Облака точек: как инженеры-геодезисты используют лазерные сканеры для создания 3D-моделей местности
Создание облаков точек является важной частью современной геодезии. Этот процесс включает использование высокоточных лазерных сканеров и передовых методов обработки данных для получения детализированных трехмерных моделей объектов и местности.
В нашей новой статье мы рассмотрим этапы проведения воздушного лазерного сканирования и создания облаков точек, используемое оборудование и программное обеспечение, а также примеры его применения.
Итак, воздушное лазерное сканирование (ВЛС) – это метод дистанционного зондирования, использующий лазеры для измерения расстояний до объектов. С помощью ВЛС можно получать высокоточные трехмерные модели местности и объектов на поверхности земли.
При ВЛС на квадрокоптере мы запускаем лазерный сканер, который позволяет не просто делать качественные фотографии объектов с высоты, а сканировать местность. Это позволяет уже после программной обработки получить плотное облако точек.
Облако точек – это совокупность множества точек в трехмерном пространстве, каждая из которых имеет координаты (X, Y, Z) и, в некоторых случаях, дополнительные параметры, такие как интенсивность отраженного сигнала, цвет и т.д.
Облако точек формируется на основе данных, собранных с помощью ВЛС, и представляет собой цифровое отображение реального мира. По сути, это своего рода визуализированная база данных.
Процесс воздушного лазерного сканирования
Как и любая работа в рамках инженерно-геодезических изысканий, включает несколько этапов:
Подготовительный: определение цели сканирования, объекта, выбор траектории и высоты полета (определяется исходя из целей съемки, времени и погодных условий); подготовка оборудования.
Полевой: проведение полета, сбор необходимой информации.
Камеральный: систематизация информации со съемки, её корректировка с учётом данных GPS и инерциальной навигационной системы (ИНС); формирование облака точек в специальной программе.
Для воздушного лазерного сканирования используется следующее оборудование:
- Лазерный сканер: устройство, генерирующее и посылающее лазерные импульсы. В нашей работе мы используем воздушный лазерный сканер AlphaAir 450
- Беспилотный летательный аппарат (БПЛА): в нашем случае это квадрокоптер DJI Matrice 300 RTK
- GPS-система: определяет точные координаты местоположения воздушного судна в момент сканирования
- Инерциальная навигационная система (ИНС): обеспечивает данные о положении, скорости и ускорении коптера
Важно! Для полетов необходимо специальное разрешения от администрации населённого пункта и Единой системы организации воздушного движение РФ (ЕС ОрВД РФ). Если это специальная зона, располагающаяся близко к границе с другим государством (что для нас очень актуально), то дополнительно требуется разрешение от ФСБ для проведения съемки.
После проведения съемки следует обработка полученных данных
Для обработки облаков точек используются различные инструменты, каждый из которых имеет свои уникальные функции. Выбор программного обеспечения зависит от конкретных задач и области применения. Самым популярными для нас можно назвать КРЕДО 3D СКАН, так как данной ПО предоставляет большой функционал для фильтрации и классификации облака точек, что упрощает работу и помогает построить цифровые модели рельефа и местности.
Пример того, как именно наши заказчики использовали облака точек в своей работе
Воздушное лазерное сканирование и облака точек, преобразованные в трехмерные модели, находят широкое применение в различных областях. И в рамках работы инженерно-геодезических изысканий, в первую очередь для:
- Создания топографических планов
- Моделирования рельефа и объектов местности
- Мониторинга изменения местности, обновления информации об объектах
Если говорить про повсеместное использование данного метода исследования, то ВЛС и облака точек применяются в:
Архитектуре: программы позволяют инженерам и архитекторам создавать точные информационные модели зданий (BIM), обновлять проектные модели и проверять наличие конфликтов в условиях реального объекта, предотвращая ошибки и задержки в проектах.
Экологии: для оценки состояния лесов и мониторинга экологических изменений и планирование охранных мероприятий ОС, для точного моделирования и предотвращения катастроф
Археологии (работа в этой области кажется по-настоящему невероятной!): облака точек предоставляют точные данные о состоянии структур, помогая в консервации и исследовании древних поселений или, в меньшем масштабе, отдельных артефактов.
Итак, создание облаков точек с помощью лазерного сканирования – важный процесс в геодезии, который позволяет получать детализированные трехмерные модели объектов и местности.
Эти модели широко используются в различных областях для анализа, мониторинга, исследований и последующего проектирования.