Terestrické laserové skenovanie
Technológia pozemného (terestrického) laserového skenovania, známa aj pod skratkou TLS, otvára nové horizonty v mnohých odboroch, od geodézie až po stavebníctvo. Táto pokročilá metóda merania umožňuje zachytiť detailné trojrozmerné modely objektov a terénu s vysokou presnosťou a efektivitou. Vďaka svojej schopnosti rýchlo a presne zbierať dáta sa pre nás TLS stala neoceniteľným nástrojom.
Čo je terestrické laserové skenovanie?
Princíp terestrického laserového skenera vychádza z klasických geodetických univerzálnych meracích staníc. Na určenie polohy jednotlivých meraných bodov sa využíva tzv. priestorová polárna metóda.
Prístroj teda pri meraní bodu registruje vodorovný uhol, výškový uhol a taktiež meria dĺžku medzi prístrojom a konkrétnym bodom. Dĺžka je meraná pomocou laserového lúča, z čoho vyplýva aj názov metódy terestrického laserového skenovania. Na základe týchto troch meraných veličín sú následne vypočítané súradnice meraného bodu v trojrozmernom priestore.
Rozdiel terestrického laserového skenera oproti klasickému geodetickému prístroju je ten, že body nie sú merané jednotlivo, ale laserový lúč je pomocou optického systému a automatického otáčania prístroja rozmetávaný do priestoru. Výsledkom je veľké množstvo bodov za veľmi krátky čas.
Priebeh merania s terestrickým laserovým skenerom
Laserové meranie 3D je mierne odlišné od klasických geodetických meraní. Na začiatku je potrebná rekognoskácia skenovanej lokality a návrh optimálneho rozmiestnenia stanovísk prístroja. Stanoviská treba určiť tak, aby boli vo výsledných skenoch zachytené všetky potrebné detaily.
Pred samotným skenovaním je ešte potrebné v danej lokalite rozmiestniť tzv. vlícovacie body. Meranie laserom na každom stanovisku totiž prebieha v lokálnom súradnicovom systéme prístroja, pričom systémy jednotlivých stanovísk spolu nijako nesúvisia.
Vlícovacie body slúžia práve na prepojenie súradnicových systémov jednotlivých stanovísk a vytvorenie kompletného spojitého 3D skenu lokality. Polohu vlícovacích bodov volíme tak, aby boli viditeľné aspoň z dvoch (prípadne aj viacerých) stanovísk. Na signalizáciu vlícovacích bodov sa v prípade terestrického laserového skenovania zväčša používajú šachovnicové terče (Obr. 1).
Niektoré najmodernejšie skenery už však obsahujú aj technológiu, ktorá sleduje pohyb skenera medzi stanoviskami a na základe neho vykoná predbežnú registráciu (spojenie) jednotlivých stanovísk do jedného celku. Následne sa pristúpi k samotnému 3D skenovaniu na jednotlivých stanoviskách.
(obr. 1): Vlícovací bod pre TLS – šachovnicový terč | zdroj: laserscanning-europe.com
Nastavenie parametrov 3D skenovania
Na začiatku sú nastavené parametre skenovania, pričom najdôležitejším je hustota skenovania, daná zväčša rozostupom bodov vo vertikálnom a horizontálnom smere na určitú vzdialenosť. Vzdialenosť si prístroj prepočíta na uhol, o ktorý sa bude pootáčať v každom kroku. Z ostatných parametrov môžeme spomenúť napr. rozsah skenovaného priestoru, teda či prístroj bude skenovať celý priestor v 360° uhle alebo iba jeho určitú časť.
Parametre 3D skenovania sa zväčša volia na základe účelu laserového merania a danej lokality. Od nastavených parametrov následne závisí čas merania na konkrétnom stanovisku aj počet výsledných bodov.
Druhou, nemenej dôležitou časťou je následné spracovanie meraní v kancelárii. Na spracovanie existujú rôzne softvéry, ktorých princíp je však podobný. Na začiatku sa načítajú výsledky z jednotlivých stanovísk a vykoná sa tzv. registrácia, teda spojenie jednotlivých stanovísk do jedného celku. Následne je možné v prostredí týchto softvérov vytvárať výstupy na základe objednávky a účelu merania.
Presnosť a rýchlosť terestrického laserového skenovania
Meranie pomocou terestrického laserového skenera sa vyznačuje vysokou efektivitou. Za niekoľko minút je možné získať súradnice miliónov bodov. Najmodernejšie skenery dokážu skenovať dokonca až rýchlosťou približne 700 000 bodov za sekundu. Presnosť určenia polohy jednotlivých bodov je taktiež pomerne vysoká.
Najmodernejšie skenery dosahujú presnosť určenia polohy bodu až na úrovni 1 až 3 mm, pričom dokážu pracovať v rozsahu od 0,5 m až do viac ako 1 km.
Výhody TLS a porovnanie s klasickým geodetickým meraním
Jednou z najväčších výhod terestrického laserového skenovania je získanie veľkého množstva meraných bodov za niekoľko minút. Ako sme už spomenuli, najmodernejšie skenery dokážu iba za jedinú sekundu naskenovať niekoľko stoviek tisíc bodov.
Na rozdiel od klasického geodetického merania pomocou univerzálnych meracích staníc, kde je potrebné selektívne vyberať najdôležitejšie body a prvky danej scény, laserový skener neselektívnym spôsobom zachytí celú scénu.
Na základe jeho výsledkov je teda možné vytvoriť tzv. digitálne dvojča – kompletný 3D model celej scény v digitálnom prostredí.
Výhodou je taktiež aj jeho vysoká presnosť, ktorá je na úrovni niekoľkých milimetrov a minimálne sa vyrovná najmodernejším univerzálnym meracím staniciam.
Manipulácia so skenerom je taktiež nenáročná. Na obsluhu sú však potrební odborníci, ktorí vedia navrhnúť optimálne rozmiestnenie stanovísk a nastaviť parametre merania tak, aby bolo čo najefektívnejšie.
Malou nevýhodou oproti geodetickému meraniu je stále pomerne vysoká cena prístrojového vybavenia a softvérov a vysoké nároky na dátové úložiská, ale komplexnosť výsledkov terestrického laserového skenovania tieto nevýhody s prehľadom vyrovná.
Obr. 2: Mračno bodov | zdroj: hexagongeosystems.com)
Výsledky terestrického laserového skenovania
Hlavným produktom merania pomocou terestrického laserového skenera je tzv. mračno bodov (Obr. 2). Je to súbor, ktorý obsahuje veľké množstvo bodov, ktoré majú určené súradnice v 3D priestore.
Väčšina moderných terestrických laserových skenerov dnes okrem samotného skenovacieho systému obsahuje aj kameru, ktorá vyhotovuje snímky vo vysokom rozlíšení zároveň so skenovaním. Tieto snímky následne slúžia na ofarbenie mračien bodov. Okrem priestorových súradníc majú teda jednotlivé body určenú aj farbu v systéme RGB.
Mračná bodov sú po prvotnom spracovaní a registrácii skenov z jednotlivých stanovísk ďalej spracovávané do ďalších produktov na základe objednávky a účelu laserového merania.
Pravdepodobne najčastejším výstupom je 3D model skenovanej lokality, kedy je pomocou rôznych počítačových algoritmov z mračna vytvorený trojuholníkový model s vysokým rozlíšením (Obr. 3).
Z mračien bodov je ale možné získať aj ďalšie výstupy, ako napr. 3D plán budovy alebo detailné digitálne modely terénu.
(Obr. 3): Tvorba 3D modelu z mračna bodov zobrazená na predmetoch | zdroj: greyc.fr
Kde sa využíva 3D skenovanie priestoru?
Terestrické laserové skenovanie nachádza v súčasnosti svoje uplatnenie v rôznych oblastiach. Umožňuje 3D skenovanie exteriéru, ako aj skenovanie interiéru.
Z oblastí, v ktorých môžeme využiť 3D skenovanie, spomenieme napríklad:
- Architektúra a projektovanie – 3D skener priestoru umožňuje vytvorenie 3D modelu budovy, ktorý umožňuje detailné vizualizácie, analýzy a plánovanie úprav. Proces terestrického skenovania tak umožňuje architektom, inžinierom a staviteľom efektívne pracovať s presnými a podrobnými 3D dátami budov.
- Investičná výstavba – S pomocou 3D skeneru možno snímať budovy, mosty, tunely, cesty a pod. pred a počas výstavby.
- Dokumentácia kultúrneho dedičstva – V tejto oblasti sa vytvárajú 3D modely budov, historických pamiatok pre účely rekonštrukcie a obnovy. (Obr. 4)
- Priemysel – na skenovanie a tvorba 3D modelov potrubných systémov. (Obr. 5)
- Sledovanie erózie pôdy – 3D skenovanie exteriéru sa využíva aj na mapovanie vodnej erózie.
- Povrchové lomy a skládky – Terestrické skenovanie na tvorbu 3D modelov, určovanie objemov.
(Obr. 4): Laserový sken kultúrneho dedičstva | zdroj: https://globalsurvey.co.nz/surveying-gis-news/the-vital-role-of-laser-scanning-in-heritage-conservation/)
(Obr. 5): Laserový sken potrubného systému | zdroj: fluidhandlingpro.com
Využite možnosť profesionálneho 3D skenovania priestoru
My v Geo-group ponúkame služby 3D skenovania v Bratislave, v Nitre, v Galante a ďalších mestách po celom Slovensku. Naše moderné technológie a odborné znalosti zabezpečujú presné a detailné digitálne záznamy rôznych priestorov, či už ide o vnútorné prostredia alebo exteriéry. Využite možnosť získať kvalitné 3D modely vašich projektov s našou profesionálnou podporou v hlavnom meste.
Terestrické laserové skenovanie priestoru transformuje spôsob, akým pracujeme s fyzickým svetom, posúvajúc hranice presnosti a efektivity. Meranie vzdialenosti laserom je pri tom kľúčovou technológiou, umožňujúcou zaznamenať detailné rozloženie a štruktúru objektov s výnimočnou presnosťou. Tieto údaje slúžia ako základ pre vytváranie 3D modelov budov, ktoré poskytujú odborníkom z rôznych oblastí – od architektúry po inžinierstvo – komplexný náhľad na plánované alebo existujúce stavby.