Применение лазерного сканирования при информационном моделировании зданий. Лазерное сканирование в архитектуре Лазерное сканирование зданий и сооружений статьи

Технология наземного лазерного сканирования появилась сравнительно недавно, чуть более десяти лет назад, и сразу произвела революцию в области инженерных изысканий. Сегодня наземное 3D сканирование широко применяется в гражданском и промышленном строительстве, для производства исполнительной съёмки, при реконструкции и реставрации зданий, для мониторинга деформаций инженерных сооружений. Археологи используют лазерное сканирование для создания точных и детальных планов раскопов и оцифровывания исторических памятников, дизайнеры — для создания цифровых дизайн-проектов интерьеров, горные инженеры и маркшейдеры — для измерения объёмов сыпучих тел при выработке карьеров и создания точных моделей шахт. Также наземное лазерное сканирование незаменимо при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций и во многих других отраслях народного хозяйства. Несколько лет назад в Великобритании одними из первых в мире лазерные сканеры стали применять полицейские для точной фиксации обстановки на местах преступлений.

В чём суть метода? Принцип работы лазерного сканера крайне прост: прибор измеряет расстояние от самого себя до сканируемого объекта, выпуская пучок лазерных лучей. Лучи отражаются от измеряемой поверхности и возвращаются обратно к сканеру. Затем так называемые импульсные сканеры вычисляют расстояние до объекта (до точки, от которой отразился лазер) по времени прохождения луча туда и обратно, а наиболее точные фазовые — по разности фаз (волн) испускаемых и отражённых лучей.

При скорости света триста тысяч километров в секунду максимальная скорость работы 3D сканера ограничена лишь мощностью процессора и производительностью встроенного программного обеспечения по вычислению этих величин. Современные наземные лазерные сканеры способны производить до миллиона измерений в секунду.

В сканере есть вращающаяся призма, которая распределяет световой пучок в вертикальной плоскости, с заранее заданным шагом (например, 0,1 градуса), и сервопривод для вращения прибора по горизонтали на тот же заданный угол. Таким образом, лучи покрывают заданный сектор сканирования в двух оставшихся плоскостях, сами являясь третьей — получается трёхмерный охват. Шаг луча и сервопривода определяют так называемую «плотность сканирования», которая может составлять до нескольких десятков точек (попаданий луча) на 1 квадратный сантиметр поверхности.

Сканер «знает» свои координаты, вертикальный и горизонтальный углы, под которыми он выпустил и принял каждый луч, автоматически вычисляет расстояние, пройденное этим лучом до точки отражения от объекта, и получает таким образом трёхмерные координаты этой точки. Координаты каждой такой точки сканер сохраняет в проект. Впоследствии они будут представлены (визуализированы) в виде «облака точек» — точной копии отсканированного объекта, «нарисованной» сотнями миллионов точек. На основе облака инженеры могут построить точную векторную 3D модель, сделать сечения и детальные планы отсканированного объекта, измерить объёмы резервуаров, сыпучих тел, площадь и геометрическую форму объектов любой сложности.

Наземное лазерное сканирование: как это работает?

Предлагаем вам просмотреть короткий видеоролик, снятый производителем лазерных сканеров, компанией Leica Geosystems, о том, что такое наземное лазерное сканирование. Он размещён ниже.

Для проигрывания видео нажмите на изображение

Мы представили вам вторую серию фильма о лазерном сканировании. Те из вас, кто хочет узнать об этой технологии больше, могут посмотреть первую часть фильма , посвящённую различным областям применения 3D лазерного сканирования, и третью часть фильма , рассказывающую о простых и сложных проектах.

Точность и детализация конечных данных зависят, прежде всего, от цели, с которой проводятся инженерные изыскания. Например, для задач строительства, реконструкции зданий, а особенно — при реставрации памятников архитектуры, как правило, необходима подробная съёмка, с максимальной плотностью сканирования, чтобы по этим данным определить точную геометрическую форму и размеры мельчайших элементов лепнины. А для задач градуировки резервуаров, при вычислении объёмов сыпучих тел или обмерах добывающих карьеров подробная цифровая модель нужна редко, здесь бывает достаточно облака точек средней плотности.

При этом важно понимать, что на точность наземного лазерного сканирования, как и на конечный результат инженерных изысканий, влияет множество факторов. Среди них - расстояние, с которого выполнялись измерения, количество и качество «точек стояния» прибора (позиций, откуда вели съёмку), погодные условия — видимость должна быть хорошей, поскольку в сильный дождь или снегопад вместо фасада здания будут отсканированы капли и снежинки. Поэтому главным фактором успеха инженерных изысканий методом наземного лазерного сканирования была и остаётся квалификация инженера, который будет работать с прибором «в поле», а затем выполнять для вас постобработку данных. В команде «Союзгипрозема» работают лучшие в стране специалисты в области наземного лазерного сканирования.

Современные задачи, возникающие при проектировании, строительстве, эксплуатации зданий и сооружений требуют представления данных в трёхмерном пространстве, с высокой точностью и полнотой описывающих взаимное расположение частей зданий, сооружений, ситуацию и рельеф. Использование традиционных методов и инструментов (тахеометров, ГНСС-систем) позволяет решать рядовые задачи. Однако всё чаще возникают запросы, требующие полноценного 3х мерного моделирования. К таким сферам относится сопровождение информационного моделирования зданий и сооружений - BIM, фасадные съёмки, цифровые чертежи цехов, заводов. С появлением и развитием технологии лазерного сканирования задача построения 3D цифровых моделей значительно упростилась.

Наземное лазерное сканирование

Лазерное сканирование на сегодняшний момент делится на наземное (НЛС), мобильное (МЛС или мобильное картографирование) и воздушное (ВЛС). Предметом настоящей статьи является наземное лазерное сканирование, которое считается самым быстрым и высокопроизводительным средством получения точной и наиболее полной информации о пространственном объекте сложной формы: зданиях, промышленных сооружениях и площадках, памятниках архитектуры, смонтированном технологическом оборудовании. Суть технологии сканирования заключается в определении пространственных координат объекта при помощи лазерного сканера. Процесс реализуется посредством измерения углов и расстояний до всех определяемых точек с помощью измерений лазерным лучом до отражающих поверхностей с нескольких точек сканирования с перестановкой прибора. Измерения производятся с очень высокой скоростью - наиболее современные приборы производят измерения со скоростью от одного миллиона точек в секунду.

Лазерный сканер Trimble TX8 позволяет выполнять измерения с миллиметровой точностью и скоростью до 1 млн точек в секунду

Управление работой лазерного сканера осуществляется с помощью ноутбука или планшета с набором программ, или с помощью сенсорной панели управления, встроенной в сканер. Полученные координаты точек из сканера создают так называемое облако точек.

Облако точек, полученное при лазерном сканировании здания

Сканер имеет определенную область обзора. Чаще всего они имеют встроенную цифровую фото-видеокамеру. С помощью камеры можно выделять необходимую область сканирования, либо проводить визуальный контроль качества и полноты собранных данных. Также фотокамера используется для раскрашивания облака точек в естественные цвета.

Работа по сканированию происходит с нескольких точек стояния (так называемых станций сканирования) для получения полной информации о форме объектов, потому что сложный объект зачастую не виден с одной точки наблюдения. На стадии полевых работ необходимо предусмотреть зоны взаимного перекрытия сканов. При этом перед началом сканирования в этих зонах часто размещают специальные мишени - цели. Для объединения сканов, выполненных с различных точек, используют процесс сшивки, который может происходить с использованием координат этих мишеней, либо с использованием машинного зрения непосредственно по облакам точек. Лазерное сканирование предоставляет возможность получить максимум информации о геометрической структуре объекта. Его результатом являются сшитые облака точек и 3D модели с высокой степенью детализации (пространственное разрешение - до нескольких миллиметров).

Трёхмерная модель здания

Наземное лазерное сканирование значительно отличается от других методов сбора пространственной информации. Среди отличий выделим несколько основных:

полная реализация принципа дистанционного зондирования, позволяющего собирать информацию об исследуемом объекте, находясь на расстоянии от него;
максимальная полнота и подробность получаемой информации;
высокая скорость получения информации - съемка на одной точке занимает от 2х до 10 минут (в зависимости от плотности), совокупная скорость полевых и офисных работ в несколько раз выше обычной;
стоимость съёмки и моделирования объектов ниже, чем при использовании классических технологий примерно в 3 раза.

Благодаря своей универсальности и высокой степени автоматизации процессов измерений лазерный сканер является инструментом оперативного решения самого широкого круга прикладных инженерных задач.

BIM - информационное моделирование зданий

Наиболее актуальной технологией, в которой применяется лазерное сканирование, является BIM - информационное моделирование зданий.

Технология информационного моделирования является самым передовым решением в строительной отрасли при возведении, эксплуатации и реконструкции зданий и сооружений, предполагающий комплексную обработку в трехмерном представлении всей архитектурно-проектной, конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании, когда здание и все, что имеет к нему отношение, рассматривается как единый объект. Внедрение данной технологии значительно повышает качество проектирования и упрощает работу на всех этапах жизненного цикла объекта.

Лазерное сканирование применяется в BIM при изысканиях на первых этапах проекта, контроле процесса строительства, оценке результата строительства и актуализации BIM модели по фактическим данным.

Рассмотрим подробнее этапы проверки и актуализации BIM-модели по данным наземного лазерного сканирования.

Первым этапом является непосредственно лазерное сканирование. При этом сканирование может выполняться с требуемой плотностью. После завершения сканирования данные необходимо передать в программу обработки данных лазерного сканирования, например, Trimble RealWorks , и выполнить сшивку отдельных сканов в единое облако точек. При правильной организации процесса сканирование сшивка данных выполняется в полностью автоматическом режиме. При необходимости выполняется привязка сшитого облака точек к системе координат объекта. Программное обеспечение Trimble Real Works позволяет отображать данные лазерного сканирования в трехмерном виде в различных заливках (белый цвет, градации серого, реальный цвет, окрас по интенсивности отраженного сигнала, заливка по высоте, заливка по цветовой классификации и т.д.) и при необходимости перемещаться по нему, выполняя измерения.

Результат лазерного сканирования с плотностью 3 см на 10 метров. Облако точек раскрашено по интенсивности отраженного сигнала

Вторым этапом является наложение полученного облака точек на цифровую модель здания для последующего визуального анализа и инспектирования отклонений данных съемки от проекта. Наложение, визуальный анализ и инспектирование можно выполнить как в программе Trimble RealWorks , так и в стороннем программном обеспечении, например Autocad Navisworks. Для этого необходимо выполнить экспорт облака точек в одном из стандартных форматов, например las или rcp.

Поддерживаемые форматы экспорта

Третьим этапом является оценка отклонений, отображение отклонений на различных сечениях, подготовка отчетов.

Графическая оценка ровности пола по данным лазерного сканирования

На окончательном этапе в используемой программе для BIM-проектирования при необходимости можно выполнить актуализацию исходной BIM-модели по фактическим данным.

Как и любая иная технология, лазерное сканирование является отличным решением, ровно настолько, насколько хорошо не только применяемое оборудование и программное обеспечение, но, что важнее, мастерство специалистов, использующих его. Поэтому при выборе решений обращайте внимание не только на технические характеристики оборудование, но и на опыт компании, которая его поставляет.

Компания ПРИН ведет свою историю с 1990 года и предлагает лазерные сканеры различного назначения - НЛС , МЛС , программные продукты для обработки данных лазерного сканирования, а также проводит обучение по работе с приобретаемым оборудованием и пуско-наладку поставляемого оборудования на вашем объекте.

25 /01
2019

TBC 5.0 Стоит ли переходить? 10 причин «За»!

В последнее время мы стали получать достаточно много обращений от пользователей, которые планируют перейти на последнюю версию Trimble Business Center 5.0, но перед этим хотели бы понять, действительно ли стоит обновляться до новой версии или лучше следовать поговорке «Старый конь борозды не портит» и остаться на привычной устаревшей версии.

Использование технологий лазерного сканирования в архитектуре стало уже повседневным делом. Ведь в большинстве случаев только используя лазерный 3D сканер, можно наиболее полно, точно, быстро и качественно выполнить следующие работы:

фасадная съемка;
архитектурные обмеры;
создание и восстановление исполнительной документации;
трехмерная фиксация состояния с выявлением дефектов и деформаций;
обратный инжиниринг (реинжиниринг) с построением трехмерных моделей существующих зданий и сооружений;
мониторинг состояния объекта на этапах последующей его эксплуатации;
осуществление авторского надзора при ведении проекта;
контроль строительных работ (объемы и процентовки).

Безусловно, появление трехмерных технологий не отменило использование привычных 2D чертежей. На выходе Заказчик по-прежнему получает стандартные двухмерные поэтажные планы, развертки фасадов, разрезы, сечения и прочие чертежи. Но теперь это выполняется быстрее и качественнее.

Обмерные работы

Обмеры - это точные измерения всех элементов архитектурного сооружения или комплекса с последующей фиксацией их размеров на чертеже. Обмеры служат одним из основных источников для реставрации или воссоздания произведений архитектуры и входят в состав комплексных инженерно-технических исследований.

Целью проведения обмеров является получение наиболее полной пространственной геометрической и графической фиксации исследуемого объекта и его частей в их современном состоянии. Под объектами понимаются отдельные здания или сооружения, архитектурные или инженерные комплексы, скульптурные композиции и так далее. Результаты обмерных работ используются в дальнейшем в качестве исходного материала для:

определения или уточнения фактических конструктивных решений на объекте;
определения пространственного положения объекта и его частей;
уточнения геометрических форм отдельных элементов объекта;
определения деформаций конструкций объекта;
архитектурного мониторинга состояния объекта;
проведения конструктивных расчетов объекта или его элементов;
подготовки исходных материалов для проведения проектно-реставрационных работ;
построения трехмерных моделей с последующей 3D визуализацией;
использования в ГИС и иных потребительских приложениях.

Требования к проведению обмерных работ, их составу (видам и объемам), детализации и точности определяются Техническим заданием, утвержденным Заказчиком, Программой работ и нормативной документацией.

Этапы работ и результаты

Обмерные работы выполняются в два этапа: полевой и камеральный.

Полевые работы производятся непосредственно на самом объекте. Выполняется инструментальный сбор геометрических характеристик объекта (измерения с использованием технологий 3D сканирования) и фотофиксация.

Камеральные работы, как правило, производятся в офисе, с использованием специализированных компьютерных программ. Выполняются обработка полученных данных, составление графических материалов и отчетной документации.

На полевом этапе, кроме самих измерений, при сборе информации об объекте проводится фотофиксация – натурная, документально-протокольная, художественная или их комбинация. В последние годы становится особенно популярной 3D фиксация. Она также выполняется с помощью лазерного сканирования и представляет собой уже пространственный растр, сохраняющий точную геометрию. Это позволяет проектировщику получить абсолютно любые необходимые виды объекта. Более того, по такой растровой модели (облаку точек) можно выполнять любые измерения, находясь на своём рабочем месте, то есть без повторного выезда на объект.

На камеральном этапе на основе полученных измерений (обмеров полевого этапа) выполняются масштабные ортогональные чертежи основных проекций здания и его деталей. Так называемая графическая часть отчетной документации. В результате камеральной обработки данных лазерного сканирования создаются следующие материалы:

трехмерные построения;
чертежи отдельных конструкций;
чертежи деталей архитектурных элементов, шаблонов;
чертежи интерьеров;
чертежи планов;
чертежи разрезов;
чертежи фасадов.

3D моделирование

С появлением современных технологий наземного лазерного сканирования именно трехмерные построения (3D моделирование) становятся самым актуальным и востребованным видом работ. Ведь полученная 3D модель – это точная компьютерная копия объекта в масштабе 1:1. Она легко загружается и обрабатывается в привычной CAD-среде архитектора или конструктора.

Как правило, трехмерные построения применимы в случаях:

объемной фиксации объекта, его частей и особенностей, которые невозможно достаточно полно описать при плоскостных построениях;
проведения расчетов и вычислений, анализа состояния конструкций и основания памятника, построения расчетных моделей, требующих объемного подхода;
необходимости воссоздания отдельных частей и конструкций;
более детального анализа объемно-планировочных решений за счет объемного компьютерного проектирования;
анализа геометрических параметров объекта в целях мониторинга;
макетирования, в том числе с использованием трехмерных принтеров;
объемной визуализации объекта.

Отличием обмерных работ для трехмерных построений от плоскостных является более полный сбор полевых материалов. Предпочтительным методом является наземное лазерное сканирование или комбинация лазерного сканирования с каким-либо другим методом измерений.

Важно: проведение трехмерных построений при выполнении обмерных работ на объектах культурного наследия федерального значения (Российской Федерации) и объектах всемирного значения ЮНЕСКО обязательно .

На базе трехмерных построений возможна разработка информационной модели объекта (создание BIM). Имеется в виду присвоение отдельным элементам дополнительной атрибутивной информации (тип, материал, охранный статус, год возведения, год проведения ремонта, реконструкции), а также занесение информации о выявленных дефектах, результатах обследования конструкций и пр.

В случае трехмерного построения объекта обмерных работ, топографические планы также представляются в трехмерном виде и могут дополнительно содержать информацию о грунтовом основании обследуемого объекта.

Виды обмеров

Обмеры объекта, в зависимости от требуемой степени детализации и насыщения графических материалов, разделяются на следующие виды:

схематические;
архитектурные;
архитектурно-археологические.

Схематические обмеры являются обзорными и служат для определения основных размеров и планировочной структуры объекта культурного наследия. Выполняются на ранней стадии работ для составления общего представления об объекте и предварительного определения его объема.

Архитектурные обмеры являются точными измерениями всех элементов сооружения или комплекса с последующими построениями обмерных чертежей и трехмерных моделей. На них проставляются размеры, высотные отметки, делаются важные примечания.

При необходимости в состав обмерных работ могут быть включены требования по обмерам внутренних инженерных сетей и коммуникаций.

Архитектурно-археологические обмеры - исследовательская фиксация объекта культурного наследия. Выполняются при натурных исследованиях объекта для получения наиболее полных материалов, характеризующих объем, конструкцию, наружное и внутреннее декоративное убранство, а также чертежей раскрытий и зондажей, произведенных на объекте. Дают исчерпывающую информацию об объекте, учитывающую все отклонения от идеальной геометрической схемы.

Точность обмерных работ

Как и в любой измерительной работе, при архитектурных обмерах не обойтись без ошибок и погрешностей. Заметим, что в отличие от старых методов, современные технологии 3D сканирования сводят к нулю подавляющее большинство ошибок человеческого фактора. Но только если приборы находятся в руках профессионалов. Кажущаяся простота современных лазерных сканеров обманчива: если не владеть геодезическими знаниями, то в итоге легко можно получить дециметровые погрешности!

Обмеры являются исходным материалом для последующих проектных работ, выдачи экспертных заключений. Поэтому от качества выполнения обмерных работ во многом зависит качество проекта в целом. Однако требования, предъявляемые к точности обмерных работ, различны и устанавливаются в зависимости от многих факторов:

цели обмеров;
архитектурно-исторической ценности объекта культурного наследия;
технического состояния объекта;
планов дальнейшего приспособления и др.

Требования к точности обмерных чертежей приведены в Приложении А к РНиП , вот они:

Допустимые значения при проведении обмерных работ

Методы архитектурных обмеров, лазерное сканирование

При выполнении работ по архитектурным обмерам применяются следующие методы и их комбинации:

натурный (традиционный) обмер;
методы инженерной геодезии с использованием линейной и угловой засечки, перпендикуляров, створов и т.д.;
нивелирование;
наземное лазерное сканирование;
методы координатной геодезии;
воздушная и короткобазисная фотограмметрия, фототеодолитная съемка;
воздушное и мобильное лазерное сканирование;
методы GPS-измерений;
прочие методы, позволяющие достичь требований технического задания и нормативной документации.

В качестве оборудования выбираются приборы и средства измерений, соответствующие требованиям технического задания к точности и выбранным методам проведения работ. Это могут быть металлические и лазерные рулетки, мерные ленты, дальномеры, нивелиры, теодолиты, тахеометры, фототеодолиты, калиброванные фотоаппараты, лазерные сканеры, GPS-приемники и прочие инструменты.

Выбор того или иного оборудования обусловлен спецификой объекта, требованиями Технического задания и нормативной документации. В последние годы в большинстве случаев оптимальным по точности, качеству и стоимости является выбор технологий лазерного сканирования в комбинации с классической геодезией и натурными исследованиями.

Лазерное сканирование как один из методов проведения обмеров имеет ряд преимуществ:

возможность проводить измерения в труднодоступных местах, максимально подробно фиксировать геометрию криволинейных элементов, дефектов и утрат;
результаты сканирования фасадов и внутренних пространств находятся в единой системе координат, что позволяет избежать возможных неточностей расположения отдельных элементов или помещений по высоте и/или в плане;
к избыточному массиву измерений (облаку точек) всегда можно обратиться повторно при необходимости получения дополнительных данных без проведения дополнительных полевых работ на объекте;
скорость работ при беспрецедентной полноте данных. Например, один оператор с тахеометром за день сможет снять на объекте порядка одной тысячи точек. А другой оператор с лазерным сканером за тот же день получит сто миллионов точек. При этом по стоимости оба метода съемки находятся в одном ценовом диапазоне.

В сумме все это обеспечивает высокую точность и полноту исходной информации.

Отдельно хочется выделить незаменимость лазерного сканирования при обмерах сложных архитектурных деталей и особенно – насыщенных скульптурных композиций. Ведь при изготовлении чертежей необходимо иметь виды композиции с нескольких сторон, обязательно нужно выполнить характерные сечения скульптуры. Выдать требуемый объем полевых данных могут только методы наземного лазерного сканирования и, пожалуй, методы фотограмметрии (с ограничениями).

Отчетная документация

Результатом проведения обмерных работ является отчетная документация, состав которой определяется Техническим заданием и требованиями нормативной документации. Как правило, отчет состоит из текстовой части, графической части и приложений.

В текстовую часть входят сведения о задачах, описание объекта, информация об исполнителе, сроках и объемах работ и т.д.

В графическую часть входят масштабные ортогональные чертежи основных проекций объекта и его деталей, выполненные по результатам обмеров, а также эскизы, зарисовки, фотоматериалы, собранные в процессе выполнения работ.

Чертежи составляются (или распечатываются) на бумаге в масштабах:

топографические планы – 1:200 - 1:500;
интерьеры, отдельные фрагменты фасадов – 1:20;
узлы и детали – от 1:10 до натуральной величины, в зависимости от сложности;
шаблоны – 1:1;
для схематических обмеров принимается масштаб – 1:200 - 1:100;
планы, разрезы, фасады зданий и сооружений – 1:50 - 1:100.

Оформление чертежей осуществляется в соответствии с требованиями действующей нормативной документации ЕСКД и инструкций по выполнению обмерных работ.

При проведении обмеров методом лазерного сканирования итоговым материалом полевых работ является облако точек, записанное на цифровом носителе.

Для трехмерных построений в качестве отчетной документации Заказчику передаются файлы 3D моделей и их распечатки на бумаге в виде аксонометрических или перспективных проекций видов и разрезов.

Список использованных нормативных документов

ГОСТ 21.501-93. Правила выполнения архитектурно-строительных рабочих чертежей.
ГОСТ 26433.0-85. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Общие положения.
ГОСТ Р 55528-2013. Состав и содержание научно-проектной документации по сохранению объектов культурного наследия. Памятники истории и культуры. Общие требования.
ГОСТ Р 55567-2013. Порядок организации и ведения инженерно-технических исследований на объектах культурного наследия. Памятники истории и культуры. Общие требования.
РНиП. Реставрационные нормы и правила. Методические рекомендации по проведению научно-исследовательских, изыскательских, проектных и производственных работ, направленных на сохранение объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации. Часть 5. Методические рекомендации по проведению обмерных и инженерно-геодезических работ на объектах культурного наследия.
СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. Госстрой России. М.: 2004.
СРП-2007. Свод реставрационных правил. «Рекомендации по проведению научно-исследовательских, изыскательских, проектных и производственных работ, направленных на сохранение объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации». Нормативно-методическое издание. 4-я редакция. М.: 2011.

Сегодня в геодезии для разрешения разнообразных архитектурных и строительных ситуаций применяются инновационные трехмерные лазерные 3D сканеры. Программные комплексы, такие как Leica Cyclon, позволяют оперативно и эффективно обрабатывать полученные данные.

Сканирование фасадов строений

Геодезическая съемка дает возможность получать данные для последующего выполнения монтажных и строительных операций над лицевой частью объекта. С помощью инновационных методик съемка фасадов осуществляется оперативно и сверхточно, не зависимо от сложности проектирования. Сканирование фасадов позволяет оценить качество и правильность выполненных монтажных мероприятий. Кроме того, лазерное сканирование объектов эффективно при выполнении работ по их реконструкции - оно обеспечивает воссоздание былого вида уникального здания или сооружения с высочайшей точностью.

Фасадные чертежи

Полученные результаты при выполнении геодезической съемки оформляются в виде чертежей. Они могут выполняться в любом масштабе, удобном для заказчика. В данной документации отображается основная информация о фасаде (размеры, степень отклонения от плоскости).

Чертежи и модели элементов декора

При детальном лазерном сканировании элементов декора, которое совмещается с поэтапным просмотром всей конструкции, по запросу заказчика можно получить общий чертеж здания или чертеж-развертку с просмотром сечений в любых местах строения. Сканирование отдельных элементов позволяет создать шаблоны, чертежи, а также сечения отдельных деталей, произвести фиксацию утраченных элементов. Современные технологии позволяют сверхточно сканировать тонкую гравировку, а также строить чертежи, соответствующие реальному объекту, даже с учетом утраченных элементов декора.

Обследование сооружений и зданий

Основа безопасной эксплуатации любого сооружения состоит в его предварительном техническом обследовании. Оно включает в себя ряд расчетов и исследований, на основании которых принимаются дальнейшие решения. Вовремя выявленные с помощью лазера дефекты конструкций и причины их появления позволяют увидеть всю картину в целом, исследовать здание в разрезе.

Формирование дефектных ведомостей и создание отчета

Успешному составлению дефектных ведомостей предшествует предварительное обследование строения, выявление типов повреждений и оптимальной точности измерений, а также формата представления данных. С помощью полученного облака точек можно детально вычертить модель и увидеть все недочеты, изъяны здания или сооружения, полученные в процессе строительства или эксплуатации. Просчитать углы отклонения и сделать все необходимые замеры.

Метод составления дефектных ведомостей с помощью лазерного сканирования отличается высочайшей точностью. Как отчетную документацию, заказчик получает файлы 3D моделей и их бумажные распечатки (аксонометрические или перспективные проекции общих видов и разрезов).

Обмерные работы. Создание планов и разрезов

Для произведения обмеров фасадов строений применяется технология, объединяющая в себе методы сканирования лазером и цифровой фотограмметрии. В этом случае съемка производится сканером со встроенным фотоаппаратом. Примерные действия по выполнению работы:

составление программы
закрепление опорных точек с последующим определением их координат
непосредственно произведение лазерного сканирования и процесс фотографирования здания с заданных точек
создание единого блока точек из каждого отдельного сканера

Полученные чертежи передают реальную картину и размеры сооружений, с возможностью измерить любой отдельный элемент. На основе полученной 3D модели можно получить необходимые планы конструкций.

Метод лазерного сканирования позволяет проводить точные обмеры в краткие сроки и получить полную информацию об объекте в едином массиве облака точек или 3D проекта. Это существенно упрощает процесс использования и управления информацией, а также дает возможность получать любые данные из одного источника. При совместном применении разнообразных методов и технологий появляется возможность сопровождать проекты удобной в использовании и исчерпывающей по содержанию документацией, что облегчает выполнение работ.

Лазерное сканирование зданий и сооружений: все, что нужно знать заказчикуСейчас к результату проведения геодезических работ предъявляются более строгие требования, чем когда-либо. Важна полнота, точность и объективность всей полученной информации. Для того чтобы удовлетворять потребности современных заказчиков, специалистам приходится постоянно совершенствовать свои навыки и методики. Так, относительно недавно стало возможно лазерное сканирование зданий и сооружений. В этой статье мы расскажем о его принципах, особенностях и преимуществах. После этого вы сможете определиться, стоит ли вам воспользоваться новейшими разработками, или же отдать предпочтение консервативным методам.

Проведение инженерно-геодезических работ подразумевает использование специальных приборов. Для их производства используются последние достижения многих отраслей науки, в том числе, оптики, электроники, механики. Одним из недавних изобретений стал электронный лазерный безотражательный тахеометр. Такой прибор значительно упростил выполнение многих геодезических задач, увеличил эффективность работы специалистов в области архитектурных обмеров. В сравнении с используемыми ранее измерительными системами, появление тахеометра нового образца увеличило продуктивность в три раза.

Хотя новые приборы появились совсем недавно, вскоре и они не смогли справляться со всеми запросами современного строительства. Возникла потребность не только в точности координатных измерений, но также в построении цифровых моделей объектов. Как выяснилось на практике, для этого требуется гораздо больше информации, чем могут дать стандартные тахеометры. Трехмерное лазерное сканирование зданий стало единственным оптимальным решением поставленной задачи. С его помощью удалось добиться максимальной детализации объектов, что позволило получить точные цифровые модели и изображения.

Что собой представляет лазерное сканирование?

Лазерное сканирование объектов – это новейший метод получения 2D и 3D моделей окружающего пространства. В процессе работы приборов создается облако точек с пространственными координатами, которые в итоге дают объемное изображение. Полученная модель объекта может содержать от нескольких тысяч до нескольких миллионов координатных точек. При этом измерения проходят с точностью до миллиметра.

Принцип работы лазерного сканера можно сравнить с работой любого радара. Он заключается в излучении лазерного луча, который обладает высокой частотой, и отражении его на колеблющемся зеркале. Так, луч достигает объекта, а затем вновь возвращается в отправную точку. В этот момент прибор фиксирует время возврата, согласно которому получает данные о расстоянии, на котором находится объект. Так создается облако точек. При этом стоит отметить, что прибор может отправить сразу множество лучей, то есть мгновенно получить информацию сразу о значительной части объекта.

В отличие от использования тахеометра, этот метод проведения съемки является бесконтактным и максимально автоматизированным. Прибор содержит специальный сервопривод, который самостоятельно вращает измерительную головку в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Специалисту не нужно больше нажимать какие-либо кнопки для включения дальномера или записи полученных координат, выискивать цель через окуляр тахеометра, переставлять технику с места на место и пр. Теперь все необходимые измерения можно провести с одной точки без ущерба точности.

Основные виды 3D-сканирования

В зависимости от сложности объекта, его величины и технических особенностей, вам могут быть предложены следующие виды лазерной съемки:

1. Наземное лазерное сканирование. Оно производится с помощью статичного прибора. Визуализация объекта происходит путем наведения визира, или же путем предварительного сканирования при небольшой плотности координатных точек. Затем проходит более детальное моделирование каждой отдельной поверхности и сбор всех полученных данных в единый массив. Для проведения этого типа работ не требуется установка дополнительных отражателей, меток или маркеров.

2. Мобильное сканирование. Съемка проходит с помощью все тех же приборов, но они при этом закреплены на транспортное средство. Оно, в свою очередь, движется по установленному маршруту для сбора необходимых данных. Сами приборы обладают встроенными компенсаторами наклонов и вибраций, а также очень жестко крепятся к своему «носителю». Все это позволяет избежать каких-либо неточностей, которые могли бы возникнуть за счет осуществления съемки в движении.

3. Сканирование с воздуха. Такой тип работ считается наиболее быстрым и детальным. Он позволяет получить картинку местности с учетом всех особенностей рельефа. При этом можно установить определенную ярусность, чтоб в дальнейшем иметь возможность отдельно работать с объектами инфраструктуры, земной поверхностью, зданиями и пр.

Виды и особенности лазерных сканеров

Лазерный сканер способен проводить до миллиона измерений за одну секунду. Облако точек, которое получается в результате его работы, можно затем вывести на экран в виде двухмерного или трехмерного изображения. Главными характеристиками прибора являются показатели точности, дальности, скорости сбора данных, а также угол обзора. Выбор в пользу того или иного сканера зависит от технологических требований изучаемого объекта. На сегодняшний день доступны следующие варианты:

1. Сканеры среднего радиуса действия. Дальность до 100 м, допустима погрешность в несколько миллиметров.

2. Сканеры дальнего действия. В работе допускают погрешность от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, работают с дальностью в сотни метров.

3. Маркшейдерские сканеры. Дальность – более километра, погрешность – до дециметра.

Сферы применения трехмерного моделирования

Трехмерное сканирование объектов позволяет создавать цифровые модели не только отдельных зданий и сооружений, но и целых комплексов или территорий. С его помощью можно получить точные данные даже при работе со сложными архитектурными формами. Это позволяет широко использовать метод для различных научных исследований, реставрации памятников и пр. Также лазерное сканирование применяют для решения следующих задач:

· создание трехмерного кадастра недвижимости;

· проектирование или топографическая съемка элементов инфраструктуры, промышленных сооружений;

· создание 3D моделей рельефа, сложных технологических объектов;

· сохранение данных об архитектурном наследии;

· съемка фасадов любой сложности;

· получение информации о количестве насыпей и выемок грунта для предприятий горной промышленности;

· слежение за деформациями готовых или строящихся объектов;

· сбор данных для дальнейшего строительства объекта, его полной или частичной реконструкции, планового ремонта и т.д.

По сути, лазерное сканирование зданий и сооружений является универсальной технологией, тем не менее, существует ряд задач, для которых оно является единственным возможным вариантом решения. Так, к примеру, при проектировании реконструкции здания или контроля за его строительством, только этот метод позволит получить актуальную цифровую модель на каждом этапе. Также высокая автоматизация гарантирует большую точность и достоверность информации при архитектурных обмерах, геодезической съемке интерьеров и фасадов зданий.

Отдельно стоит сказать о применении лазерного сканирования при съемке объектов транспортной инфраструктуры. Преимущество метода заключается в том, что для его использования нет необходимости останавливать движение. Так, можно получить данные о состоянии различных транспортных объектов – мостов, тоннелей, автодорог – без каких-либо неудобств. Это часто необходимо для создания топографических планов, электронных банков данных, проектирования реконструкции или ремонтных работ.

Наземное лазерное сканирование позволяет осуществлять геодезический контроль в горной промышленности. Так, с помощью современных приборов можно получить точные данные о шахтах, тоннелях, открытых выработках и пр. При этом можно контролировать оползневые процессы, проверять устойчивость бортов штолен и карьеров.

В археологии трехмерное моделирование востребовано в целях сохранения точных данных об исследуемых памятниках. Эта информация может использоваться как в научных целях, так и в качестве виртуального музея. Также сканирование применяют для фиксации находок и мест раскопок.

Преимущества метода лазерного сканирования

Лазерное сканирование – это выгодная экономия материальных и временных затрат. Оно позволяет в кратчайшие сроки получить максимальное количество данных, а затем создать детальную 3D-модель объекта. Это дает возможность хранить в электронном виде подробную информацию о любом объекте, будь то архитектурный памятник, жилой комплекс, промышленное здание, рельеф территории и пр. При этом она может быть в дальнейшем использована в различных компьютерных программах для планирования реконструкций, ремонтных и строительных работ. Современные приборы создают системы данных, которые совместимы с Autodesk, AVEVA, AutoCAD, Intergraph и прочими средствами проектирования мировых производителей.

Также к преимуществам лазерного сканирования стоит отнести следующие его особенности:

1. Высокая точность. Погрешность приборов находится на минимальном уровне. Кроме того, сканеры можно настроить на фиксацию первого или последнего отражения. Например, это позволит различить грунт и растительность и пр.

2. Полнота информации. Лазерные сканеры создают облака из миллионов точек с пространственными координатами. Это значит, что даже самые мелкие детали объекта будут учтены в цифровой модели.

3. Мгновенная визуализация. Современные приборы работают таким образом, что вы сразу же получите все результаты в 3D-виде. Соответственно, не придется тратить дополнительное время на обработку данных и привлекать для этого специалистов.

4. Безопасность. Когда речь идет о съемке опасных или труднодоступных объектов, лазерное сканирование является наиболее оптимальным вариантом. Дальность работы приборов и угол их обзора позволят получить точные данные с безопасного расстояния.

5. Автоматизация. Правильная настройка оборудования позволит совершать все необходимые измерения простым нажатием кнопки, что исключает практически все внешние влияния на результат инженерно-геодезических работ.

Недостатки технологии

Для объективной оценки возможностей лазерного сканирования, стоит уделить внимание и его недостаткам. На самом деле, их не так много, при этом, приборы постоянно совершенствуются и появляются все более универсальные модели. Тем не менее, на данный момент можно отметить следующие неудобства при работе с лазерными сканерами:

1. Большинство современных моделей сканеров не предназначены для работы при минусовой температуре. Таким образом, в зимнее время воспользоваться преимуществами технологии может оказаться затруднительно. Сейчас доступны новые приборы, работающие до -20 градусов, но далеко не каждая компания может похвастаться наличием такого оборудования. Кроме того, его использование может обойтись дороже.

2. При лазерном сканировании сложных архитектурных форм возникают определенные трудности с автоматическим переносом данных в программы компьютерного моделирования. Это связано с тем, что большинство подобных приложений описывают здания лишь самыми простыми геометрическими формами. Соответственно, при моделировании архитектурных памятников или сложных интерьеров придется переносить многие данные вручную.

Также стоит отметить, что лазерное сканирование зданий и сооружений не является полностью автоматической процедурой. Безусловно, оно позволяет избежать многих трудоемких задач, а сложные и опасные измерения осуществляет одним нажатием кнопки. Тем не менее, для получения полной картины все равно понадобится работа специалиста, поскольку необходимо правильно выбрать точки для съемки, спланировать сеансы сканирования и пр. Особенно это важно при работе со сложными объектами, например, архитектурными памятниками. Иногда для получения необходимых данных точки устанавливают, как внутри, так и снаружи здания.

Сколько стоит лазерное сканирование зданий и сооружений?

Многие заказчики считают, что использование новых технологий и более точных приборов обязательно связано с дополнительными финансовыми затратами. Именно поэтому они отдают предпочтение более консервативным методам, пытаясь таким образом немного сэкономить, хоть и с потерей точности. На самом деле, если речь идет о сканировании небольших зданий или территорий, то применение 3D-сканера обойдется примерно в ту же сумму, что и при других наземных видах съемки. При этом более точные данные и максимальная детализация позволят избежать лишних затрат при дальнейшем проектировании и строительстве.

Что же касается крупных объектов, то здесь трехмерная съемка значительно выигрывает у тахеометрической, поскольку большинство данных можно будет получить с одной точки. Соответственно, не возникнет необходимости транспортировки оборудования и персонала. Таким образом, рост технического прогресса позволил не только улучшить качество получаемых данных, но также привел к удешевлению услуги.

Можно сделать вывод, что сейчас лазерное сканирование зданий и сооружений является наиболее перспективным направлением для проведения различных инженерно-геодезических работ. Высокая технологичность метода дает неоспоримые преимущества, в сравнении с другими видами топографической съемки. При этом использование новой технологии не только не увеличивает стоимость услуг, но даже помогает выгодно сэкономить.

Надеемся, вы получили всю необходимую информацию по этой теме. Будем рады вас видеть на наших страничках в соцсетях, где вы сможете найти еще больше актуальной информации!

Категории

Популярное