Технология лазерного сканирования

Что такое лазерное 3D сканирование?

3D-лазерное сканирование - это бесконтактная неразрушающая технология, которая в цифровом виде фиксирует форму физических объектов с помощью линии лазерного излучения. Лазерные 3D-сканеры создают “облака точек” данных с поверхности объекта.

Почему именно лазерное 3D сканирование?

Лазерные 3D-сканеры используют ЛиДАР (LiDAR) (обнаружение света и определение дальности) для измерения и записи точных местоположений и расстояний, в конечном итоге создавая файл облака точек. Эти легкие и мобильные сканеры быстро и легко производят высокоточные цифровые измерения и изображения для использования в строительных и инженерных проектах.

В области сканирования 3D-объектов лазерное сканирование сочетает в себе управляемое направление лазерных лучей с лазерным дальномером. Измеряя расстояние во всех направлениях, сканер быстро фиксирует форму поверхности объектов, зданий и ландшафтов.

В чем разница между лидаром и лазерным сканером?

ЛИДАР использует проникающие лазерные импульсы, чтобы облегчить измерение организации и структуры атмосферы, в то время как лазер - это технология, которая создает монохроматический, ощутимый луч света. Это существенное различие между ними.

Почему лазер называется лидаром?

Лидар, что расшифровывается как "обнаружение света и определение дальности" (Light Detection and Ranging), - это метод дистанционного зондирования, который использует свет в виде импульсного лазера для измерения дальности (переменных расстояний) до Земли.

В чем преимущество лазерного сканирования?

Лазерное сканирование захватывает сотни тысяч и даже миллионы точек 3D-данных за короткий промежуток времени, обеспечивая невероятно богатую детализацию здания или проектной площадки. Наборы данных являются точными по размерам, поддающимися измерению и совместному использованию, что ускоряет планирование и выполнение проекта.

В чем разница между 3D-лазерным сканированием и фотограмметрией?

Фотограмметрия отличается от 3D–сканирования прежде всего своим третьим методом (плотное сопоставление), что означает, что фотограмметрия в целом предлагает больше возможностей. Хотя сканирование лазером или белым светом полезно для очень быстрого получения изображений объектов с высокой детализацией, оно является дорогостоящим.

Что делает 3D-лазерный сканер?

Лазерные 3D-сканеры создают “облака точек” данных с поверхности объекта. Другими словами, 3D-лазерное сканирование - это способ передать точный размер и форму физического объекта в компьютерный мир в виде цифрового трехмерного представления.

Для чего используется лазерный сканер?

В первую очередь, он используется для разработки 3D-сканирований (или моделей) фасадов зданий, поэтажных планов, профилирования туннелей и автомобильных / железнодорожных мостов, а также картографирования рельефа. Лазерное сканирование эффективно на объектах, где необходимо регистрировать очень подробные 3D-измерения и создавать точные модели, или где доступ затруднен.

Безопасны ли лазерные сканеры?

Лазерные сканеры класса 2 и 2M считаются безопасными, если луч случайно попадает в человеческий глаз. Моргание и отвод взгляда от яркого источника света - это рефлекторная адаптация, которую люди используют для защиты глаз от повреждений.

Как лазерный сканер собирает данные?

По сути, лазерное сканирование испускает лазерные импульсы, а затем собирает информацию о том, что происходит с этими лазерными импульсами. Эта информация индексируется в компьютерный файл, называемый облаком точек. Специализированное программное обеспечение управляет лазерным зондом над поверхностью объекта. Лазерный зонд проецирует линию лазерного излучения на поверхность, в то время как 2 сенсорные камеры непрерывно регистрируют изменение расстояния и формы лазерной линии в трех измерениях (XYZ) по мере ее перемещения вдоль объекта.

Этот процесс основан на том, что сканер передает лазерный луч до тех пор, пока он не попадет на объект, после чего свет отражается обратно и улавливается сканером. Свет возвращается с немного другой длиной волны, и именно это изменение можно измерить.

Из каких компонентов состоит лазерный сканер?

Каждый 3D-сканер оснащен лазерным источником, сканирующей головкой, механическими компонентами, блоком управления, источником питания и калибровочным оборудованием.

Сколько времени занимает лазерное сканирование?

3D-лазерное сканирование позволяет сократить время обследования на месте до 80% по сравнению с традиционными методами. Большинство приложений для сканирования занимают от 1,5 до 8 минут на сканирование в зависимости от уровня детализации, местоположения и расстояния сканирования. Для съемки сложного и большого объекта может потребоваться от нескольких до нескольких сотен сканов.

Лазерный сканер "видит" сквозь стены?

Здесь важно отметить, что лазерное сканирование может измерить только то, на что отражается от поверхности и попадает лазер, оно не может "видеть", например, сквозь стены.

Что такое 4 компонента лазера?

Есть 4 основных элемента, которые необходимы для запуска генерации света и создания вашего собственного лазера; усиливающая среда, энергия накачки, отражения резонатора и выходной соединитель: Усиливающая среда: Чтобы создать свой собственный лазер, вам нужен источник света с требуемой длиной волны, известный как усиливающая среда.

Насколько точно лазерное сканирование?

Лазерные  сканеры, в зависимости от типа, имеют множество различных применений и диапазонов действия. Локальная и глобальная точность может достигать от 1 до 3 см, при высоком коэффициенте отражающей способности поверхности, а при выполнении воздушного сканирования - до 5 см.

Каков диапазон дальности при лазерном сканировании?

Дальность действия сенсора зависит от метода съемки и типа сканирующей головки. 

Какая скорость сканирования используется в современных 3D-системах?

Скорость сканирования сенсора зависит от типа сканирующей головки и типа прибора (стационарный, мобильный, воздушный).
Например, скорость сканирования мобильного лазерного сканера Gexcel Heron Lite LR составляет до 600 000 точек в секунду. А скорость сканирования стационарного лазерного сканера Stonex X300 - до 60 000 точек в секунду.

Каковы области применения лазерного сканера?

Лазерное 3D-сканирование используется во множестве областей применения: промышленная, архитектурная, гражданская съемка, городская топография, горнодобывающая промышленность, обратное проектирование, качество, археология, стоматология и механический контроль размеров - это лишь некоторые из универсальных применений.

Каков пример преимущества использования цифровой 3D-модели?

Точность и качество – 3D-сканирование и моделирование могут быть использованы для создания точных виртуальных объектов и пространств еще до начала проектирования. Это означает, что 3D-проекты могут быть реализованы с полной гарантией качества и точности.

Что такое 3D-сканер, используемый в геодезии?

Лазерное 3D-сканирование позволяет вам быстро получать, визуализировать и предварительно регистрировать данные в полевых условиях, которые затем могут быть обработаны в офисе для получения обычных 2D-моделей и цифровых 3D-двойников, помогая вам предлагать своим клиентам более качественные услуги и получать прибыль от нового бизнеса.

Для чего используется 3D-сканирование в строительстве?

Решения для лазерного 3D-сканирования позволяют геодезистам проводить съемку в готовом виде, что позволяет избежать дорогостоящих переделок за счет выявления любых ошибок на ранней стадии проектирования и строительства.

Как 3D-сканирование используется в инженерии?

Сканируя объект с помощью 3D-сканера, вы получаете все измерения поверхности, необходимые для анализа его конструкции. Гораздо легче понять намерение дизайнера воссоздать или улучшить дизайн. Процесс создания САПР на основе данных 3D-сканирования известен как сканирование в САПР.

Применяется ли лазерное 3D-сканирование при добыче угля?

Мобильные и стационарные лазерные 3D-сканеры применяются в угледобывающей промышленности очень обширно. Наиболее популярными направлениями применения систем являются замеры объемов ископаемых ресурсов на местах (открытые, закрытые склады), сканирование шахт, полостей, где нахождение человека невозможно или небезопасно. Процесс получения облака точек позволяет составить карту реальных туннелей, которые могут увидеть шахтеры, чтобы убедиться, что вся команда в безопасности. Это точный способ изучения туннелей без риска для чьей-либо жизни.

Что такое 3D цифровой двойник?

Цифровой двойник - это визуально захватывающая, точная и интерактивная 3D-модель реального пространства.

В чем разница между 3D-моделью и цифровым двойником?

3d-модели и цифровые двойники легко спутать, потому что на первый взгляд они выглядят одинаково. В обоих случаях. то, что вы видите на экране, - это детальная визуализация вашего физического объекта в трех измерениях. Разница – и она существенная – заключается в данных, которые отображаются на 3d-модели.

Является ли цифровой двойник CAD-моделью?

Цифровой двойник - это модель САПР, которая содержит последние данные датчиков, связанные с соответствующим физическим устройством. Цифровой двойник часто используется в управлении технологическими процессами и жизненным циклом продукта (PLM) для мониторинга или управления удаленной системой. Модель не обязательно должна в точности воспроизводить физическое устройство.

Каковы основные компоненты технологии цифровой двойник (digital twin)?

5 ключевых компонентов, необходимых для внедрения цифрового двойника.
1) Моделирование в реальном мире.
2) Непрерывная оптимизация.
3) Интегрированные данные в режиме реального времени.
4) Управление сценариями.
5) Аналитика.

Является ли цифровой двойник (digital twin) частью BIM?

По своей сути, цифровой двойник может быть результатом процесса BIM и, по сути, является "живой" версией проекта или представления актива, для создания которого существуют процессы BIM – способные развиваться и трансформироваться с использованием данных в реальном времени, как только актив будет использован.

Что такое технология SLAM?

SLAM - это усовершенствованный метод создания 3D-снимков в среде, где отсутствует доступ к сигналу GPS. Алгоритмы SLAM используют технологию sensor fusion для определения местоположения объекта или области, в то же время используя датчики для создания 3D-карты окружающей среды.

Как работает SLAM?

SLAM определяет местоположение системы в окружающей среде, одновременно создавая 3D-карту этой среды с помощью таких датчиков, как лидар, гидролокатор или радар. Системы SLAM не требуют сигнала GPS, вместо этого используются методы компьютерного зрения и данные IMU для определения местоположения системы.
SLAM расшифровывается как одновременная локализация и картографирование (Simultaneous Localization and Mapping). Это процесс картографирования области, который позволяет устройству позиционировать себя и перемещаться по карте во время ее построения.

Такая продвинутая локализация отличает эти системы от обычных 3D-сканеров, поскольку традиционные методы требуют, чтобы система была зафиксирована на месте. SLAM позволяет отслеживать местоположение сканера во время движения, что позволяет устанавливать эти системы на роботизированные сканеры и перемещать их внутри объектов для создания внутренних 3D-сканирований.

3D-картографирование обычно использует сигнал GPS (работающий вне сети GNSS) для определения местоположения сканера при составлении карты окружающей среды. Когда вы находитесь внутри резервуаров и других емкостей, это отмечается как "среда, в которой отказано в использовании GNSS", поскольку сигналы GPS не могут проникать через стенки сосуда. Таким образом, в этих средах требуется ручное управление сканерами, что преодолевает барьер CSE.

Использование подхода, основанного на SLAM, позволяет осуществлять удаленное 3D-картографирование в условиях, когда GNSS запрещена. Это позволяет удаленно генерировать внутренние сканы ресурса, устраняя необходимость в CSE.

Что такое алгоритм SLAM в lidar?

Чтобы построить карту окружающей среды, алгоритм SLAM поэтапно обрабатывает лидарные сканы и строит график положения, который связывает эти сканы между собой. Сенсор распознает ранее посещенное место с помощью сопоставления сканирования и может установить одно или несколько замыканий контура по пути своего перемещения.

Какие геодезические лазерные сканеры наиболее популярны?

В зависимости от поставленной задачи применяется лазерный сканер соответствующего типа.
При выполнении фасадной съемки, мониторинге сложных инженерных объектов и т.д. целесообразно применение стационарных лазерных сканеров высокой скорости сканирования, точности и дальности действия лазера.
При необходимости оперативного сбора пространственной информации (сканирование ситуаций, зданий, улиц, площадок, съемке внутри помещений, исполнительной съемке, съемке полостей, шахт, рудников, либо при задаче "безопасной" для человека съемке без физического проникновения в объект, а с помощью специальных роботов, наиболее применимы системы мобильного 3D-картографирования.

Какие системы мобильного 3D-картографирования наиболее популярны?

На сегодняшний день в России наиболее популярны системы мобильного 3D-картографирования Gexcel Heron. 
Данные системы прошли многочисленные испытания временем и имеют широкий спектр решения даже самых сложных задач по портативному сбору пространственной информации в движении.

Какие преимущества системы мобильного 3D-картографирования Gexcel Heron?

HERON LITE - это портативная система 3D-картографирования, состоящая из лазерного датчика для быстрого создания 3D-карт, сбора 3D-лидарных данных в режиме реального времени, включая расстояния и калиброванные измерения отражательной способности. Особенно ценится при вычислении объема запасов, в подземных шахтах и в тех случаях, когда информация RGB не требуется.
Читать подробнее о HERON LITE.

Какова роль технологии 3D-сканирования в современном мире?

Технология 3D-сканирования быстро меняет правила игры в области охраны окружающей среды. Его способность создавать высокодетализированные модели окружающей среды и экосистем открыла новые возможности в картографировании, мониторинге и защите нашего мира.
И этот процесс не закончен, развитие продолжается..