Протягом останніх десяти років весь світ загалом, і фахівці в галузі геодезії, зокрема, стали свідками мирного технологічної революції, назва якої - GPS. Можливість отримувати точні координати свого місця розташування нема за годинник або навіть добу довгих спостережень і обчислень, а за хвилини і секунди, з'явилася такою ж важливою віхою в технологічних досягненнях людства, як винахід телеграфу або літака
Але досить консервативний світ традиційних геодезичних і суміжних з ним інших координатних вимірювань все ж таки не був належною мірою задоволений якістю і повнотою одержуваних даних для побудови цифрових моделей вимірюваних об'єктів. Справді, розріджені координатні дані не дозволяють з максимальною точністю описати об'єкт зйомки - занадто мало інформації. Проблема, здавалася нерозв'язною, до тих пір, поки світ не почув про ЛАЗЕРНОМУ СКАНУВАННІ. Технології, яка увірвалася в наш світ стрімко і продовжує переможну ходу. Революція в вимірах відбулася, і тепер залишається прийняти її, враховуючи помилки, розробляючи стратегію, змінюючи тактику і активно користуватися її плодами і завоюваннями.
Що потрібно зробити для побудови точної тривимірної моделі будівлі або креслення цеху? Спочатку провести вимірювання і отримати координати всіх об'єктів, а потім вже уявити їх в графічному вигляді. Саме вимірювання координат об'єкту, становить найбільш трудомістку і витратну частину всієї роботи. Як правило, геодезисти, або інші фахівці, які проводять вимірювання, використовують сучасне обладнання, в першу чергу електронні тахеометри. що дозволяють отримувати координати точок з точністю декількох міліметрів. Принцип роботи тахеометра зрозумілий і відомий. Однак швидкість вимірювання тахеометром невисока. Такий метод ефективний при зйомці розрядженої, незавантаженої об'єктами площі. Але складність, з якою доводиться стикатися при кріпленні призм на великій висоті або в важкодоступному місці, часто буває непереборної. Поява безвідбивачевих тахеометров, що мають можливість працювати без спеціальних відбивачів, справило "оксамитову" революцію в геодезії. Тепер можна проводити вимірювання без довгих і утомливих пошуків сходів для підйому відбивача під дах будинку, підставок для установки призми над підлогою в приміщенні з високими стелями та ін. Досить просто навести на необхідну точку і все. Луч може відбиватися від будь-якій рівній поверхні. Але скільки часу потрібно на зйомку, з якою щільністю будуть отримані вимірювання, з якою точністю і достовірністю? Скільки часу потрібно для детальної зйомки фасаду будівлі висотою 20 метрів або цеху металургійного заводу площею 2 гектара? Тижні, місяці? Використання безвідбивачевого тахеометра може значно знизити терміни, але, тим не менше, Ви проведете за приладом довгі години і дні. А з якою щільністю буде зроблена зйомку фасаду: одна точка на кв. м? Навряд чи цього достатньо для побудови креслення з усіма елементами.
А тепер уявіть, що в Ваших руках безвідбивачевий тахеометр, який веде зйомку автоматично, без участі оператора зі швидкістю 5 тисяч вимірювань в секунду. Ще два-три роки тому цю пропозицію уявлялося фантастичнее, ніж політ на Місяць сто років тому. Сьогодні це стало не менш реальним, ніж сліди американських астронавтів або радянського "Місяцехід" на поверхні нашого небесного сусіда.
Назва цього чуда - лазерне сканування. Метод, що дозволяє створити цифрову модель всього навколишнього простору, представивши його набором точок з просторовими координатами. Основна відмінність від традиційних тахеометров - принципово інша швидкість виконання вимірювань, сервопривід, автоматично повертає вимірювальну головку в горизонтальній і вертикальній площинах. І все ж найголовніше - швидкість (Не менше 5000 вимірювань в секунду - в середньому два-три повних робочих дня вимірювань звичайним тахеометром) і щільність (до десятків точок на 1 кв. См. Поверхні)! Отримана після вимірів модель об'єкта являє собою гігантський набір точок (від сотень тисяч до декількох мільйонів), що мають координати з точністю в кілька міліметрів. Не потрібно більше дивитися в окуляр тахеометра, вишукуючи мету, не потрібно натискати кнопку для запуску далекоміра і записи отриманих даних в пам'ять, і нарешті, не потрібно нескінченно переставляти прилад для пошуку найбільш вигідною для зйомки позиції. Тепер це можна робити з однієї точки, без участі оператора і в десятки разів швидше, зберігши при цьому необхідну точність.
Зрозуміло, сканування - не чудово талісман, що дозволяє вирішити всі проблеми простим натисканням кнопки. Закони фізики, теорія електромагнітного випромінювання не дозволяє робити вимірювання крізь стіни, труби, будь-який непрозорий об'єкт, змушуючи робити кілька сканів з різних точок для отримання повної і цілісної картини, але, незважаючи на ці обставини, сканування, тим не менше - набагато швидший, а головне в сотні разів більше інформативний метод отримання даних про об'єкт.
Як працює лазерний сканер? Принцип роботи сканера той же, що і простого тахеометра - вимір відстані до об'єкта і двох кутів, що в кінцевому підсумку дає можливість обчислити координати. Пучок лазера виходить з випромінювача, відбивається від поверхні об'єкта і повертається в приймач. Обертається призма розподіляє пучок по вертикалі з наперед заданим кроком (наприклад, 0.1 о). Таким чином, в окремому взятому вертикальному скане будуть виміряні всі точки з дискретністю 0.1 про (наприклад, при максимальному вертикальному вугіллі сканування 140 про їх буде, відповідно 1400). Потім сервопривід повертає блок вимірювальної головки на кут, рівний кроку вимірювання (при тій же дискретності 0.1 про повний оборот сканера складається з 3600 окремих вертикальних площин). Таким чином, повна цифрова картина простору буде представлена у вигляді набору 5040000 точок. П'ять мільйонів точок за 30 хвилин! Більш повну цифрову картину не може уявити жоден інший з відомих способів. Як правило, весь процес зйомки повністю автоматизований. Дані вимірювань в реальному часі записуються на зовнішній або внутрішній носій. Схематично будь-який сканер можна розділити на кілька основних блоків: - вимірювальна головка (в ній розташовані лазерний випромінювач і приймач), що обертається призма (забезпечує розподіл пучка у вертикальній площині), - сервопривід горизонтального кола (забезпечує обертання вимірювальної головки в горизонтальній площині) - комп'ютер ( призначений для управління зйомкою і запису даних на носій).
Що потім? Після того, як зроблені виміри, починається процес обробки. Спочатку, "сирі вимірювання" представляють собою набір ( "хмара") точок, які необхідно представити у вигляді креслень, схем в CAD форматі. Зрозуміло, ніяке програмне забезпечення не може сьогодні успішно вирішити проблему розпізнавання образів ні в автоматичному, ні в напівавтоматичному режимі з тим ступенем достовірності, яка потрібна користувачу. Тому, весь процес обробки вимагає участі людини і без копіткої ручної праці в найближчому майбутньому не обійтися. Процес обробки залежить від бажаного результату від того, що конкретно ми хочемо отримати. Це може бути саме хмара точок, неправильна поверхню (TIN), набір перетинів, план, складна 3D-модель або просто набір вимірювань (довжини, периметри, діаметри, площі, об'єми). Але в цілому обробка складається з декількох основних етапів: "зшивання" сканів, трансформування координат, створення поверхонь.
Де застосовується? Як багато технічні нововведення і технології, які нещодавно вийшли з лабораторій вчених, лазерне сканування знаходиться тільки на початку шляху освоєння різноманітних додатків. Але вже зараз можна перерахувати кілька технологічних сфер, де сканери застосовуються все більш активно:
- зйомка промислових об'єктів (заводи, НПЗ, складне виробництво)
- зйомка мостів
- зйомка і профілювання тунелів
- промислові вимірювання (визначення обсягів резервуарів)
- гірська промисловість
- реставрація і будівництво
- архітектура та археологія
Звичайно, майбутнє цієї технології ще попереду, і список буде доповнюватися новими, може бути на перший погляд, неможливими додатками. Але абсолютно очевидно, що точно відомо сьогодні - сканування швидше, точніше, інформативніше, ніж більшість існуючих методів вимірювань