Что такое воздушное лазерное сканирование
Воздушное лазерное сканирование
Что такое лазерное сканирование
Считаем необходимым для начала разобрать вопрос, что такое лазерное сканирование в принципе.
Лазерное сканирование — это технология измерения поверхностей, а точнее получения пространственных координат характерных точек поверхностей при помощи лазерного сканера.
В свою очередь, лазерный сканер – это устройство, излучающее лазерные лучи, которые отражаясь от поверхности сканируемого объекта, возвращаются на датчики прибора и в результате формируют так называемое «облако точек».
При этом лазерное сканирование бывает трех видов: наземное, воздушное, мобильное.
Далее мы более подробно расскажем о воздушном лазерном сканировании, с остальными видами лазерного сканирования более подробно можно ознакомиться в наших статьях: «Лазерное наземное сканирование» и «Лазерное мобильное сканирование».
Что такое воздушное лазерное сканирование и как оно проводится
Воздушное лазерное сканирование – активная съемка, производящаяся с воздуха при помощи летательных аппаратов (самолет, вертолет, гирокоптер, беспилотник и пр.).
В отличии от наземного сканирования, где съемка осуществляется при помощи 3D сканера, основу технологии воздушного лазерного сканирования составляет система LIDAR.
Такая разница обусловлена конечными целями сбора информации. Так, при помощи наземного сканирования необходимо собрать сведения о вертикальных поверхностях с максимальной точностью, а при помощи воздушного – произвести дистанционное зондирование участков большой площади для создания цифровой модели местности. Т.е. места с повышенной детализацией, можно отсканировать только при помощи 3D сканера, причем существует прямая зависимость между точность полученных данных и расстоянием между прибором и сканируемой поверхностью (чем меньше расстояние, тем выше точность получаемых данных), но логично, что такой способ съемки абсолютно не целесообразно использовать при изучении территорий больших площадей (межселенная территория, леса и т.п.).
Да, степень детализации при использовании системы LIDAR меньше, чем при лазерном 3D сканировании, но при этом можно снимать десятки тысяч гектар территории в день причем труднодоступность мест не имеет значения, с высоты видно все.
Воздушное лазерное сканирование – это фактически эволюция доселе используемой аэрофотосъемки, постобработка которой куда более трудоемкая, а получаемые результаты все равно не дотягивают до точности, получаемой при воздушном сканировании. Зачастую эти два метода используются совместно, т.е. параллельно сканированию производится фото- и/или видеофиксация.
Еще одним безусловным плюсом современного воздушного сканирование является способность четко классифицировать «земля/не земля», т.е. при сканировании даже плотно залесенной территории или дна водоемов, прибор передаст истинный рельеф местности и позволит создать высокоточную цифровую модель территории для крупномасштабного картографирования и 3D моделирования.
Результат и применение воздушного лазерного сканирования
Результатом лазерного сканирования любого вида (будь то наземное, воздушное или мобильное) всегда будет облако точек в трехмерном пространстве.
Постобработка данных, полученных с прибора, осуществляется при помощи специализированного программного обеспечения (ПО), которое качественно снизило как временные, так и физические затраты на камеральные работы.
Результаты воздушного лазерного сканирования широко применяются при:
Воздушный вид лазерного сканирования является незаменимым в безориентирной, ненаселенной местности или на опасных объектах.
Мобильное лазерное сканирование
За последнее десятилетие мобильное лазерное сканирование стало трендом рынка получения геопространственной информации. Особенно актуален данный вид лазерного сканирования при проектировании, строительстве, эксплуатации и ремонте линейных объектов (имеющих значительную протяженность). Давайте же поговорим о мобильном лазерном сканировании более подробно.
Что такое лазерное сканирование
Для начала, стоит разобраться с вопросом, что же такое лазерное сканирование в принципе.
Лазерное сканирование — это технология измерения поверхностей, а точнее получения пространственных координат характерных точек поверхностей при помощи лазерного сканера.
В свою очередь, лазерный сканер – это устройство, излучающее лазерные лучи, которые отражаясь от поверхности сканируемого объекта, возвращаются на датчики прибора и в результате формируют так называемое «облако точек».
При этом лазерное сканирование бывает трех видов: наземное, воздушное, мобильное.
Вот о последнем, мобильном, мы и расскажем далее, с остальными же видами лазерного сканирования можно ознакомиться в наших статьях: «Лазерное наземное сканирование» и «Лазерное воздушное сканирование».
Что такое мобильное лазерное сканирование и как оно проводится
Мобильное лазерное сканирование можно условно считать золотой серединой среди всех видов лазерного сканирования, поскольку оно обладает большей детальностью и точностью съемки, нежели воздушное, при этом, с его помощью можно выполнить объем работ, в разы превышающий тот, который можно получить при наземном лазерном сканировании.
На сегодняшний день мобильные лазерные сканеры имеют оптимальные массогабаритные характеристики и универсальные платформы. Их легко монтировать на любое транспортное средство будь то автомобиль, катер или поезд.
При этом надо четко понимать цели проведения лазерного сканирования, поскольку у каждого вида свои особенности и применение: так для сканирования поверхностей с повышенной детализацией применяет наземное сканирование, для создания цифровой модели рельефа (ЦМР) больших площадей – воздушное.
Скорость съемки при мобильном сканировании находится в примерном диапазоне 40-110 км/ч, а дальность сканирования может достигать 1 км (зависит от технических возможностей оборудования). Правда существует обратная зависимость между скоростью движения и точностью измерений, т.е. чем выше скорость транспортного средства, тем ниже плотность получаемой информации. Также при мобильном лазерном сканировании, как правило, приходится проезжать изучаемый участок 2, а то и 3 раза, ввиду помех, создаваемых движущимся транспортом и пр., поскольку даже движение по крайней правой полосе не всегда спасает.
Комплексы для мобильного лазерного сканирования дополнительно оснащены (или имеют возможность такого апгрейда) широкоугольной фото- видеокамерой, которая позволяет получать панорамные изображения высокой четкости на протяжении всего маршрута. Такая дополнительная информация позволяет раскрашивать облако точек в естественные цвета, наполнять атрибутивной информацией проект, помогает при дешифрировании и т.д.
Результат и применение воздушного лазерного сканирования
Результатом лазерного сканирования любого вида (будь то наземное, воздушное или мобильное) всегда будет облако точек в трехмерном пространстве.
На основании облака точек формируются:
Постобработка данных, полученных с прибора, осуществляется при помощи специализированного программного обеспечения (ПО), которое качественно снизило как временные, так и физические затраты на камеральные работы.
Результаты мобильного лазерного сканирования широко применяются при:
Воздушное лазерное сканирование
Лазерное сканирование, или лидарная съемка, это технология, позволяющая создать цифровую 3D-модель объекта на основе набора (облака) точек с определенными пространственными координатами. Для их получения используется лазерный сканер, который в процессе съемки записывает для каждой точки координаты (XYZ) и численный показатель интенсивности отраженного сигнала. Он зависит от свойств поверхности, на которую визируется лазерный луч.
Например, при лазерном сканировании леса, на каждой линии визирования луч пересекает препятствия, в результате чего отражается часть импульса. Первый отклик может быть получен за счет отражений от опор ЛЭП, следующий — от листвы дерева, и, наконец, последний, как правило, соответствует точке земля или другой поверхности, представляющей абсолютное препятствие для лазерного импульса.
Технология воздушного лазерного сканирования
Лазерное сканирование может выполняться с земли с перестановкой сканера. Это метод (НЛС, или наземное лазерное сканирование) применяется в закрытых наземных объектах небольшой площади (тоннели, пещеры). Он имеет малую производительность. Также ограниченно используется мобильное сканирование (МЛС) — съемка в непрерывном режиме с движущегося по земле или воде транспорта. Она не позволяет снять крыши и многие другие высотные объекты.
Наиболее широкое распространение получил метод ВЛС — воздушное лазерное сканирование с БПЛА, вертолетов, самолетов. По сравнению с обычной аэрофотосъемкой он дает точечную модель более высокой точности, а также способен отобразить детали рельефа даже под густым лесным массивом.
ВЛС применяется для картографирования линейных и площадных объектов в масштабах 1:500–1:5000. Его производительность составляет до 800 км съемки в день при ширине полосы в 2–3 км. Детальность отрисовки составляет 20–50 см, при этом воздушное лазерное сканирование дает точность в 5-8 см. Большинство современных моделей лазерных сканеров имеют встроенную видео- или фотокамеру, благодаря чему облако точек может быть окрашено в реальные цвета.
Принцип действия лазерных систем
Лазерная сканирующая система состоит из нескольких элементов:
• лазерный сканер (работает как дальномер с разверткой на углы в одной плоскости);
• БИНС — бесплатформенная инерциальная навигационная система (служит для внешнего ориентирования и позиционирования);
• приемник ГЛОНАСС-GPS для определения положения сканера в пространстве;
• система записи данных и управления съемкой;
• видеокамеры, тепловизоры, другие сенсоры: ИК, УФ — для уточнения полученных данных.
Скорость съемки современных лазеров достигает 1 000 000 точки в секунду. Измерение расстояний основано на учете времени прохождения лазерного луча и внешнего положения всей системы. Полученные результаты настолько точны, что позволяет буквально «видеть» и измерять такие мелкие предметы, как, например, ручка двери, изолятор на линии ЛЭП и тому подобные объекты.
Воздушное лазерное сканирование
Воздушное лазерное сканирование в большинстве случаев является наиболее быстрым, достоверным, а иногда единственным методом сбора данных о реальной поверхности, в том числе на труднодоступных территориях и территориях, покрытых лесами. Воздушное лазерное сканирование позволяет получить данные о форме, местоположении и отражательной характеристике исследуемых объектов.
Результатом воздушного лазерного сканирования является 3D массив точек лазерных отражений, классифицированный по признаку «земля/не земля» плотностью до 10 точек на 1 кв.м и точностью определения их координат менее 10 см в плане и по высоте. Получаемое облако точек высокой плотности является основой для цифровой модели истинного рельефа высокой точности, ортофотопланов, цифровых топографических планов масштабов 1:500 и мельче, трехмерных моделей рельефа и объектов.
Облако точек вдоль профиля
Текущее положение лазерного сканера определяется с помощью высокоточного GPS-ГЛОНАСС-приемника (работающего в дифференциальном режиме) совместно с инерциальной навигационной системой (IMU). Зная углы разворота и координаты лазерного сканера, можно однозначно определить абсолютные координаты каждой точки лазерного отражения в пространстве.
Ортофотопланы особенно востребованы при геодезических, топографических, геологических, гидрологических, экологических изыскательских работах, землеустройстве, архитектурно-строительном проектировании и контроле строительно-монтажных работ.
Работы выполняются с использованием как пилотируемых носителей, так и беспилотных летательных аппаратов.
Ортофотоплан (Электроподстанция)
Предлагаемые услуги:
Основные решаемые задачи:
Особенности комплекса:
Основные результаты работы:
Востребованность технологии:
Виртуальная модель местности
Виртуальная модель местности
Задайте интересующий Вас вопрос и наши специалисты ответят на него в самое ближайшее время
Воздушно-лазерное сканирование и цифровая аэрофотосъёмка
Воздушное лазерное сканирование (ВЛС) и цифровая аэрофотосъёмка (ЦАФС) являются новейшим методом дистанционного зондирования земли, появление которого привело к революционным изменениям в области получения инженерно-топографических материалов высокой детальности (масштабов 1:5000 — 1:500).
Данный метод съёмки используется для создания подробных цифровых моделей городов, обследования протяжённых линейных объектов, топографической съёмки рельефа, инвентаризации лесов, трёхмерного моделирования районов разработок полезных ископаемых и многих других целей. Для выполнения этого вида съёмок требуется крайне малое количество наземных работ, что делает его незаменимым в отдалённой не населенной местности или на труднодоступных и опасных объектах. Высокая эффективность и производительность воздушного лазерного сканирования даёт возможность в сжатые сроки выполнить точные съёмочные работы с высокой степенью подробности данных на огромных территориях независимо от сложности рельефа, конфигурации местности, и её расположения.
Технологически ВЛС и ЦАФС представляет собой тандем цифровой аэрофотосъёмки и лазерного сканирования, поскольку само по себе, отдельно, воздушное лазерное сканирование практически не производится.
Воздушное лазерное сканирование — это высокотехнологичная топографо-геодезическая методика сбора геопространственных данных по рельефу и наземным объектам, а также картографирования местности с летательного аппарата в трёхмерном режиме посредством скоростной сканирующей системы, определяющей трехмерные координаты точек лазерных отражений (ТЛО).
Лазерное сканирование является разновидностью активной съёмки, поэтому может применяться в любое время года, в ночное время, в сильной дымке и при наличии однородного снежного покрова.
В зависимости от требуемой детальности съёмки, сканер может выполнять до нескольких десятков измерений лазерных отражений на каждый квадратный метр площади объекта съёмки. Точность определения пространственных координат ТЛО зависит от типа используемого оборудования, параметров и условий съёмки, а также качества постобработки. В среднем точность находится в диапазоне 5-10 см. в плане и по высоте.
Цифровая аэрофотосъёмка поверхности земли с использованием цифровой камеры, регистрирующей излучение в видимом и ближнем инфракрасном, либо тепловом инфракрасном диапазонах, ведётся одновременно с лазерным сканированием.
Разрешающая способность цифровых снимков может находиться в пределах 4-15 см. Наличие точных меток времени позволяет на этапах постобработки определять элементы внешнего ориентирования камеры и осуществить привязку снимка, коррекцию ошибок за наклоны и т.п., что практически исключает этапы полевых геодезических работ (за исключением набора контрольных точек и установки базовой станции GNSS).
Определение пространственного положения лазерного сканера и аэрофотокамеры основывается на отлаженном взаимодействии GNSS-системы спутниковой навигации, работающей в дифференциальном режиме и инерциальной системы (IMU). Определив точные координаты траектории полёта, углы разворота и относительные смещения компонентов описанной системы можно однозначно определить абсолютные координаты каждой точки лазерного отражения в пространстве и элементы внешнего ориентирования цифровых снимков.
Совмещение лазерного сканирования и цифровой аэрофотосъёмки даёт возможность получать максимально полное представление об объектах аэросъёмки, поскольку таким путём съёмка обеспечивает получение избыточного объёма данных, а это, в свою очередь, позволяет точно определять расположение, реальные формы и характеристики даже довольно сложных и труднодоступных объектов на земной поверхности.
Производительность систем ВЛС не уступает классической аэрофотосъёмке, но при этом нет необходимости в трудоёмкой стереообработке, а точность и детальность значительно её превосходят. Стоимость ВЛС и ЦАФС находится на уровне стоимости обычной аэрофотосъёмки, но стоимость обработки в несколько раз дешевле и на порядок быстрее. Таким образом, Заказчик получает фотоматериалы наравне с данными лазерного сканирования при том, что ценность этих данных существенно выше, чем у классической аэрофотосъемки и, тем более, космической съёмки.
Результатом ВЛС является координированное облако ТЛО, плотностью до нескольких десятков точек на 1 кв.м. с точностью определения их координат не хуже 5-10 см в плане и по высоте. Этот трёхмерный массив точек формирует точечную цифровую модель местности (ЦММ), которая уже может являться промежуточным информационным продуктом, пригодным для некоторых видов работ, например чернового размещения инженерных сооружений без составления готовых топографических планов.
После чистки и классификации точек по признаку «земля», получаем подробную цифровую модель истинного рельефа (ЦМР), являющуюся основой для построения высокоточных ортофотопланов и рельефа цифровых топографических планов.
Результатом ЦАФС выступают ортофотопланы высокого разрешения и в различных спектральных диапазонах. Пространственное разрешение (детальность) материалов аэросъёмки может достигать 4 см, что позволяет обеспечить решение широкого круга задач и удовлетворяет требованиям к дешифрированию под крупномасштабные планы, вплоть до масштаба 1:500.
Преимущества воздушного лазерного сканирования и цифровой аэрофотосъёмки:
Специалистами ООО «АЛАНС» выполнятся цифровая аэрофотосъемка (ЦАФС) и воздушное лазерное сканирование (ВЛС) со всей технологической цепочкой, состоящей из 4 этапов:
Лётно — съёмочные работы
Специалисты, выполняющие лётно-съёмочные работы, имеют допуски и сертификацию на право выполнения аэрофотосъемки на бортах воздушных судов различных типов. Большой опыт работы в сфере ЦАФС и ВЛС на различных воздушных судах АН-2, МИ-8, АН-26, АН-30.Очень большой опыт камеральной обработки данных ЦАФС и ВЛС.
Высокое качество, гарантия точности измерений, оперативные сроки выполнения, короткая технологическая цепочка, высокая производительность, широкий спектр применения материалов лазерной локации — основные принципы нашей компании.