Технология лазерного 3D-сканирования
Общие сведения о технологии
Лазерное 3D-сканирование (3D-сканирование) — современная технология сбора пространственных данных. В результате сканирования формируется трехмерная модель объекта — «облако точек», состоящее из набора вершин, положение каждой из которых в пространстве определяется значениями координат X, Y и Z.
3D-сканирование может выполняться двумя способами — стационарным (сканируются отдельные здания и сооружения, внутренние помещения) и мобильным (сканируются крупные территории, линейные объекты).
Преимущества технологии
Снижение (в 2 и более раз) трудозатрат на выполнение комплекса топографо-геодезических и картографических работ;
Высокая скорость (до 1 млн точек/с) и мобильность (лазерный сканер может устанавливаться на разные транспортные средства — автомобиль, железнодорожная платформа, катер, беспилотный летательный аппарат; скорость движения комплекса от 40 км/ч и выше);
Высокая точность (до 15 мм) и детализация (от 1 точки/см2);
Возможность выполнения работ круглосуточно (до 24 часов в сутки) и большую часть года;
Минимизация «человеческого фактора» с возможностью съемки труднодоступных и опасных объектов на безопасном расстоянии (до 300 м) без непосредственного контакта;
Формирование двумерных данных и 3D-моделей объектов, совместимых с современными ГИС и системами CAD-проектирования.
Выгоды от использования
Экономия средств городского бюджета (удешевление комплекса топографо-геодезических и картографических работ; снижение расходов, связанных с ликвидацией последствий использования «некачественных» пространственных данных; заблаговременное проведение ремонтных работ);
Увеличение поступлений в городской бюджет (инвентаризация «незарегистрированных» торговых павильонов, киосков, наружной рекламы);
Мониторинг состояния объектов (зданий, мостов, дорожного полотна, трамвайных путей, опор уличного освещения), а также качества выполненных подрядчиками работ (например, ремонта дорог);
Упрощение проектирования объектов и моделирования процессов;
Возможность интеграции на единой и качественной картографической основе пространственных данных по городу (например, в составе градостроительного кадастра, системы SmartCity);
Обеспечение принятия своевременных управленческих решений с помощью качественной пространственной информации и предоставления её заинтересованным лицам на платной основе.
Использование 3D-сканирования в геодезии и картографии
Проведение геодезической съемки. Технология 3D-сканирования позволяет одновременно выполнять горизонтальную и высотную съемку местности. В результате работы лазерного сканера формируется «облако точек», на основе которого создаются ортофотопланы. «Облако точек» и ортофотопланы могут быть представлены в различных системах координат.
Составление (обновление) картографических материалов. Полученные в результате 3D-сканирования «облако точек», ортофотопланы и привязанные в пространстве фотоснимки позволяют в камеральных условиях создавать высокоточные топографические планы и повышать качество уже существующих картографических материалов путем их обновления.
Материалы 3D-сканирования и полученные на их основе топографические планы могут стать для населенного пункта единой высокоточной и актуальной картографической основой для решения многочисленных практических задач: ведения градостроительного кадастра, разработки генерального плана и схем территориального планирования, инвентаризации земель, прокладки и ремонта инженерных сетей.
3D-картография и 3D-моделирование. Результаты 3D-сканирования могут стать основой для построения картографических материалов в формате 3D, что открывает новые возможности моделирования, пространственного анализа и визуализации объектов.
Интеграция данных 3D-сканирования с существующими средствами ГИС. Материалы 3D-сканирования легко интегрируются с уже существующими объемами пространственной информации с помощью средств ГИС. Это позволяет организовать процесс обновления и уточнения имеющихся данных при минимальных полевых работах. Синергетический эффект пространственного ГИС-анализа дает возможность получать принципиально новую информацию об объектах.
Примеры реализации:
г. Киев — картографирование и моделирование городской среды для системы SmartCity;
Бориспольский район Киевской области — обновление планово-картографических материалов с. Вороньков, с. Городище и с. Глибоке.
Использование 3D-сканирования в архитектуре и градостроительном кадастре
Мониторинг объектов. Результаты 3D-сканирования позволяют проводить наблюдение (мониторинг) и определять фактическую величину деформации зданий и сооружений, отклонение опор уличного освещения и опор ЛЭП, провисание проводов. По результатам 3D-сканирования также можно вести учет торговых павильонов, киосков, элементов наружной рекламы с определением фактически занимаемой ими площади.
Инвентаризация и паспортизация объектов. Результаты 3D-сканирования позволяют «на лету» выполнять обмерные работы (определять длину, ширину, высоту, расстояние, объем) объектов и их элементов (снаружи и внутри), в том числе в труднодоступных и опасных местах. По результатам 3D-сканирования можно создавать (восстанавливать) графические документы (чертежи фасадов и инженерных сетей, разрезы, поэтажные планы), а также формировать внешние и внутренние 3D-модели объектов, включающие все элементы экстерьера и интерьера. При инвентаризации и паспортизации объектов культурного наследия полезным станет создание спроецированных на поверхность цветных панорамных изображений (например, росписей внутри храма).
Проектирование строительства и реконструкции объектов. Полученные в результате 3D-сканирования модели объектов позволяют планировать застройку территории, размещение элементов в реконструируемом помещении, рассчитывать объемы земляных работ, определять размеры сложных объектов (станций метро, резервуаров, мостов), прогнозировать развитие неблагоприятных процессов (например, подтопления территории).
Примеры реализации:
г. Киев — сканирование и 3D-моделирование 1850 км уличной сети с инвентаризацией и определением фактических размеров временных сооружений (торговых павильонов, киосков);
г. Киев — исполнительная съемка интерьера Свято-Покровского храма Свято-Покровского Голосеевского мужского монастыря.
Использование 3D-сканирования в проектировании, строительстве и эксплуатации автомагистралей
Проектирование и реконструкция автомагистралей. Полученные в результате 3D-сканирования модели объектов позволяют планировать расположение автомагистралей и дорожных сооружений, проектировать зоны видимости, рассчитывать объемы работ, строить с заданным шагом поперечные и продольные профили.
Мониторинг состояния автомагистралей. Возможности 3D-сканирования позволяют проводить мониторинг состояния дорожного полотна; выявлять горизонтальные и вертикальные деформации дорожного полотна и дорожных сооружений (мостов, эстакад, тоннелей); измерять с высокой точностью длину, ширину, глубину участков автомагистрали, требующих ремонта; рассчитывать объемы ремонтных работ; контролировать качество выполненных работ.
Паспортизация автомагистралей. Использование 3D-сканирования позволяет ускорить создание графических и фотографических материалов паспорта автомагистрали. Полученные в результате 3D-сканирования модели автомагистрали и дорожных сооружений позволяют перейти к ведению паспорта дороги на новом качественном уровне, соответствующем современным мировым требованиям.
Инвентаризация и учет объектов дорожной инфраструктуры. Данные 3D-сканирования позволяют ускорить инвентаризацию объектов дорожной инфраструктуры (дорожных знаков, светофоров). Материалы паспортизации и инвентаризации дорог, полученные по результатам 3D-сканирования, могут стать информационной основой систем управления средствами регулирования и организации дорожного движения.
Примеры реализации:
г. Харьков — построение графических материалов для технического паспорта Московского проспекта;
Херсонская область — геодезическая съемка участка автомагистрали Одесса — Мелитополь — Новоазовск для проекта реконструкции;
Кировоградская область — определение местоположения автомагистралей общего пользования государственного значения и объектов придорожного сервиса;
г. Киев — создание городской базы дислокации технических средств регулирования дорожного движения.