Индустриальные информационные системы - 2013

г. Новосибирск, 24-28 сентября 2013 г.

Середович В.А.   Алтынцев М.А.   Попов Р.А.  

Особенности применения данных различных видов сканирования при мониторинге природных и промышленных объектов.

Докладчик: Алтынцев М.А.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДАННЫХ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ СКАНИРОВАНИЯ ПРИ МОНИТОРИНГЕ ПРИРОДНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ.

Середович В.А1. Алтынцев М.А2. Попов Р.А.3
1 Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение “Сибирская государственная геодезическая академия”. E-mail: v.seredovich@list.ru
2 Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение “Сибирская государственная геодезическая академия”. E-mail: mnbcv@mail.ru
3 Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение “Сибирская государственная геодезическая академия”. E-mail: romalex_profi@mail.ru

В последнее десятилетие при мониторинге объектов городской инфраструктуры всё чаще начинают применять данные лазерного сканирования. Лазерное сканирование – это один из самых современных видов съёмки, позволяющих получить информацию о местности. Данный метод находит применение в строительстве, автодорожной отрасли, архитектуре, нефтегазовой отрасли, электроэнергетике и других областях. Принцип лазерного сканирования заключается в следующем. Лазерный локатор излучает короткие импульсы, оптическая система и сканирующий элемент, входящий в её состав, регистрирует направление данных импульсов. Импульсы по прямолинейной траектории распространяются в сторону объекта съёмки от источника излучения. В случае столкновения импульса с препятствием лазерный луч переотражается. Часть переотраженной энергии возвращается в сторону лазерного локатора и регистрируется на приёмнике излучения, что позволяет определить расстояние от локатора до объекта [1].
Лазерное сканирование разделяется на 3 вида: наземное, воздушное и мобильное. Первым появилось наземное лазерное сканирование. В состав системы данного вида сканирования первоначально входил только лазерный сканер. Впоследствии дополнительно во многие модели стали встраивать GPS-приёмники, позволившие получать данные сразу во внешней системе координат. Системы воздушного и мобильного лазерного сканирования принципиально более сложны и требуют дополнительной предварительной обработки данных. В состав системы воздушного лазерного сканирования, как правило, входит сам лазерный сканер, система GPS, система IMU, цифровая камера, блок управления. Блок управления соответственно выполняет слежение за работой всей съёмочной системы, система IMU, или инерциальная система, определяет ускорение съёмочной системы и углы наклона, система GPS определяет текущие координаты съёмочной системы. Состав системы мобильного лазерного сканирования практически такой же, что и воздушного. Системы мобильного и воздушного лазерного сканирования отличаются количеством лазерных сканеров, цифровых камер, типом и моделями сканеров и камер. В состав мобильной лазерной сканирующей системы может быть включено от 2 до 4 лазерных сканеров и такое же количество камер.
Решение о том, какой именно вид сканирования применять зависит от поставленной задачи. При сканировании небольших объектов применяется наземное лазерное сканирование, для сканирования больших площадных объектов, от 1000 гектар, выгодно применять воздушное лазерное сканирование, а для не очень протяженных линейных объектов лучше принять мобильное лазерное сканирование. Воздушное лазерное сканирование позволяет получать информацию о местности в кратчайшие сроки, но при этом является самым дорогостоящим. Кроме этого, воздушное лазерное сканирование позволяет выполнить съемку тех участков местности, доступ к которым по земле получить практически невозможно. Это касается, например, обширных лесных и заболоченных территорий.
Но выбор зависит не только от площади объектов сканирования, но и от желаемой точности получаемых данных. Самым точным является наземное лазерное сканирование, с точностью 2-5 мм., мобильное лазерное сканирование обладает точность в пределах 5 см., точность воздушного лазерного сканирования достигает 15-20 см.
Исходя из площади съёмки, особенностями территорий, точности данных, получаемых различными методами, можно сформировать список задач, решить которые можно тем или иным методом сканирования. Воздушное лазерное сканирование рационально выполнять при мониторинге протяженных промышленных объектов, таких как нефтегазопроводы, ЛЭП, при съёмке залесенной местности, трёхмерном моделировании городов. Мобильное лазерное сканирования следует выполнять при мониторинге дорожного покрытия, железнодорожного полотна, оценки технического состояния тоннелей, трёхмерном моделировании городской инфраструктуры. Наземное лазерное сканирование следует использовать, когда необходимо получить трёхмерные модели различных объектов с миллиметровой точностью, при оценке деформации пролетов мостов, плотин, лифтовых шахт, башен и др. [2-4].
Точность данных мобильного и воздушного лазерного сканирования может быть увеличена. При увеличении точности данных этих видов сканирования открываются новые горизонты их применения. Достигается это путем применения традиционных геодезических данных, таких как данные тахеометрической съёмки и съёмки с применением gps-приёмников. Опорные точки, полученные этими методами, могут быть применены при уравнивании данных лазерного сканирования. Например, точность мобильного лазерного сканирования может быть улучшена до 1 см при использовании опорных точек каждые 50-100 м.
Все эти методы можно применять совместно. К примеру, при съёмке железной дороги. Для съёмки железнодорожного полотна использовать мобильный лазерный сканер, с помощью воздушного лазерного сканера получить цифровую модель рельефа, а наземным лазерным сканером провести съёмку сложных технических сооружений на станциях.
Таким образом, лазерное сканирование является прогрессивным и универсальным методом получения трёхмерных данных о различных объектах и решения широкого круга инженерных задач.

Список литературы
1. Медведев Е.М., Данилин И.М., Мельников С.Р., Лазерная локация земли и леса, 2007. 230 с.
2. Широкова, Т. А. Определение изменений на местности с применением данных лидарной съемки [Текст] / Т. А. Широкова, А. В. Антипов, С. А. Арбузов // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. научн. конгресс, 10–20 апреля 2012 г., Новосибирск: Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология»: сб. материалов в 2 т. Т. 1. – Новосибирск: СГГА, 2012. – С. 38–45.
3. Айрапетян, В. С. Использование данных лазерного зондирования для создания трехмерных реалистичных сцен городских территорий [Текст] / В. С. Айрапетян, Т. А. Широкова, А. В. Антипов // ГЕО-Сибирь-2011. Т. 4. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология: сб. матер. VII Междунар. науч. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19–29 апреля 2011 г., Новосибирск. – Новосибирск : СГГА, 2011. – С. 11–13.
4. Горохова, Е.И. Проверка внутреннего очертания тоннеля при помощи наземного лазерного сканера [Текст] /Е.И. Горохова, И.В. Алешина, Е.В. Романович, А.В. Иванов, А.Р. Мифтахудинов // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр., 10–20 апреля 2012 г., Новосибирск: Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия»: сб. материалов в 3 т. Т. 1. – Новосибирск: СГГА, 2012. – С. 107-114.


К списку докладов