Наземное лазерное сканирование

7.1. Основные принципы организации
системы наземного лазерного сканирования

Система для наземного лазерного сканирования состоит из наземного лазерного сканера (НЛС) и полевого персонального компьютера со специализированным программным обеспечением. НЛС состоит из лазерного дальномера, адаптированного для работы с высокой частотой, и блока развертки лазерного луча [12].

Суть технологии лазерного сканирования заключается в определении пространственных координат точек местности (поверхности объекта). Это реализуется посредством измерения расстояний до всех определяемых точек местности с помощью лазерного безотражательного дальномера. При каждом измерении луч дальномера отклоняется от своего предыдущего положения так, чтобы пройти через узел некоторой воображаемой сетки, называемой сканирующей матрицей. Количество строк и столбцов матрицы может регулироваться. При этом чем выше плотность точек матрицы, тем выше плотность точек на поверхности объекта и тем выше точность результатов измерений снимаемого объекта. Все измерения производятся с очень высокой скоростью – до нескольких десятков и сотен тысяч измерений в секунду [16].

Прибор, реализующий на практике приведенную технологию измерений, называют лазерным сканером (рис. 37). В конструкции сканера отсутствуют обязательные атрибуты традиционных геодезических приборов: зрительная труба, устройство наведения (визир, целик и т. д.), устройство центрирования, метка на корпусе для измерения высоты прибора, уровень.

Результатом работы сканера является множество точек (пикселей) с вычисленными трехмерными координатами. Такие наборы точек принято называть облаками точек или сканами. Обычно количество точек в одном скане может варьироваться от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов. Вначале координаты точек каждого скана определяются в условной системе координат самого сканера.
Рис. 37. Лазерный сканер

В большинстве конструкций сканеров используют импульсный лазерный безотражательный дальномер. На пути к снимаемому объекту импульсы лазерного излучения проходят через систему зеркал, которые осуществляют пошаговое отклонение лазерного луча. Чаще всего конструкция лазера состоит из двух подвижных зеркал, приводимых в движение прецизионными сервомоторами, обеспечивающими точное наведение лазерного луча на тот или иной узел сканирующей матрицы. По известным углам разворота зеркал в момент наблюдения и измерения расстояния процессор вычисляет трехмерные координаты каждой точки.

Все управление работой прибора осуществляется посредством специального портативного компьютера с соответствующим программным обеспечением. Полученные трехмерные значения координат точек местности передаются на компьютер по интерфейсному кабелю и накапливаются в специальной базе данных. При этом объемы данных, получаемых со сканера, могут измеряться сотнями мегабайт, а порой и гигабайт.

Каждый сканер имеет определенную область обзора или поле зрения. Предварительное наведение сканера на исследуемые объекты осуществляется либо с помощью встроенной цифровой фотокамеры, либо по результатам предварительного сканирования. Работа по сканированию нередко происходит в несколько сеансов из-за ограниченного поля зрения и из-за специфической формы объекта. Для обеспечения процесса «сшивки» сканов, снятых с разных позиций сканера в пределах зон взаимного перекрытия, размещают специальные мишени, координаты которых обычно определяют с помощью безотражательного тахеометра.

	Поскольку при сканировании координаты точек вычисляются в системе координат самого сканера (рис. 38), для перевода всего массива данных в нужную систему координат нужно определить координаты как минимум трех мишеней.
Рис. 38. Система координат лазерного сканера