ведение градостроительного кадастра, разработка генерального плана и схем территориального планирования, инвентаризация земель, прокладка и ремонт инженерных сетей.
3D-картография и 3D-моделирование. Результаты 3D сканирования могут стать основой для построения картографических материалов в формате 3D, который предоставляет новые возможности моделирования, пространственного анализа и визуального отображения объектов.
Интеграция данных 3D сканирования с имеющимися данными средствами ГИС. Материалы 3D сканирования могут быть легко интегрированы с уже имеющимися массивами пространственной информации средствами ГИС. Это позволяет организовать процесс обновления и уточнения уже имеющихся данных при минимальном объеме полевых работ. Синергетический эффект пространственного ГИС-анализа позволяет получать качественно новую информацию об объектах.
Примеры реализации:
г. Киев – картирование и моделирование городской среды для системы SmartCity;
Бориспольский район Киевской области – обновление планово-картографических материалов с. Воронкив, с. Городище и с. Глубокое.
Использование 3D сканирования в архитектуре и градостроительном кадастре
Мониторинг объектов. Результаты 3D сканирования позволяют проводить наблюдения (мониторинг) и определять фактический размер деформации зданий и сооружений, отклонения опор уличного освещения и опор ЛЭП, провисания проводов. По результатам 3D сканиро-вания можно проводить учет торговых павильонов, киосков, элементов наружной рекламы с определением фактически занимаемой ими площади.
Инвентаризация и паспортизация объектов. Результаты 3D сканирования позволяют «на лету» производить обмеры (определять длину, ширину, высоту, расстояние, объем) объектов и их элементов (снаружи и внутри), в том числе в труднодоступных и опасных местах. По результатам 3D сканирования можно составлять (восстанавливать) графические документы (чертежи фасадов и инженерных сетей, разрезы, поэтажные планы), а также создавать наружные и внутренние 3D модели объектов, которые включают все элементы экстерьера и интерьера. При инвентаризации и паспортизации объектов культурного наследия полезной будет возможность создания спроецированных на поверхность цветных панорамных фотоизображений (например, росписи внутри храма).
Проектирование строительства и реконструкции объектов. Полученные в результате 3D сканирования модели объектов позволяют планировать застройку территории, расположение элементов в реконструируемом помещении, рассчитывать объемы земляных работ, определять размеры сложных объектов (станций метро, резервуаров, мостов), прогнозировать развитие неблагоприятных процессов (например, затопление территории).
Примеры реализации:
г. Киев – сканирование и 3D моделирование 1850 км уличной сети с инвентаризацией и определением фактических размеров временных сооружений (торговых павильонов, киосков);
г. Киев – исполнительная съемка интерьера Свято-Покровского храма Свято-Покровского Голосеевского мужского монастыря.
Использование 3D сканирования в проектировании, строительстве и эксплуатации автодорог
Проектирование и реконструкция автодорог. Полученные в результате 3D сканирования модели объектов позволяют планировать расположение автодорог и дорожных сооружений, проектировать зоны видимости, рассчитывать объемы работ, строить с заданным шагом поперечные и продольные профили.
Мониторинг состояния автодорог. Возможности 3D сканирования позволяют проводить мониторинг состояния дорожного полотна; выявлять горизонтальные и вертикальные деформации дорожного полотна и дорожных сооружений (мостов, эстакад, туннелей); измерять с высокой точностью длину, ширину, глубину участков автодороги, требующих ремонта; рассчитывать объем ремонтных работ; контролировать качество выполненных работ.
Паспортизация автодорог. Использование 3D сканирования позволяет ускорить построение графических и фотографических материалов паспорта автодороги. Полученные в результате 3D сканирования модели автодороги и дорожных сооружений позволяют перейти к ведению паспорта дороги на новом качественном уровне, отвечающему современным мировым требованиям.
Инвентаризация и учет объектов дорожной инфраструктуры. Данные 3D сканирования позволяют ускорить проведение инвентаризации объектов дорожной инфраструктуры (дорожных знаков, светофоров). Материалы паспортизации и инвентаризации дорог, полученные по результатам 3D сканирования, могут стать информационной основой систем управления средствами регулирования и организации дорожного движения.
Примеры реализации:
г. Харьков – построение графических материалов для технического паспорта Московского проспекта;
Херсонская область – геодезическая съемка участка автодороги Одеса – Мелитополь – Новоазовск для проекта реконструкции участки автодороги;
Кировоградская область – определение местоположения автодорог общего пользования государственного значения и объектов придорожного сервиса;
г. Киев – создание городской базы дислокации технических средств регулирования дорожного движения.