АКТУАЛЬНОСТЬ ЛИДАРНОЙ СЪЕМКИ НА ДАННОМ ЭТАПЕ РАЗВИТИЯ ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ

RELEVANCE LIDAR SHOT AT THIS STAGE OF DEVELOPMENT OF LASER SCANNING

Julia Rudenko

student Perm National Research Polytechnic University,

Russia, Perm

Evgeniy Bogdanets

researchr, Senior Lecturer of MDGandGis, Perm National Research Polytechnic University,

Russia, Perm

АННОТАЦИЯ

Лазерное сканирование мало популярно на территории России. Рассмотрены возможные проблемы малой популярности лидарной съемки в России. Показаны возможности использования наземного, воздушного и мобильного лазерного сканирования. Произведено сравнение лазерного сканирования и других видов геодезических съемок. Сделан вывод о актуальности лидарной съемки.

ABSTRACT

Laser scanning is popular enough in Russia. The possible problem of low popularity of the lidar survey in Russia. The possibilities of use of land, air and mobile laser scanning. Comparison of laser scanning and other geodetic surveys. It is concluded that the relevance of the lidar survey.

Ключевые слова: лазерное сканирование, лидарная съемка.

Keywords: laser scanning, lidar survey.

Общие сведения

Несмотря на то, что первые наземные сканеры появились еще в конце прошлого века, пока технология лазерного сканирования не так широко используется в России. В чем же причина отсутствия популярности столь удобного способа? В качестве решающих причин можно назвать пока еще высокую стоимость лазерных систем, а так же недостаток информации о возможностях и эффективности их использования.

Лазерное сканирование – технология, позволяющая создать цифровую трехмерную модель объекта, представив его набором точек с пространственными координатами. Технология основана на использовании новых геодезических приборов – лазерных сканеров, измеряющих координаты точек поверхности объекта с высокой скоростью порядка нескольких десятков тысяч точек в секунду. Полученный набор точек называется «облаком точек». В процессе съемки для каждой из них записываются три координаты (XYZ) и численный показатель интенсивности отраженного сигнала. Он определяется свойствами поверхности, на которую падает лазерный луч. Облако точек раскрашивается в зависимости от степени интенсивности и после сканирования выглядит как трехмерное цифровое фото. Большинство современных моделей лазерных сканеров имеют встроенную видео- или фотокамеру, благодаря чему облако точек может быть также окрашено в реальные цвета. [2].

Область применения лазерных сканеров

Основные сферы применения лазерного сканирования:

 строительноство;

нефтегазовая отрасль;

горная промышленность;

автодорожная и железнодорожная области;

археология и памятники архитектуры;

документирование чрезвычайных ситуаций.

Лазерное сканирование (или лидарная съемка) подразделяется на воздушное, наземное и мобильное [4].

Наземное лазерное сканирование (НЛС)

Съёмка выполняется с наземных объектов или с грунта в дискретном режиме (с перестановкой прибора). Метод можно применять в закрытых помещениях и средах (тоннели, пещеры). НЛС идеально подходит для сложных сооружений и внутренних съемок.

Рисунок 1. Наземное лазерное сканирование

Технология НЛС используется для получения очень детальных 3D-моделей объектов, фасадных планов, топографических планов местности масштаба 1:500. Наземный лазерный сканер позволяет отснять объекты размером до 0,5–2 см с точностью до 0,5–5 мм. Наземное лазерное сканирование может вестись в любое время суток. Производительность – от 1000–4000 кв. м при съемке фасадов в масштабе 1:50 до 4–20 га при съемке топографических планов масштаба 1:500.

Недостатком метода можно считать низкую производительность, относительно других видов лидарной съемки.

Мобильное лазерное сканирование (МЛС)

Рисунок 2. Принцип мобильного лазерного сканирования

Съемка выполняется с наземного или водного носителя в непрерывном режиме. Метод допускает ограниченное кратковременное пребывание в закрытых средах (проезд под мостами, короткие тоннели). МЛС идеально подходит для городских территорий.

Технология применяется для массированного картографирования и 3D-моделирования линейных инфраструктурных объектов (автомобильные и железные дороги, ЛЭП, улицы городов), площадных объектов сложной структуры и высокой детальности (населенные пункты, развязки и эстакады в несколько уровней, скальные берега, нижние бьефы плотин (с плавсредств) и тому подобное. Точность – 5–8 см, детальность отрисовки – 1–5 см, производительность – до 500 погонных км съемок в день (ширина полосы съемки – 50–250 м).

Недостатком является, то, что не доступны для съемки крыши объектов, объекты рядом с носителем (заборы, кусты) могут быть препятствием.

Воздушное лазерное сканирование (ВЛС)

Съемка ведется в непрерывном режиме, особенно эффективна для малообжитых территорий.

Рисунок 3. Комплект оборудования для производства воздушного лазерного сканирования

ВЛС применяется для высокоточного картографирования линейных и площадных объектов в масштабах 1:500–1:5000 с воздушных носителей (самолет, вертолет, автожир). Точность – 5–8 см, детальность отрисовки – 20–50 см, производительность – до 800 погонных км съемок в день (ширина полосы съемки до 1000–1500 м). Обычно сопровождается одновременной цифровой аэрофотосъемкой с разрешением 5–15 см в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. В основном применяется при инженерных изысканиях на инфраструктурных объектах, в городском хозяйстве, для оценки объемов перемещенного грунта (карьеры, полки, полигоны ТБО), мониторинга объектов любого характера.

В данном случае, к недостаткам можно отнести низкую подробность при съемке вертикальных плоскостей (например, стен).

Таблица 1.

Основные технические характеристики наземных лазерных сканеров

Темпы развития технологии лазерного сканирования

С развитием лазерного сканирования увеличивалась и скорость съемки точек. Так первый лазерный сканер CYRAX 2400, созданный в 1998 году снимал всего лишь 100 точек/сек, весил 40 кг и имел внушительные размеры. Но уже через 3 года новый сканер CYRAX 2500 (впоследствии переименованный в HDS2500) уменьшился в весе и размерах на 40 % и снимал уже 1000 точек/сек. К 2007 году скорость съемки увеличилась уже до 50000 точек/сек. К сегодняшнему 2016 году лазерные сканеры способны снимать 1000000 точек/сек [1].

Рисунок 4. График изменения скорости измерения с 1998 до 2007 г.

Рисунок 5. График изменения скорости измерения с 1998 до 2015 г.

Разные компании развивались в различных направлениях, кто-то увеличивал точность сканирования, кто-то дальность, а кто-то занимался скоростью измерения. Одно становится ясно, что с годами, развивались и технологии лазерного сканирования, причем за последние несколько лет развитие шло в разы быстрее, а вместе с тем и снижалась стоимость на данный вид услуг. Со временем стали доступны даже портативные лазерные сканеры, что позволяет использовать данную технологию более мобильно.

Рисунок 6. Портативный лазерный сканер Trimble DPI-8

Сравнение лазерного сканирования с другими видами съемок

На данный момент в сборниках базовых цен на выполнение инженерно-геодезических работ (СБЦ) расценок на лазерное сканирование нет, следовательно, цена на работы будет договорная, либо на основании «СБЦ-2004 Часть II Глава 4. Специальные съемки п. 3 таб. 19.» То есть цена на данные виды работ может варьироваться в довольно широком диапазоне по усмотрению исполнителя [6].

Но возьмем за основу расценки российских компаний, опубликованных в открытом доступе, выполняющих данный вид работ. К примеру, цена за лазерное сканирование фасадной съемки от 15 руб./м², а промышленного объекта от 30 руб./м². Мобильное сканирование стоит от 5000 руб./км [3; 5]. По их утверждениям, при съемке, выполненной лазерным сканером, общее снижение себестоимости работ составило более 35 %, в сравнении с методом использования тахеометра. Значит, себестоимость работ не является определяющим фактором, влияющим на непопулярность лазерного сканирования в России.

Средняя себестоимость космосъемки на сегодняшний день составляет около 1200 р. за 1 кв. км, а себестоимость воздушного лазерного сканирования с геопривязкой и сравниванием – около 3500–8000 р. за 1 кв. км (в зависимости от региона). Нетрудно видеть, что воздушное сканирование дороже, но получаемая при этом детальность данных в 4–6 раз выше, чем по космическим данным. Отметим, что с конца 2014 г. доступны заказы на космическую съемку с разрешением около 30 см (со спутника WorldView-3) по цене около 3500 р. за 1 кв. км, что, вероятно, составит конкуренцию данным аэрофотосъемки с разрешением 0,25–0,30 м как по информационной ценности, так и по цене.

Возможно, влияние цены на оборудование на непопулярность этого вида работ в России. Если цены на электронные тахеометры могут начинаться от 200 тыс. руб., то начальные цены на лазерные сканеры в разы больше. Такое оборудование может себе позволить не каждая геодезическая компания.

Кроме того, необходимо учитывать рациональность использования лазерного сканирования. Скорость лазерного сканирования сопоставима с тахеометрической съемкой. Время обработки лазерного сканирования равно времени обработки тахеометрических ходов, сшивки облаков и последующего создания 3D модели, в то время, когда построение плана при тахеометрической съемке может быть более быстрым. Точность съемки лазерным сканером зависит от точности сканера и последующей погрешности сшивки облаков.

Выводы

Таким образом, лазерное сканирование активно развивается последнее время. Многие компании активно развивают технологии лазерного сканирования, что удешевляет и упрощает работу с ними. Применение данного вида технологии входит в все большие структуры работ, начиная со съемок архитектурных или промышленных объектов и, заканчивая съемкой небольших объектов (мест ДТП, деталей машиностроения). Стоит отметить, что данные полученные путем лазерного сканирования, зачастую обладают избыточной детальностью, по сравнению с классической геодезической съемкой. Но в тоже время современные технологии строительства и реставрации требуют высокой точности и детализации, что в свою очередь, благоприятно сказывается на развитие технологии именно в этих отраслях. Также очевидно, что при дальнейшем развитие технологии лазерного сканирования, в ближайшие годы лазерные сканеры станут более доступны. В таком случае лидарная съемка будет активно использоваться в геодезических работах и горном деле.

Список литературы:

1. Leica Store Moscow. 3D лазерные сканеры (HDS). – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.leica-geosystems.ru/ru/3D-HDS_23357.htm (Дата обращения 12.04.2016).
2. Википедия. Лазерное сканирование. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki (Дата обращения 05.05.2016).
3. Геокосмос. Лазерное сканирвоание. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.geokosmos.ru/about/technologies/laser/ (Дата обращения 26.04.2016).
4. Навгеоком. Наземное лазерное сканирование. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.navgeocom.ru (Дата обращения 05.05.2016).
5. Совзонд. Лазерное сканирование. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://sovzond.ru/services/laser-scanning / (Дата обращения 06.05.2016).
6. Форум DWG. Лазерное сканирование. – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://forum.dwg.ru/ (Дата обращения 11.05.2016).