Зв’язок з важливими науковими та практичними задачами
Розвиток технології тривимірного моделювання сьогодні приділяється значна увага. Ми спостерігаємо дуже швидкий розвиток приладів збирання 3D-даних (лазерні сканери наземного та повітряного базування), програмного забезпечення обробки цих даних, побудови тривимірних та чотиривимірних моделей об’єктів, зокрема 3D- та 4D-геоінформаційних систем (ГІС). Технології 3D-сканування тісно інтегруються з цифровою фотограмметрією, а в багатьох задачах є її складовою. Розробкою наукових підходів до найефективнішого використання цих технологій сьогодні займаються фахівці з геопросторової інформації всього світу. Це є дуже важливим науковим завданням.
Сфера застосування наземного лазерного 3D-сканування
1. Шляхи сполучення і продуктопроводи
Топографічне знімання ділянок місцевості з формуванням топографічних планів (3D-планів) для проектування (планування) будівництва, реконструкції і ремонту автомобільних доріг, залізничних колій (вузлів і майнових комплексів), продуктопроводів (надземних і підземних).
Геодезичні вишукування (супровід) на будівництві (реконструкції, ремонті) основи (насипів) запроектованих трас, розбивка мостових переходів через штучні і натуральні перешкоди, естокад, розв’язок тощо.
Розбивка кривих при формуванні поворотів, спусків і підйомів, проміри шарів дорожньої основи (подушки) по мірі її формування, геодезичний супровід (проміри і контроль) укладки шарів твердого покриття (шарів насипу і полотна колії).
Побудова повздовжніх і поперечних профілів вздовж запроектованих трас.
2. Цивільне і промислове будівництво
Топографічне знімання будівельного майданчика з формуванням топографічного плану (3D-плану) для проектування (планування), будівництва, реконструкції і ремонту споруд.
Розгортання розмічувальної геодезичної мережі на будівельному майданчику.
Обчислення об’ємів виїмки (підсипки) ґрунту (сипучих матеріалів) для виконання нульового циклу будівництва.
Винос і закріплення відміток горизонтальних елементів споруди, винос і закріплення вертикалів вертикальних елементів споруди.
Періодичний геодезичний моніторинг елементів споруди і споруди в цілому.
3. Гірнича справа
Топографічне знімання ділянок місцевості з формуванням топографічних планів (3D-планів) для проектування (планування) будівництва кар'єрів, тунелів і шахт.
Обчислення об’ємів виїмки ґрунту (непродуктивний шарів породи) для відкриття шару корисних копалин;
Контрольні вимірювання (обчислення об'ємів) відпрацьованих горизонтів кар’єру, шахти і териконів;
Періодичний моніторинг стінок кар’єру, стволів і забоїв шахт та відвалів териконів.
4. Гідротехнічні споруди
Топографічне знімання ділянок місцевості з формуванням топографічних планів (3D-планів) для проектування (планування) будівництва гребель гідроелектростанцій, дамб водосховищ, підпірних стінок берегів річок тощо.
Обчислення об’ємів насипів ґрунту для покриття горизонту запроектованої греблі (дамби, підпірної стінки тощо). Обчислення об’ємів бетону (залізобетону) для формування тіла греблі (дамби, підпірної стінки тощо).
Періодичний моніторинг тіла греблі, дамби, підпірної стінки тощо.
5. Топографо-геодезичні і картографічні роботи для створення і оновлення топографічних планів і карт.
6. Інженерно-геодезичні вишукування для відновлення втрачених планів і креслень історичних пам'яток, промислових комплексів для їх реставрації чи реконструкції.
Цілі досліджень
Ціллю досліджень є аналіз основних проблем щодо використання технології лазерного сканування під час вирішення завдань збереження культурної спадщини України. Цей аналіз ґрунтується на досвіді, що отриманий фахівцями ТзОВ НВФ “Дока” під час виконання робіт з побудови тривимірних моделей об’єктів
Середньовічний замок, м. Жовква
Львівської області
Середньовічна дерев'яна церква
с.Стеборівка, Львівської обл. (1702 р.)
ScanStation2 – у власності в ТзОВ НВФ “Дока”
Кут обзору 360° x 270°
Швидкість сканування до 50 000 точок/сек.
Точність одиничного вимірювання
Місцеположення 6 мм
Відстані 4 мм
Кутова точність 60 мікрорадиан
Точність моделювання
поверхонь 2 мм
Точність вимірювання візирних
марок 1.0 мм
Діапазон сканування 1 – 300 м
Двоосьовий компенсатор
для полігоно-метричного ходу та оберненої
засічки
Температурний діапазон: 0°С +40°С
Новітній наземний сканер LeicaScanStation Р20
Інтегрований двохчастотний GNSS-приймач
Кут обзору 360° x 310°
Швидкість сканування до 1000 000 точок/сек.
Точність одиничного вимірювання
Місцеположення 4 мм
Відстані 2 мм
Кутова точність 60 мікрорадиан
Точність моделювання
поверхонь 2 мм
Точність вимірювання візирних
марок 1.0 мм
Діапазон сканування 1 – 120 м
Двоосьовий компенсатор для полігоно-метричного ходу та оберненої засічки
Результати досліджень
Згідно з вимогами замовника, основними результатами робіт мали бути створення просторової моделі церкви для визначення деформаційних характеристик конструкцій, генерування обмірних креслень, побудова просторової основи проведення реставрації окремих елементів церкви.
Обробка результатів
Панорамне фотографування об'єкту сканування (360° x 310°) вмонтованою цифровою фотокамерою з роздільною здатністю 5-15 Мpx.
Вибір сектору сканування (задається оператором ).
Вибір щільності сканування (задається оператором ).
Сканування об'єкту з першої станції сканування в заданому оператором секторі і з встановленою ним щільністю. Отримання хмарини координованих точок.
Сканування об'єкту з другої і наступних станцій сканування в заданому оператором секторі і з встановленою ним щільністю. Отримання хмарин координованих точок.
“Зшивання” окремих “хмарин” координованих точок в єдину “хмарину” координованих точок.
Очищення єдиної “хмарини” координованих точок від надлишкової інформації – “шумів”.
Моделювання елементів об'єкту сканування в реальних розмірах і формах із застосуванням шаблонів бібліотеки примітивів Cyclone.
Експорт моделей об'єкту сканування (обмірних креслень, топографічних планів, 3D-моделей поверхонь вузлів, агрегатів, будівель тощо) у форматах AUTOCAD (dxf, dwg, txt) та власному форматі COE (Clodworx Object Exchange ).
Переваги наземного лазерного 3D-сканування над традиційними методами топографо-геодезичних робіт
та інженерно-геодезичних вишукувань
Матеріали наземного лазерного 3D-сканування всеосяжні (координуються всі точки (елементи) об'єкту, що увійшли в сектор сканування) на відміну від матеріалів традиційних методів топографо-геодезичних робіт та інженерно-геодезичних вишукувань, в яких вимірюються лише замовлені точки (елементи).
В матеріалах традиційних топографо-геодезичних робіт та інженерно-геодезичних вишукувань щільність суміжних точок (елементів) вимірювань складає одиниці чи десятки метрів. В матеріалах наземного лазерного 3D-сканування щільність суміжних координованих точок складає одиниці міліметрів або одиниці сантиметрів.
До матеріалів наземного лазерного 3D-сканування можна завжди повернутися і опрацювати раніше не затребувані фрагменти.
При тисячократних перевагах інформативності матеріалів наземного лазерного 3D-сканування перед матеріалами традиційних топографо-геодезичних робіт та інженерно-геодезичних вишукувань, вартість робіт зростає лише в 2-3 рази.
Точность и достоверность материалов наземного лазерного 3D-сканирования удовлетворяет все требования действующих нормативных документов по топографо-геодезических и картографических работ и инженерно-геодезических изысканий в будивництви.Звьязок с важными научными и практическими задачами
Развитие технологии трехмерного моделирования сегодня уделяется значительное внимание. Мы наблюдаем очень быстрое развитие приборов сбора 3D-данных (лазерные сканеры наземного и воздушного базирования), программного обеспечения обработки ЭТИХ данных, построения трехмерных и четырехмерных моделей объектов, в частности 3D- и 4D-геоинформационных систем (ГИС). Технологии 3D-сканирования тесно интегрируются с цифровой фотограмметрию, а во многих задачах является ее составляющей. Разработкой научных подходов к эффективному использованию ЭТИХ технологий сегодня занимаются специалисты по геопространственной информации всего мира. Это очень важным научным задачей.
Сфера применения наземного лазерного 3D-сканирования
1. Пути сообщения и продуктопроводы
Топографическая съемка участков местности с формированием топографических планов (3D-планов) для проектирования (планирования) строительства, реконструкции и ремонта автомобильных дорог, железнодорожных путей (узлов и имущественных комплексов), продуктопроводов (надземных и подземных).
Геодезическая съемка (сопровождение) на строительстве (реконструкции, ремонте) основы (насыпей) запроектированных трасс, разбивка мостовых переходов через искусственные и натуральные препятствия, эстокады, решение и тому подобное.
Разбивка кривых при формировании поворотов, спусков и подъемов, промеры слоев дорожного основания (подушки) по мере ее формирования, геодезическое сопровождение (промеры и контроль) укладки слоев твердого покрытия (слоев насыпи и полотна пути).
Построение продольных и поперечных профилей вдоль проектируемых трасс.
2. Гражданское и промышленное строительство
Топографическая съемка строительной площадки с формированием топографического плана (3D-плана) для проектирования (планирования), строительства, реконструкции и ремонта сооружений.
Развертывание разметочной геодезической сети на строительной площадке.
Вычисление объемов выемки (подсыпки) почвы (материалов) для выполнения нулевого цикла строительства.
Вынос и закрепление отметок горизонтальных элементов сооружения, вынос и закрепление вертикали вертикальных элементов сооружения.
Периодический геодезический мониторинг элементов сооружения и сооружения в целом.
3. Горное дело
Топографическая съемка участков местности с формированием топографических планов (3D-планов) для проектирования (планирования) строительства карьеров, тоннелей и шахт.
Вычисление объемов выемки грунта (непродуктивный слоев породы) для открытия слоя полезных ископаемых;
Контрольные измерения (вычисления объемов) отработанных горизонтов карьера, шахты и терриконов;
Периодический мониторинг стенок карьеру, стволов и забоев шахт и отвалов терриконов.
4. Гидротехнические сооружения
Топографическая съемка участков местности с формированием топографических планов (3D-планов) для проектирования (планирования) строительства плотин гидроэлектростанций, дамб водохранилищ, подпорных стенок берегов рек и тому подобное.
Вычисление объемов насыпей грунта для покрытия горизонта запроектированной плотины (дамбы, подпорные стенки и т.д.). Вычисление объемов бетона (железобетона) для формирования тела плотины (дамбы, подпорные стенки и т.д.).
Периодический мониторинг тела плотины, дамбы, подпорные стенки и т.
5. Топографо-геодезические и картографические работы для создания и обновления топографических планов и карт.
6. Инженерно-геодезические изыскания для восстановления утраченных планов и чертежей исторических памятников, промышленных комплексов для их реставрации или реконструкции.
цели исследований
Целью исследований является анализ основных проблем по использованию технологии лазерного сканирования при решении задач сохранения культурного наследия Украины. Этот анализ Основывается на опыте, что полученный специалистами ООО НПФ "Дока" во время выполнения работ по построению трехмерных моделей объектов
Средневековый замок., Г. Жовква
Львовской области
Средневековая деревянная церковь
с.Стеборивка, Львовской обл. (1702)
ScanStation2 - в собственности в ООО НПФ "Дока"
Угол обзора 360 ° x 270 °
Скорость сканирования до 50 000 точек / с.
Точность единичного измерения
Местоположение 6 мм
расстояние 4 мм
Угловая точность 60 микрорадиан
Точность моделирования
поверхностей 2 мм
Точность измерения визирных
марок 1.0 мм
Диапазон сканирования 1 - 300 м
Двоосьовий компенсатор
для полигона-метрической походка и обратной
засечки
Температурный диапазон: 0 ° С + 40 ° С
Новейший наземный сканер LeicaScanStation Р20
Интегрированный двухчастотный GNSS-приемник
Угол обзора 360 ° x 310 °
Скорость сканирования до 1000 000 точек / с.
Точность единичного измерения
Местоположение 4 мм
расстояние 2 мм
Угловая точность 60 микрорадиан
Точность моделирования
поверхностей 2 мм
Точность измерения визирных
марок 1.0 мм
Диапазон сканирования 1 - 120 м
Двоосьовий компенсатор для полигона-метрической походка и обратной засечки
результаты исследований
Согласно требованиям заказчика, основными результатами работ Должны быть создание пространственной модели церкви для определения деформационных характеристик конструкций, генерирование обмерных чертежей, построение пространственной основы проведения реставрации ОТДЕЛЬНЫХ элементов церкви.
обработка результатов
Панорамное фотографирование объекта сканирования (360 ° x 310 °) встроенной цифровой фотокамерой с разрешением 5-15 Мpx.
Выбор сектора сканирования (задается оператором).
Выбор плотности сканирования (задается оператором).
Сканирование объекта с первой станции сканирования в заданном оператором секторе и с установленной им плотностью. Получение облака координированных точек.
Сканирование объекта со второй и последующих станций сканирования в заданном оператором секторе и с установленной им плотностью. Получение облаков координированных точек.
"Сшиванием" ОТДЕЛЬНЫХ "облаков" координированных точек в единую "облако" координированных точек.
Очистка единой "облачка" координированных точек от избыточное информации - "шумов".
Моделирование элементов объекта сканирования в реальных размерах и формах с применением шаблонов библиотеки примитивов Cyclone.
Экспорт моделей объекта сканирования (обмерных чертежей, топографических планов, 3D-моделей поверхностей узлов, агрегатов, зданий и т.п.) в форматах AUTOCAD (dxf, dwg, txt) и собственном формате COE (Clodworx Object Exchange).
Преимущества наземного лазерного 3D-сканирования над традиционными методами топографо-геодезических работ
и инженерно-геодезических изысканий
Материалы наземного лазерного 3D-сканирования всеобъемлющие (координируются все точки (элементы) объекта вошли в сектор сканирования) в отличие от материалов традиционных методов топографо-геодезических работ и инженерно-геодезических изысканий, в которых измеряются только заказанные точки (элементы).
В материалах традиционных топографо-геодезических работ и инженерно-геодезических изысканий плотность смежных точек (элементов) измерений составляет единицы или десятки метров. В материалах наземного лазерного 3D-сканирования плотность смежных координированных точек составляет единицы миллиметров или единицы сантиметров.
К материалам наземного лазерного 3D-сканирования можно всегда вернуться и отработать ранее НЕ востребованы фрагменты.
При тысячекратных преимуществах информативности материалов наземного лазерного 3D-сканирования перед материалами традиционных топографо-геодезических работ и инженерно-геодезических изысканий, стоимость работ возрастает только в 2-3 раза.
Точность и достоверность материалов наземного лазерного 3D-сканирования удовлетворяет все требования действующих нормативных документов по топографо-геодезических и картографический работ и инженерно-геодезических изысканий в строительстве.