История появления технологии лазерного сканирования реферат
Обновлено: 04.07.2024
Прикрепленные файлы: 1 файл
Документ Microsoft Word.docx
Лазерное сканирование и геоинформационные технологии
Наземное лазерное сканирование
Основные области применения:
- дистанционный сбор данных исключает доступ персонала в опасные зоны;
- высокая точность и детальность получаемых данных;
- высокая производительность сбора данных;
- простота создания детальных трехмерных моделей;
- значительная экономия средств по сравнению с традиционными методами съемки.
В зависимости от задач проекта, изыскательские бригады института используют либо высокоточный фазовый сканер — 0,2 мм до 100 метров — Surphaser 25 HSX, либо импульсный сканер Riegl VZ-400 с точностью 0,5 см, но максимальной дальностью до 600 м.
Подробнее о наземном лазерном сканировании:
Описание технологии НЛС
Технология наземного лазерного сканирования применяется для получения геометрических параметров объекта и основана на измерении пространственных координат точек на его поверхности. Используя фазовый или импульсный лазерный дальномер и угломерное устройство, прибор измеряет расстояние до объекта и направление лазерного луча, а встроенное программное обеспечение пересчитывает измеренные величины в трехмерные координаты. В зависимости от модели и режима работы, сканер выполняет от нескольких тысяч до более миллиона измерений в секунду. Вращающееся зеркало или призма производит отклонение сканирующего луча в вертикальной плоскости, тем самым осуществляя вертикальную развертку сканера. Вращение сканера вокруг своей оси, с заданной скоростью, осуществляет горизонтальную развертку сканера. Результатом работы является так называемое облако точек. (рис. 1). Плотность такого облака зависит от расстояния до объекта и времени сканирования, и может достигать десятков тысяч точек на квадратный метр поверхности.
Рис.1 Облако точек, полученное с одной стоянки сканера
Высокая плотность получаемых методом НЛС данных (расстояние между соседними измеренными точками может достигать десятых долей миллиметра) позволяет получать информацию о мельчайших деталях объекта.
Большинство моделей наземных лазерных сканеров оснащено встроенной или монтируемой на специальном кронштейне калиброванной цифровой фотокамерой. Использование фотоизображений дает возможность окрашивать точки лазерных отражений в истинные цвета, что облегчает визуальное восприятие данных сканирования и может быть использовано для дальнейшего текстурирования (рис. 2).
Рис. 2 Облако точек, раскрашенное по фотоснимкам
Сканер измеряет координаты точек в собственной условной системе координат с точностью до 0.2 мм (в зависимости от модели), таким образом, для каждой стоянки прибора получается отдельное облако точек. После чего данные с разных стоянок объединяются в единое геометрическое пространство и привязываются к требуемой системе координат. Точность уравнивания (объединения) облаков точек достигает нескольких миллиметров. Измерения с нескольких сканпозиций позволяют исключить мертвые зоны обусловленные наличием предметов помех и отсутствием прямой видимости до различных частей объекта. Объединенное облако точек несет в себе полную визуальную и геометрическую информацию об объекте съемки и используется для решения широкого спектра задач.
Технология наземного лазерного сканирования существует уже более 10 лет и постоянно развивается. Специалисты отрасли за эти годы научились применять полученные с помощью сканера данные для решения широкого спектра задач. Благодаря постоянному развитию появляются все новые методики съемки и способы представления данных, способные удовлетворить растущие потребности рынка.
Использование наземного сканера, в целях создания топографического плана, позволяет сократить время полевых работ в несколько раз, а полнота получаемых данных снижает до минимума вероятность отсутствия необходимой информации. Вследствие чего повышается качество, и сокращаются сроки выполнения работ, а сырые данные сканирования могут быть использованы для контроля или при возникновении спорных ситуаций.
Рис. 3 Топографический план М 1:500, созданный по данным сканирования
Как правило, сырые данные сканирования (облака точек), являются исходным материалом, для создания топографических планов, чертежей, 3Д моделирования и т.п. Однако стоит заметить, что информация, которую содержат раскрашенные по данным фотосъёмки, лазерные точки (см. рис.2), является наиболее точной, полной и достоверной. При изготовлении любого продукта, будь то топографический план или 3Д модель, помимо удорожания материалов, неизбежно теряются детали, которые могут быть полезны заказчику. Сырые данные сканирования можно импортировать в такие популярные САПР как AutoCAD, Microstation, AVEVA, Intergraph и т.п. Существует множество инструментов для работы с облаками точек. Любые геометрические промеры, создание поверхностей, вписывание твердотельных элементов, построение сечений – вот далеко не полный перечень того, что позволяет выполнять современное ПО. Помимо специализированных функций имеется возможность использования стандартных инструментов с привязкой к точкам лазерных отражений.
Рис. 4 Использование облака точек в среде Microstation
Рис. 5 Построение сечения по облаку точек в среде AutoCAD
Основными преимуществами использования облаков точек является относительная дешевизна и оперативность их получения, а также высокая степень детализации.
Современные лазерные сканеры позволяют работать со скоростью до 1 200 000 измерений в секунду. Благодаря этому одна стоянка прибора занимает всего несколько минут, а съемка промышленной территории площадью до 5 га выполняется за один рабочий день. При этом плотность и точность получаемых данных в разы превышает аналогичную при выполнении классической инструментальной съемки. При использовании облаков точек исключается и такой процесс как моделирование, который несет в себе львиную долю временных и трудовых затрат. Кроме того при моделировании выполняется генерализация данных и часть информации опускается, в то время как облако точек сохраняет в себе весь объем данных.
Одним из видов продукции изготавливаемой по результатам лазерного сканирования являются классические двумерные чертежи и сечения. Соответствующим образом оформленные они понятны и привычны для большинства специалистов. Отчетная документация по проектам также сдается в виде чертежей. Точность и полнота данных сканирования, оперативность их получения позволяют повышать качество и достоверность результатов работ.
Рис. 6 Выполнение исполнительной съемки с использованием лазерного сканирования
Одним из основных видов продукции выпускаемой по данным лазерного сканирования остается трехмерная модель. Используя специализированный софт, создаются твердотельные или полигональные модели, в том числе ЦММ или ЦМР. Твердотельные модели в дальнейшем используются либо как основа для трехмерного проектирования, либо как материал для создания ГИС. Как и облако точек, твердотельная модель несет в себе полную геометрическую информацию об объекте, однако может быть дополнена еще и параметрическими данными.
По данным лазерного сканирования создаются модели промышленных предприятий, городских кварталов, памятников архитектуры, инженерных сооружений и многого другого.
Рис. 7 Трехмерная твердотельная модель оборудования газо-перекачивающего агрегата
Помимо прочего трехмерные модели широко используются для создания анимации или в архитектуре, для моделирования чрезвычайных ситуаций или проектирования систем безопасности предприятия.
Рис. 8 Трехмерная модель конструкций железнодорожного моста
Рис. 9 Трехмерная модель здания Казанского вокзала в г. Москва
Surphaser 25 HSX
точность, беспроводная работа, очень высокая скорость сканирования
высокая точность и плотность, низкий уровень шума, сверхвысокая скорость сканирования
Лазерная техника и технологии — это совокупность технических устройств, с помощью которых лазерное излучение проходит процессы генерации, приема и преобразования. В докладах и рефератах по использованию лазерных технологий отражается огромный скачок, который произошел в этой сфере с момента открытия физических явлений, послуживших основанием для создания лазера.
Виды технологий
Лазерные технологии (ЛТ) условно можно поделить на два вида. Первый выделяется тонкой фокусировкой луча и точнейшим дозированием энергии, слабой мощностью, как в импульсном, так и в беспрерывном режиме.
С помощью слабых лазеров была разработана технология сверления тоненьких отверстий в рубинах и алмазах и техника создания фильеров. Основная сфера применения слабых устройств связана:
- С резкой и сваркой небольших элементов в электронике и электровакуумной промышленности.
- С маркировкой элементов, выжиганием номеров, букв и так далее.
В последнее время в одной из важных областей электроники — фотолитографии, без которой нереально представить создание сверхминиатюрных плат для печати, интегральных схем и иных изделий микроэлектронной техники, стандартные световые источники заменяются на лазерные.
Второй вид ЛТ базируется на использовании устройств со средненькой и большой мощностью: от 1кВт и выше. Мощные устройства применяются в таких энергоемких работах как:
- Резка и сварка прочных листов стали, внешняя закалка, плавка и легирование крупных элементов.
- Очистка сооружений от грязи, резка мрамора, гранита, раскрой тканевых материалов, кожи и так далее.
При сварке металлов с помощью лазера достигается высочайшее качество шва и не требуется эксплуатация вакуумных камер. Мощная технология нашла свое место в автомобилестроении (машиностроении), судостроении, и промышленности стройматериалов. Она помогает не только улучшить качество обработки материалов, но и повысить технико-экономические показатели производства. Какой, бы не была модель лазера, главное, это мощность.
Способы использования
Лазерные технологии сейчас являются востребованными во многих сферах, особенно в промышленных. В науке лазерные устройства считаются важным инструментом в нелинейной оптике. Лазеры можно назвать чудом, ведь они подарили миру новый способ получения объемных изображений, который сейчас называют голографией. Особую роль эти устройства играют в медицине (в хирургии, онкологии, офтальмологии).
Факультеты, которые готовят специалистов в этой области, стали очень популярны, так как эта сфера имеет огромные перспективы.
Лазеры с легкостью могут сформировать маленькое пятно. В офтальмологии посредством лазеров выполняется ряд сложнейших операций, не нарушая целостности глазного яблока. Примером подобной операции считается коррекция зрения с помощью лазерных аппаратов. В онкологии лазеры нужны для выжигания различных опухолей.
В хирургии направленный луч света лазера эксплуатируется в качестве острого и чистого скальпеля, который помогает осуществлять бескровные манипуляции. Помимо этого, лазерно-магнитные аппараты применяются для лечения: кровоточащих ран, язв и иных повреждений. Лазерного типа технологии в Минске часто используются для обработки металлических изделий.
Лазер считается незаменимым устройством в процессе обработки металлов.
С помощью лазерного аппарата дарит можно выполнить много сложных технологических манипуляций. К примеру, просверлить узкие каналы в тугоплавких металлах, поработать над созданием пленочных микроскопических схем. К тому же лазеры работают намного быстрее других агрегатов, поэтому их чаще используют для крупных проектов.
Преимущества и функции
С помощью лазеров можно выполнить немало манипуляций. Современные ЛТ важны в микроэлектронике, где требуется сварка соединений. Плюсом лазера считается отсутствие механического контакта и возможность обработки недоступных элементов. Подобные аппараты также используются для локации и связи.
Достоинством устройств (если говорить кратко) считается узкое направление передачи и широкая полоса частотной пропускаемости. Лазерные измерительные гироскопы считаются главными элементами навигационной системы. Они имеют высочайшую точность, большой диапазон измерения угловых скоростей, свой небольшой дрейф.
Лазеры также можно использовать для определения скорости полетов.
Системы лазерного типа обеспечивают безопасность во время полета, связанную с увеличением точности посадочных систем. Сферы применения лазерных технологий велики и будут постоянно увеличиваться, следовательно, это направление будет развиваться и дальше.
Читайте также: