Архитектурные обмеры с использованием лазерного сканирования

Вернуться к списку статей

РЕЛИКВИЯ № 30/2013

к. т. н. Виноградов К. П.

Архитектурные обмеры с использованием лазерного сканирования: от объектов культурного наследия до инженерных сооружений

Наземно е лазерно е сканирование

О преимуществах лазерного сканирования, в том числе и на страницах нашего журнала, говорилось уже не раз. НЛС надежно зарекомендовало себя в качестве наиболее точного, эффективного и производительного метода сбора геопространственной информации о различных объектах. Суть метода заключается в измерении множества точек, принадлежащих поверхности исследуемого объекта, с помощью лазерного сканера. Результатом сканирования и предварительной обработки данных является облако точек исследуемого объекта в заданной системе координат. Основные преимущества метода — высокая скорость и высокая точность, полнота и детальность получаемых результатов, мгновенная трехмерная визуализация. В целом же применение НЛС позволяет получать качественноиные данные по сравнению с традиционно используемы-ми методами и технологиями обмеров (фототеодолитная съемка, тахеометрическая съемка).

Научно-производственное предприятие «Бента» одним из первых в Санкт-Петербурге стало использовать данный современный метод для создания архитектурных обмерных чертежей. Специалистами компании разрабатываются и регулярно совершенствуются новые способы обработки результатов НЛС, получившие признание в профессиональных кругах и успешно применяющиеся в производстве архитектурных обмерных работ, а также других видах инженерных изысканий. Сегодня наше предприятие имеет наиболее обширный арсенал измерительного оборудования для производства архитектурных обмерных работ. Его основу составляют две наземных лазерных сканирующих системы (НЛСС), различные по своим техническим характеристикам, принципу действия и предназначенные для разного рода задач: импульсная НЛСС Riegl VZ-400 (Австрия) и фазовая НЛСС Zoller&Frohlich Imager 5006 (Германия). Данные приборы отлично дополняют друг друга и позволяют выполнять сканирование как отдельных деталей и помещений, так и значительных сооружений и комплексов.

В результате сканирования мы получаем трехмерную точечную модель исследуемого объекта в заданной системе координат с высокой плотностью (расстояние между отдельными точками может достигать 2–3 мм). В процессе последующей обработки облаков точек создаются ортофотопланы, которые представляют черно-белое или цветное цифровое изображение исследуемого объекта высокой детализации, построенное по строгим математическим алгоритмам. В качестве поверхности проектирования могут выступать как плоскость, так и поверхности второго порядка: сфера, цилиндр, эллипсоид, тор и т.д. Это значит, что можно создавать развертки куполов, сводов, помещений с криволинейными стенами. В дальнейшем на основе ортофотоплана создается чертеж в векторной форме, соответствующий по точности и степени детализации требованиям нормативных документов. Результатом выполняемых нами обмерных работ является полный пакет чертежей, сведенных друг с другом. Сюда входят поэтажные планы зданий, разрезы, чертежи фасадов, интерьеров, деталей и шаблонов, а также точные цветные ортоизображения на прямолинейные и криволинейные поверхности любой сложности.

Создание обмерных чертежей усадьбы «Останкино»

Усадьба «Останкино», расположенная в Москве на 10-й Останкинской улице, является уникальным по сохранности памятником русской архитектуры XVIII века, объектом культурного наследия федерального значения. Дворец выстроен из дерева и привлекает внимание строгими формами классицистической архитектуры и изысканной красотой интерьеров. В 2013 году специалистами нашей компании были проведены работы по созданию обмерной документации интерьеров объекта по данным трехмерных точечных моделей и цветных ортофотопланов, полученных на основе НЛС и фотограмметрической съемки. Комплект обмерной документации оказался востребован для производства реставрационных работ и включал в себя развертки стен и потолков, а также разрезы (ил.1).

Трехмерное моделирование

Развитие технических и программных средств приводит к все большему распространению цифровых 3D-моделей, обладающих гораздо более существенными возможностями, нежели двумерные аналоги. Трехмерные модели могут быть поверхностными и твердотельными. Модели строятся в масштабе, который определяет их точность, состав и полноту. Трехмерная модель отображает реальное состояние объекта на конкретный момент. Она позволяет мгновенно получить сечения и проекции объекта на заданную плоскость, более объективно оценить влияние вновь создаваемых объектов на окружающую среду, а также решать многие другие задачи. Наше предприятие имеет опыт создания трехмерных моделей различного назначения, сложности и точности: от моделирования сложных архитектурных деталей до создания цифровых моделей местности (М 1:500 — М 1:5000) для использования в ГИС-системах. В качестве исходной информации для создания моделей может использоваться проектная документация, архивные чертежи и снимки, схематические обмеры, а также результаты наземного лазерного сканирования и цифровой или аналоговой фотограмметрической съемки. В настоящее время имеется большой спрос на трехмерные модели инженерных сооружений и промышленных площадок.

Создание трехмерной модели опор разводного пролета Дворцового моста в Санкт-Петербурге

Дворцовый мост, представляющий собой крупное инженерное сооружение, в настоящее время имеет неудовлетворительное состояние уникальных для своего времени механизмов разводного пролета и котлованов разводных опор.

Поэтому перед реконструкцией мостового перехода была поставлена задача получения трехмерной модели опор разводного пролета, включающей внешние детали и внутренне пространство опор со всеми элементами конструкций, оборудования, механизмов и помещений.

После сбора всей пространственной информации с использованием технологии НЛС камеральной группой осуществлялся импорт облаков точек в САПР Autodesk Autocad и последующая работа с ними (ил. 3). Следует отметить, что внутреннее пространство опор моста включает в себя множество повторяющихся элементов: металлических балок разного сортамента, наборов оборудования, механизмов и т. д. Их моделирование на основе точечной модели выполнялось путем вписывания в облако точек векторных твердотельных примитивов, созданных по образцу одного из элементов. После объединения всех векторных моделей была получена трехмерная модель опор, их оборудования и механизмов в формате .dwg (ил. 4). В заключение хотелось бы отметить, что НЛС — это только один, наиболее распространенный, детальный уровень съемки объектов. На базе предприятия постоянно ведутся исследования по совершенствованию как самой технологии лазерного сканирования, так и обработки его результатов.

Кроме того, разрабатывается возможность использования НЛС в комбинации с другими методами сбора геопространственных данных об объектах для комплексного и детального решения различных инженерных задач.