местах (рис. 12.5). На случай остановки система может прекратить сбор данных и возобновить его при продолжении движения. Указанные системы поставляются с программным обеспечением, которое наилуч-
шим образом позволяет плани- |
Рис. 12.5. Типичное место оператора |
ровать съемку, ее проведение и |
|
вывод окончательных данных. Плотность сканирования при использовании, например, одного сканера в системе StreetMapper 360 со-
ставляет (табл. 12.1):
Таблица 12.1
Скорость км / час |
25 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
Плотность, точек / м2 |
1440 |
900 |
600 |
450 |
360 |
|
|
|
|
И |
|
||
|
Д |
|
|
|
||
|
А |
|
|
|
|
|
Данные, накопленные за 1 ч съемки, могут быть полностью об-
работаны в течение 1 ч.
Технология лазерной съемки достигла такой ступени развития, когда она позволяет формировать графические изображения исключительного качества, насыщенные структурными и топографически-
Ссъемки12.2. остав и отличие наземных мобильных
ми деталями. В отличие от фотографий, и плоских изображений, получаемые данные на основе лазерного сканирования, являются трех-
мерными по своей пр роде, не тре уют ортотрансформирования и |
|
могут быть получены в ночное время. Работа лазера не зависит от |
|
окружающего освещен я, что является существенным для мобильной |
|
наземной |
б, поскольку сканирование можно проводить ночью, |
когда дв жен |
н мально. |
сканирующих систем
На сегодняшний день системы мобильного картографирования предлагают пользователям канадская компания Optech Inc. и германская IGI mbH-Riegl . Обе эти компании занимаются также производством аэросъемочных лидаров, иначе называемых воздушными ла-
156
зерными сканерами или локаторами. И это не просто совпадение, поскольку методики получения данных съемки с использованием автомобильных и авиационных платформ не имеют принципиальных отличий. В обоих случаях в качестве основного источника данных при-
меняются сканирующие лазерные дальномеры, съемка ведется в ди- |
|
намическом режиме, а координатная привязка осуществляется за счет |
|
использования систем прямого геопозиционирования, принцип дей- |
|
|
И |
ствия которых основан на обмене данными в реальном времени меж- |
|
ду системой спутниковой навигации GPS (ГЛОНАСС) и инерциаль- |
|
ной системой. |
|
Единственное существенное функциональное отличие в системе |
|
прямого геопозиционирования, используемой для автомобильных |
|
|
Д |
платформ, это появление третьего независимого источника навигаци- |
|
онной информации: датчика скорости или пройденного пути. Этот |
|
дополнительный источник геопространственной информации позволяет получить еще более точное и достоверное навигационное решение. Количество сканирующих модулей, схема их установки и развертка, как правило, отличаются от аэросъемочных систем. В системах мобильного картографирования чаще применяют не один, а от двух до четырех сканирующих модулей, что обеспечивает более полное покрытие сцены съемки во всех ракурсах и минимизирует теневые участки. Что касается траектории сканирования (развертки), то по общему признанию специалистов, оптимальной является круговая развертка, так, как это исполнено в системе Lynx компании Optech
или в новой модели StreetMapper360.
|
Для |
|
дополнительной информации сканирующие бло- |
|
ки часто ком |
руются с цифровыми фотокамерами, видеокамера- |
|||
ми, теплов зорами |
|
А |
||
|
пр. Совместное использование лазерно- |
|||
локац онных |
фотограф ческих данных позволяет при визуализации |
|||
назначать каждой лазерной точке её естественный цвет, что приводит |
||||
к |
появлен ю |
бфотореал стичных трёхмерных цифровых моделей |
||
(р |
с. 12.6, 12.7). |
|
|
|
|
получения |
|
||
С |
|
|
|
|
Рис 12.6. Каркасная 3D модель в формате CAD с лазерными данными
157
Рис. 12.7. 3D текстурированная модель. Анализ маршрута при перевозке грузов нестандартных размеров
Все устройства жестко крепятся на специальной платформе, которая, по заявлениям производителей, может быть установлена «практически на любой автомобиль». В определенном смысле это
действительно так, хотя в каждом конкретном случае возникает мно- |
|
жество вопросов, связанных с обеспечением допустимой механиче- |
|
|
И |
ской нагрузки, режимом электропитания, согласованием схемы уста- |
|
новки с дорожной полицией и пр. |
|
По сравнению с аэросъемочными лидарами системы мобильного картографирования гораздо меньше зависят от погодных условий. Однако сама область их применения для исследования городских территорий часто означает съемку в неблагоприятной GPS-обстановке, когда количество наблюдаемых спутников сильно ограничено, так как видимость закрыта радионепронициемыми объектами (высотные дома, деревья и пр.). Особенно сложная ситуация наблюдается, если съемку приходится вести в тоннелях. ля компенсации неблагоприятной GPS-обстановки разворачивают сеть съемочного обоснования (в городских условиях возможности геопривязки значительно больше, чем в чистом поле), выбирают ведение съемки на коротких дальностях (как правило, до 100 м), таким образом уменьшая ошибку опре-
деления пространственных координат из-за погрешности угловых |
||||||
элементов внешнего ориентирования, и используют специальное про- |
||||||
|
|
|
|
Д |
|
|
граммное о еспечение, которое на камеральной стадии позволяет |
||||||
компенсировать |
ки инерциальной системы, оставшейся без GPS- |
|||||
|
|
поддержки. |
|
|
||
|
|
|
Классические |
мобильные |
системы |
|
|
|
А |
|
|
||
|
|
устанавливаются без всяких ограничений и |
||||
|
|
успешно эксплуатируются и с плавучих |
||||
|
|
платформ (рис. 12.8), хотя у мобильного |
||||
|
|
картографирования «с воды», несомненно, |
||||
б |
|
|
|
|||
оши |
есть свои особенности, которые выделяют |
|||||
этот вид съемки среди аналогичных. |
||||||
|
Компания Applanix предложила |
|||||
первую из известных истории морскую (а |
||||||
|
|
равно речную и озерную) систему мобиль- |
||||
|
|
ной |
|
съемки, |
имеющую |
название |
|
|
LANDMark Marine. |
|
|
||
Рис. 12.8. StreetMapper 360 – |
|
|
|
|
|
|
СRiver. Прибрежные съёмки |
|
|
|
|
|
|
158
Система мобильного картографирования LYNX Mobile Mapper, разработанная канадской фирмой Optech полностью решает задачи инженерного и топографического обследования протяженных объектов (улицы, проспекты, коммуникации и другие объекты инфраструктуры города), где неэффективно, затруднено или невозможно использование стационарных наземных сканеров, а технология воздушного лазерного сканирования не обеспечивает необходимую плотность и точность сканирования.
Система LYNX Mobile Mapper особенно актуальна для сбора данных лазерного сканирования в условиях города: при скорости обследования до 100 км/ч она обеспечивает беспрецедентную детальность трехмерных изображений со средней абсолютной точностью лучше пяти см (при этом дальномерная точность составляет ±7 мм) и плотностью данных вплоть до первой точки на 1 см 2. Технические характеристики даны в табл. 12.2.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица12.2 |
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
Максимальная дальность |
|
>100 м (при 20% отражательной |
||||
|
|
способности) |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
Дальномерная точность |
|
7 мм (1 sigma) |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
|
Пространственное разрешение |
|
До 1 см на скорости 100 км/ч |
|
|||
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
Абсолютная точность |
|
Лучше 5 см (при хорошей GPS обстановке) |
||||
|
|
|
|
|
|||
|
Система прямого геопозициониро- |
Applanix POS LV 420 |
|
|
|||
|
вания и ориентирования IMU/GPS |
|
|
|
|
||
|
Угол обзора сканера |
|
360° при отсутствии препятствий |
||||
|
|
|
А |
|
|
||
|
Частота скан рован я |
|
До 9000 об/мин |
|
|
||
|
|
|
|
||||
|
Частота мпульсов |
|
100 000 импульсов/с для каждого сканера |
||||
|
|
|
|||||
|
Ч сло змерен й для одного мпульса |
До четырех отражений одного луча |
|||||
|
|
б |
|
|
|
||
|
Ч сло сканеров |
|
|
От 1 до 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч сло фотокамер |
|
|
До 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Возможность |
|
|
Пригодно на любые транспортные средства |
|||
|
установки |
|
|
|
|
|
|
|
Рабочие температуры |
|
-20° до 40 °C (внешняя) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
Температура хранения |
|
-40 до 80 °C |
|
|
||
С |
|
|
|
|
|
|
|
Данная система может включать несколько лазерных сканеров (до четырех) и цифровых фотокамер (до двух). Использование нескольких сенсоров позволяет оптимизировать зону охвата и минимизировать зону лазерной тени. Съемочный комплекс представляет со-
159
бой единый, жестко устанавливаемый на крышу модуль, подходящий к стандартным транспортным средствам и допускающий небольшие механические «адаптации». Поставляемый модуль содержит две платформы для установки сканеров с возможностью их переориентирования, два посадочных места для камер и крепление для установки антенны системы IMU/GPS. Жесткость блока и всех креплений гарантирует неизменность пространственных и угловых «выставочных» параметров.
Программное обеспечение состоит из двух частей LYNX-Survey
и LYNXProcess.
Система позволяет получать геопространственные данные для:
• высокоточных цифровых карт и трехмерных моделей рельефа,
растительности и объектов городской застройки; |
|
|
|||
• |
предпроектных |
топографических |
и |
инженерно- |
|
изыскательских работ; |
|
|
И |
||
• |
исполнительной документации; |
||||
• |
|
|
|
||
мониторинга коммуникаций и оценки их технического состо- |
|||||
яния; |
|
|
|
|
|
• планирования ремонтных и регламентных работ; |
|
||||
• |
кадастра; |
|
Д |
|
|
• |
3-D моделирования городов; |
|
|||
|
|
|
|||
• охраны исторических и культурных памятников;
Средачдорогит.д., спец ал сты могут построить высокоточные трехмерные компьютерные модели. Полученные модели чрезвычайно важны для
• обследования открытых карьеров и пр.
Система Lynx Mobile Mapper о ладает уникальными возможно-
стями по быстрому трехмерному сканированию автодорог, инфраструк- |
|
|
А |
туры, здан й |
сооружен й. Сканирование производится лидарами, |
установленными на транспортном средстве. Благодаря сканированию |
|
всех деталей |
ее окрестностей, включая дорожные ограждения, |
|
б |
трещ ны в дорожном покрытии, кюветы, воздушные линии электропе- |
|
планирования новой схемы дорог и их ремонта, для оценки маршрутов перевозки негабаритных грузов и управления инфраструктурой
(рис. 12.9).
Рис. 12.9. Транспортная развязка: трехмерное облако точек / трехмерная
CAD-модель
160