Оборудование

Моделирует лазерный сканер

Большинство производственных зданий и сооружений в Российской Федерации, в том числе и ОПО, было построено много лет назад и нуждается в технической оценке. Для этого необходимо производить геодезический контроль, оптимальным вариантом которого является создание высокоточной и детальной трехмерной модели промышленного объекта.

Существует два способа создания трехмерных моделей. Первый выполнение измерений стандартной геодезической съемкой, где в качестве инструментов используются тахеометры. Однако тахеометр, выполняющий единичные измерения, ограничивает возможности отображения наиболее полной и детальной информации об объекте. Поэтому эффективней использовать второй метод получения пространственных данных — технологию наземного лазерного сканирования, которая позволяет снизить трудозатраты по сравнению с традиционными методами и улучшить качество и полноту полученных измерений.

Принцип действия данной технологии тот же, что и у электронных тахеометров, но отличается высокой скоростью получения и информативностью данных. Наземный лазерный сканер производит десятки тысяч измерений в секунду в пределах заданной области и с заданным шагом. Измерения координат точек выполняются в автоматическом режиме, неразрушающим методом. Результат сканирования — цифровая модель всего окружающего пространства в виде набора точек с пространственными координатами. Встроенная цифровая фотокамера позволяет отображать точки в реальных цветах. Построение твердотельной трехмерной модели объекта выполняется с помощью специального программного обеспечения с детализацией, необходимой заказчику.

Специалисты ФГУП «Уралгеоинформ» используют лазерный сканер Leica ScanStation 2 — импульсный сканер со скоростью сканирования до 50 тысяч измерений в секунду и с точностью определения пространственных координат 6 мм, а расстояния — с точностью 4 мм. Компания «Уралгеоинформ» имеет большой опыт применения технологии наземного лазерного сканирования на промышленных объектах. Выполненные трехмерные модели стали основной базой данных по трубопроводам, строительным конструкциям и технологическому оборудованию для наполнения геоинформационных систем промышленных площадок. По заказу ряда промышленных компаний проводились съемки для восстановления утраченной рабочей документации и оценки фактического положения трубопроводов.

В 2009 году созданы трехмерные модели производственного комплекса Жирекенской обогатительной фабрики. При съемке в качестве основного был выбран метод наземного лазерного сканирования.
В подвальных помещениях, конвейерных галереях, дренажных системах съемка осуществлялась электронным тахеометром. Очень многие измерения выполнялись обычными электронными лазерными дальномерами.

Полученная модель включает в себя все объекты, находящиеся в корпусе. Все элементы разнесены по слоям в соответствии с их функциональным назначением. Посредством обменного формата все данные были переданы в среду AutoCad.
Помимо полевых измерений была проведена паспортизация, которая наполнила полученную трехмерную модель таблицами атрибутивных данных. Каждый трубопровод определен по назначению, всем технологическим объектам присвоены инвентарные номера в соответствии с нумерацией на заводе, за каждым оборудованием закреплен его технический паспорт и дата ввода в эксплуатацию.

По результатам трехмерного моделирования можно решать следующие задачи:
  • выполнять построение планов помещений, с указанием несущих конструкций, колонн, связей, пилонов, стен, перегородок, балок, дверных и оконных проемов;
  • выносить точные габаритные размеры всех вышеперечисленных конструкций, а также размеры, показывающие их взаимное расположение;
  • перевести имеющиеся только в бумажном виде чертежи в цифровой формат;
  • выполнить построение технологических схем, а также произвести контроль монтажа.
Зная все геометрические параметры, заказчик может определить изменения местоположения при эксплуатации технологического оборудования, всех несущих конструкций в пространстве и между собой, обнаружить деформации элементов.
Технология лазерного сканирования описывает точками всю поверхность каждого элемента съемки, тем самым обеспечивает большой объем контрольных точек, по которым осуществляется сбор информации о контролируемых параметрах.
Плановые измерения позволяют обеспечить сплошной контроль вертикальных элементов здания и получить значения прогибов и отклонений колонн от осей, а высотные — прогибов и наклонов горизонтальных элементов.
При стандартной геодезической съемке оператору необходимо производить точечные измерения по каждому элементу в отдельности, составлять абрис, делать фотографии с указанием направления снимка, его пространственного нахождения, формы, размера. На основании всего этого обработчик может представить себе общую картину объекта. И о результатах измерений можно будет судить только при их камеральной обработке.

При тахеометрической съемке получаются единичные измерения, поэтому и построения производятся путем наложения графических примитивов на характерные точки, что приводит к увеличению погрешности при моделировании и значительным временным затратам.

При лазерном сканировании мы получаем полную информацию об измеряемом объекте в режиме реального времени, а полнота и качество данных позволяют вести их обработку без составления дополнительных абрисов и в кратчайшие сроки. При камеральной обработке данных лазерного сканирования мы в автоматическом режиме вписываем элементы правильной математической формы в «облако точек», тем самым сводя к минимуму влияние «человеческого фактора».

Для сравнения, время, затраченное на создание 3D-модели фрагмента, представленного на рис. 2 и 3, методом тахеометрии составило 8 человеко-часов. С помощью лазерного сканирования этот фрагмент можно обработать за 3 человеко-часа.

Среди уникальных возможностей технологии наземного лазерного сканирования отметим три основных.
  • Во-первых, в технологии полностью реализован принцип дистанционного зондирования, позволяющий собирать информацию об исследуемом объекте, находясь на расстоянии от него. При этом получаемые данные приходят в виде координат точек поверхности, что расширяет возможности дальнейшей компьютерной обработки результатов. Эта особенность позволяет значительно снизить трудозатраты, повысить эффективность и сделать работу по проведению измерений более безопасной.
  • Во-вторых, по полноте и детальности получаемой информации лазерное сканирование превышает все другие методы. Плотность определяемых точек может исчисляться миллиметрами, что дает возможность адекватно отображать объекты самой сложной «нематематической» формы и практически неограниченно расширяет сферу применения технологии.
  • В-третьих, лазерное сканирование отличается непревзойденной скоростью работы. Информация об объекте в виде «облака точек» собирается за считанные минуты. Таким образом, технология имеет уникальную возможность оперативного мониторинга.

Дмитрий КРУТИКОВ,
ведущий специалист отдела обработки данных лазерного сканирования ФГУП «Уралгеоинформ» (Екатеринбург)
Нелли БАРАБАНЩИКОВА,
начальник отдела обработки данных лазерного сканирования
ФГУП «Уралгеоинформ» (Екатеринбург)

Литература
1. СНиП 3.01.03-84. Геодезические работы в строительстве. — взамен СНиП III-2-75, М., 1985 г.
2. Справочник по геодезическим работам с строительно-монтажном производстве/ С.П. Войтенк [и др.] — М.: Недра, 1990 г.
3. Жуков, Б.Н. Руководство по геодезическому контролю сооружений и оборудования промышленных предприятий при их эксплуатации. — Новосибирск: СГГА, 2004 г


Материал предоставлен ФГУП «Уралгеоинформ» (Екатеринбург)



Рис.1 Разрез корпуса мелкого дробления

Рис.2 Тахеометрическая съемка

Рис.3 Лазерное сканирование

к другим материалам