Лазерное сканирование архитектурных объектовАвтор: К. Ф. Литвинов, И. Ю. Зыков Наземное лазерное сканирование – на сегодняшний день самый оперативный и производительный способ получения точной и наиболее полной информации о размерах и форме сканируемого объекта. Съемка выполняется намного быстрее, чем любыми другими способами. Фасад здания главного корпуса «Томского Политехнического Университета» с интервалом через каждые 2 см, был отсканирован менее чем за 2 часа. При этом неважно насколько сложен объект съемки. Это может быть обычный фасад жилого дома, или фасад церкви с большим количеством лепнины, или дом в стиле модерн с барельефами, фронтонами и другими украшениями, или сложная развязка трубопроводов и т.д Результатом измерений является так называемое облако точек (см. рис. 1.), состоящее из большого количества измеренных точек – от нескольких тысяч до нескольких миллиардов. В отличие от обычной фотографии мы получаем не плоское изображение сканируемого объекта, каждая точка имеет свои собственные координаты x, y, z. Такое облако точек можно вращать, изменять масштаб, делать сечения и многое другое. Прообразом сканера является тахеометр, с помощью которого измеряется горизонтальный и вертикальный углы и расстояние до объекта. С помощью тахеометра можно определить положение измеряемой точки в пространстве. Отличие сканера от тахеометра состоит в решении задачи измерений. Тахеометр измеряет каждую отдельную точку. Как правило, требуется навести тахеометр на заданную позицию вручную и выполнить измерение. Сканер работает по принципу измерения всех точек на заданном участке, с плотностью определяемой пользователем. Сканеру задаются границы участка и плотность измерений или расстояние между соседними измерениями. Как правило, объект сканируется с нескольких точек. Скорость измерения сканером в тысячи раз быстрее тахеометра. Современные сканеры способны измерять точки со скоростью от нескольких тысяч до 50000 и даже 250000 точек в секунду. При сканировании задается расстояние между соседними измерениями. Тем самым можно регулировать детализацию получаемой информации. Применение сканеров зависит от точности и диапазона измерений. 
Рисунок 1 – Облако точек фасада главного корпуса ТПУ Проблема построения трехмерной модели объекта по результатам лазерного сканирования заключается в очень большом количестве получаемых точек, поэтому требуется предварительная фильтрация и варианты, позволяющие упростить создаваемую модель без потери точности. Это достаточно трудоемкая работа, занимающая большую часть времени. Процесс обработки результатов сканирования зависит от желаемого результата, от того, что конкретно мы хотим получить. Это может быть само облако точек, TIN-модель, набор сечений, план, сложная 3D-модель, либо просто набор измерений длины, периметра, диаметра, площади или объема. Процесс построения модели по результатам лазерного сканирования состоит из следующих этапов: – Загрузка облака точек, сшивка сканов, удаление шумов, разрежение. – Создание модели по обработанным точкам. Обрисовка контуров для построения чертежа, либо построение трехмерной модели объекта. – Редактирование и оптимизация представления полученной модели. Фасадная съёмка – это геодезическая съёмка поверхностей зданий и сооружений. Проведение фасадных съёмок даёт полное представление о внешнем архитектурно – планировочном решении здания или сооружения. Результатом фасадной съемки главного корпуса ТПУ стал чертеж центральной части в масштабе 1:100 изображенный на рис. 2. разных плоскостей фасада с отображением фактических размеров, различных элементов здания, сооружения, а также трехмерная электронная модель, изображенная на рис. 3. Обмеры фасадов зданий, внутренних помещений, отдельных скульптурных элементов составляют значительную часть всего комплекса реконструкционных работ. Как правило, архитектурные обмеры зданий в условиях жизни современного города являются весьма трудоемким процессом, учитывая такие факторы как: плотная застройка, высокие здания, большое количество автотранспорта и др. 
Рисунок 2 – Чертеж главного корпуса ТПУ В данной ситуации наиболее универсальным и эффективным методом является метод трехмерного лазерного сканирования, позволяющий не только существенно сократить сроки производства работ, но и при этом получить исчерпывающую информацию о геометрических параметрах объекта. На практике 5–6 часов работы сканером, в среднем, равняется 5–30 полным рабочим дням измерений обычным тахеометром в зависимости от объекта. Использование трехмерного лазерного сканера практически полностью исключает наличие человеческого фактора в погрешности измерений. Средняя точность измерений и построений находится в пределах 2–10 мм в зависимости от модели сканера и расстояния до сканируемого объекта. Полученные данные могут храниться в виде снимков (сканов) неограниченное количество времени. Преимущества лазерного сканирования:
При помощи специализированного программного комплекса, полученные после сканирования точки, экспортируются в программу для проектировщиков AutoCAD, где происходит построение чертежей необходимых для дальнейшей работы. 
Рисунок 3 – Трехмерная модель центральной части главного корпуса ТПУ Необходимые для работы данные могут быть получены в абсолютно любом месте фасада под абсолютно любым заданным углом. Высокая точность сканирования позволяет получить исчерпывающую информацию о геометрических параметрах объекта и детализированные чертежи любых архитектурных деталей фасада. Как многие технические новшества и технологии, недавно вышедшие из лабораторий ученых, лазерное сканирование находится только в начале пути освоения разнообразных приложений. Но уже сейчас можно перечислить несколько технологических сфер, где сканеры применяются все более активно: реставрация и строительство, архитектура и археология, съемка мостов, тоннелей и других промышленных объектов. Список использованной литературы
|
