Słowa klucz: skanowanie laserowe, chmura punktów, model przestrzenny, ortoobrazy
Czym jest skaning laserowy?
Skaning laserowy to technika pomiarowa, która wykorzystuje wiązkę lasera do tworzenia dokładnych trójwymiarowych powierzchni 3D. Skaner emitując impulsy laserowe bardzo szybko wyznacza (nawet kilka milionów punktów na sekundę) współrzędne X, Y, Z dużej ilości punktów, w dowolnym układzie współrzędnych, określa je wyznaczając kierunki poziome, kąty pionowe oraz odległości w odniesieniu do środka układu skanera (metoda biegunowa).
Wynik skanowania
Chmura punktów jest podstawowym produktem skanowania, sięga ona rozmiarem nawet kilkuset milionów pomierzonych punktów. Znając współrzędne każdego z tych punktów jesteśmy w stanie opisać geometrię obiektu czy jego strukturę.
Kolejnym produktem skanera są zdjęcia, które są opcjonalne podczas pomiaru ale umożliwiają one pokolorowanie danej chmury punktów, w sposób naturalny i odzwierciedlający rzeczywistość. Dodatkowo pomagają one rozeznać się, w którym miejscu znajdował się skaner i co było w jego polu widzenia podczas wykonywania pomiaru w danym momencie, co przydaje się podczas postprocessingu. Powyższe produkty umożliwiają wizualną analizę badanego obiektu – pomiar geometrii. Zebrane dane pozwalają na określenie np. odległości pomiędzy obiektami, odkształceń od projektowanej płaszczyzny odniesienia. To ostatnie znajdzie zastosowanie przy badaniu deformacji, pionowości ścian oraz wszelkich betonowych konstrukcji.
Wynikami postprocessingu, czyli dalszej komputerowej obróbce danych wynikowych, naszych produktów, są przykładowo:
Modele przestrzenne – stworzenie siatek trójkątów na podstawie chmury punktów, tworząc modele całych obiektów lub samych elewacji, danego piętra itp. Dzięki gęstości chmur punktów jesteśmy w stanie odtworzyć nawet najbardziej skomplikowane obiekty np. zapory wodne i ich infrastruktury, jak ich niektóre cechy powierzchni.
Przekroje pionowe i rzuty – powstają one na skutek przecięcia modeli płaszczyzną tnącą na danej, określonej wysokości, dzięki temu jesteśmy w stanie stworzyć rzuty danego piętra budynku, elewacji budynku, zbadać pionowość komina itp. Ortoobrazy ścian, posadzek, sklepień i elementów ozdobnych – ortogonalne rzuty modelu na dany obiekt. Dzięki możliwości uzyskania dokładności rzędu 1-2 mm żaden inny sposób pomiaru nie jest w stanie zagwarantować odpowiednio wysokiej dokładności najmniejszych detali. Skanery są integrowane z różnymi sensorami co w połączeniu daje możliwość analizy w oparciu o kompozycje barwne. Tym sposobem jesteśmy w stanie zobrazować np. napisy na nagrobkach, wszelkie wyżłobienia, jak i pęknięcia i rysy, a nawet stopień zabrudzenia i degradacji.
Oczywiście chmury punktów są tak ogromnym nośnikiem wszelkich informacji, że można wymieniać jeszcze wiele różnych produktów wynikowych opracowań. [1] [3][4]
Opcje skaningu
Przed wykonaniem pomiaru należy najpierw określić rozdzielczość, czyli gęstość chmury punktów. Należy dobrać ją odpowiednio do odległości od skanowanego obiektu, przy obiektach znajdujących się blisko zbyt duża rozdzielczość- większa niż błąd pomiarowy odległości skanera będzie wiązać się z szumami na chmurze (szumem określimy wszelkie punkty zarejestrowane przez urządzenie pomiarowe, które bardzo mocno odstają od mierzonych obiektów) . Zaś przy obiektach znajdujących się daleko zagęszczenie chmury może pomóc wyraźniej uchwycić dany obiekt. Ustawienia te mają ogromny wpływ na czas pomiaru. Dużą zaletą skanerów jest możliwość zdalnego sterowania, co umożliwia pracę w trudnych warunkach.
Ograniczenia
Rodzaj materiału – może rozpraszać wiązkę lasera
Kąt odbicia – laser może się ślizgać
Rodzaj nawierzchni – np. szkło rozprasza wiązkę lasera
Szumy – niepożądane punkty np. przemieszczające się obiekty
Zasłonięte obiekty – skaner widzi tylko to co ludzkie oko, obiekty zasłonięte np. przez szafę nie będą zeskanowane. Ta zasada również dotyczy obiektów wysoko położonych np. dachy, tu z pomocą przychodzą drony z zamontowanym skanerem LIDAR
Warunki atmosferyczne – wszelkie opady będą powodować szumy [2]
Przykłady zastosowań
Architektura i budownictwo:
- Inwentaryzacja budynków i zabytków
- Monitorowanie postępu prac budowlanych
Geodezja:
- Mapy topograficzne
- Pomiary tuneli i mostów
Przemysł:
- Monitorowanie deformacji
- Pomiar objętości hałd
Inne:
- Badanie wypadków i katastrof budowlanych
- Tworzenie realistycznych modeli do gier
Co zyskujemy
Wysoką dokładność i precyzję rzędu kilku milimetrów dla trójwymiarowych modeli 3D, które wiernie odwzorowują rzeczywistość w formie wirtualnej. Informacje zbierane są szybko na trwałych dyskach, pomiar wykonywany jest przez jedną osobę a pierwsze wyniki dostępne niemal natychmiast po zakończeniu skanowania. Przy dużej ilości budynków i wielkoobszarowości opracowań, pomiar tradycyjnymi sposobami okazałby się ogromnie czasochłonny. Całość wykonywana jest bez jakiejkolwiek ingerencji w dany obiekt, co jest ważne przy obiektach szczególnie delikatnych. Skanowanie umożliwia zbieranie danych z odległości, co umożliwia pomiar w trudnych warunkach. Końcowe dane wynikowe można łatwo integrować z systemami GIS jak i poddać dalszej obróbce technologią BIM.
[1] http://www.geomatyka.eu/publikacje/isbn9788393460960/isbn9788393460960.pdf
Aleksandra Cholewińska
