Skanowanie Laserowe 3D

Technologiczne wsparcie pracy specjalisty

Skanowanie laserowe 3D - co to jest

Zasadniczo jest to narzędzie do analizy obiektów i ich otoczenia w świecie rzeczywistym, które dostarcza wszelkich danych o kształtach i wymiarach. Zebrane informacje są niezbędne do stworzenia poprawnie odwzorowanego modelu 3D w formie cyfrowej. Ze względu na swoje działanie, proces ten eliminuje konieczność fizycznego kontaktu z mierzoną formą. Pozwala to uniknąć jakichkolwiek uszkodzeń czy błędów ludzkich, wystarczy wiązka światła skierowana na konstrukcję i stworzenie jej cyfrowej kopii w 3D. 

Dzięki rozwijającej się technologii skanowania 3D mamy obecnie kilka metod na odzwierciedlenie istniejących obiektów w postaci cyfrowych modeli 3D. Z pomocą przychodzą nam wszelkiego rodzaju narzędzia: od ręcznych skanerów, poprzez kompaktowe modele, aż po montowane na statywie, potężne moduły o dużej wydajności. W połączeniu z lustrzanką, dronem, LIDAR-em, odpowiednimi aplikacjami i – czy raczej przede wszystkim – ciężką pracą utalentowanych specjalistów, można stworzyć każdy projekt.

Wielu profesjonalistów wdraża technologię skanowania 3D do swojej pracy:

Technicy geodezyjni – do mapowania powierzchni i budowli.

Pracownicy budowlani, architekci, inżynierowie – do pomiarów budynków, wnętrz lub środowiska otaczającego budowany lub planowany obiekt.

Projektanci – do projektowania wnętrz, ale także projektów przemysłowych czy handlowych wynikających z zapotrzebowania na zmiany i przybudowy już istniejących budynków.

Skaner 3D - niezbędne narzędzie dla specjalisty geodety:

Technicy geodezyjni coraz częściej wzbogacają swoje portfolio o ofertę skanowania 3D dzięki szerokiej gamie dostępnych urządzeń.

W zależności od rodzaju sprzętu mogą one zapewniać różną precyzję, zasięg, wydajność, dlatego tak ważny jest wybór odpowiedniego dla konkretnej struktury.

Pomaga on w wizualizacji, pozyskiwaniu, przetwarzaniu i udostępnianiu formy cyfrowej z wysoką precyzją i jakością, ale także oszczędnością czasu. 

Rodzaje skanerów laserowych 3D

Można wyróżnić trzy najczęściej stosowane technologie skanowania 3D, aby zrozumieć do czego mogą być wykorzystane i na czym polega ich proces zbierania danych.

Technika
"Time of flight"

Skanowanie laserowe oparte na przesunięciu fazowym

Technika oparta na triangulacji

Technologia oparta na TOF jest najbardziej przydatna, gdy mapowanie musi obejmować  przestrzeń o dużej powierzchni i opiera się na prostej zasadzie: Wiązka/impuls laserowy wysyłany z urządzenia trafia na badaną strukturę i część z niej odbija się do odbiornika urządzenia.

Skanowanie laserowe 3d w systemie  TOF działa do 1000 metrów , jednak najczęściej  stosowany promień to 10-400 metrów.

Pomimo swojego niesamowitego zasięgu  istnieje minus dla tej metody pomiarowej. TOF jest mniej wydajny, jeśli chodzi o przetwarzanie danych, ponieważ prędkość przejmowania danych  liczy się od setek do tysięcy punktów na sekundę.

Jeśli chodzi o dokładność, to zależy ona od jakości sygnału wejściowego odbitego od obiektu i precyzji jego pomiaru przez odbiornik. Zazwyczaj błąd pomiaru waha się od 4 do 10 milimetrów i zależy od specyfikacji stosowanego systemu.

Większość urządzeń skanujących TOF posiada również opcję przechwytywania RGB za pomocą zaimplementowanych kamer lub zewnętrznych lustrzanek.

Urządzenia oparte na tym modelu wysyłają swoje sygnały w zmiennych fazach, a następnie szacują odległość do struktury za pomocą pomiaru częstotliwości, która jest emitowana i tej, która wraca do czujnika. Technika ta przeznaczona jest dla powierzchni o promieniu 90-130, ale typowa przestrzeń robocza zalecana dla urządzeń skanujących wynosi od 1 do 55 metrów.

Wszystkie urządzenia fazowe – jeśli chodzi o skanowanie laserowe 3d –  są uważane za najbardziej wydajne w przechwytywaniu chmur punktów, licząc do miliona pps (punktów na sekundę). Wysoka dokładność jest kolejną zaletą, która stawia je nad techniką Time-Of-Flight. Zapewniają również opcję przechwytywania RGB jak w przypadku poprzedniej technologii.

Laser w tym przypadku jest 1 z 3 elementów niezbędnych do wykonania pomiarów.

Drugim jest badany obiekt, a trzecim czujnik odczytu.

Umieszczając pierwszy i trzeci element w odpowiednich miejscach tworzy się trójkąt, gdzie kąty i odległość między nimi są dokładnie zmierzone. Po odpowiednim ustawieniu, źródło wypuszcza wiązkę, która następnie odbija się od celu w kierunku czujnika i w ten sposób, wykorzystując trygonometrię, mierzona jest odległość od struktury do lasera.

Technologia ta nadaje się do pomiarów do 5 metrów, gdyż dokładność maleje wraz ze wzrostem odległości.  Urządzenia oparte na technice triangulacji, najczęściej montowane w formie poręcznych skanerów przenośnych, nadają się do mapowania struktur o wymiarach od 1 cm do 5 m.

Podsumowując wszystkie techniki skanowania 3D jest to tylko kwestia interpretacji sygnału przychodzącego:

Dla “Time of flight” jest to liczenie mikrosekund, które światło musi przebyć od źródła do celu i z powrotem do zintegrowanego czujnika odczytu.

Jednostki skanujące oparte na fazie muszą obliczyć rozbieżność światła, które emitują i światła, które otrzymują.

Urządzenia oparte na triangulacji wykorzystują trygonometrię do obliczania odległości pomiędzy 3 elementami.

Skanowanie laserowe, jak każda technologia, ma swoje wady i zalety. Do zalet możemy zaliczyć szybkość wykonywania pomiarów oraz ich dużą dokładność. Wadami były kiedyś wysokie koszty urządzenia skanującego oraz konieczność stosowania komputerów o dużej mocy obliczeniowej. Wszystkie te wady  z czasem jednak straciły na znaczeniu w przeciwieństwie do korzyści wynikających ze skanowania laserowego 3D. W przypadku obiektów zabytkowych, które wymagają niezwykłej dokładności i jakości pomiarów, zastosowanie jakiejkolwiek innej technologii niż skanowanie laserowe wydaje się obecnie anachroniczne. W przyszłości wspomniana technologia, w inwentaryzacji budynków, w tym zabytkowych, będzie jedyną powszechnie stosowaną. Zwłaszcza, że można ją w pełni połączyć z technologią BIM.

Biorąc pod uwagę ilość możliwych sposobów pracy ze skanowaniem laserowym 3D, możemy śmiało stwierdzić, że technologia ta zostanie z nami na dłużej, a jej rozwój w najbliższych latach przyniesie nam kolejne możliwości.

Sala Kongresowa PKiN w Warszawie

Profesjonalne sposoby wykorzystania skanowania laserowego 3D

01.

Inżynieria lądowa / budownictwo lądowe

Badania wszelkiego rodzaju infrastruktury dostarczają wielu przydatnych danych, takich jak tworzenie cyfrowych map nowych instalacji, mapowanie istniejących tuż przed renowacją. Zastosowanie technologii trójwymiarowej pozwala na idealne odwzorowanie rzeczywistości w postaci obrazu cyfrowego i nałożenie nowego projektu łącząc wszystko w spójną całość.

02.

Budownictwo ogólne

Wdrożenie technologii laserowej 3D odgrywa ważną rolę w planowaniu i projektowaniu budynków i konstrukcji, jak również w ich budowie, konserwacji i procesach zarządzania.

03.

Urbanistyka

Usługi geodezyjne pozwalają na tworzenie modeli 3D, które stają się podstawą wielu operacji wewnątrz inteligentnych miast cyfrowych. Dzięki temu urbaniści mogą szacować ryzyko i podejmować decyzje w oparciu o wiedzę i informacje.

04.

Energetyka i przemysł

Dostarczanie i przetwarzanie danych, które są istotne dla planowania zakładów produkcyjnych, oceny wykrycia potencjalnych kolizji czy gromadzenia dokumentacji. Umożliwienie bezpiecznych pomiarów podczas pracy w niebezpiecznych warunkach.

05.

Dziedzictwo

Technicy geodeci uzbrojeni w skanery mogą zmierzyć każdą historyczną strukturę w wysokiej rozdzielczości. Wielowiekowe budynki, obiekty dziedzictwa kulturowego czy posągi mogą zostać zbadane i udokumentowane, dzięki czemu konserwatorzy i budowniczowie ograniczą ryzyko podczas swoich prac i zaplanują je z dużą precyzją.

06.

Mobilne mapowanie​

To urządzenie mapowania 3D może być najbardziej złożone pod względem ilości używanych skanerów.

Fuzja różnych pojazdów mobilnych, takich jak lądowe, latające, wodne, wyposażone w systemy mapowania, nawigacji, zdalne czujniki i wiele innych narzędzi, pomaga specjalistom oszacować i zwizualizować środowisko, niezależnie od tego, czy znajduje się ono na lądzie, czy nie.

07.

Kryminalistyka

Skanowanie i modelowanie otoczenia miejsca przestępstwa, takiego jak domy, pomieszczenia, witryny lub duże, otwarte przestrzenie, pomaga uchwycić precyzyjne dane, które mogą być bardzo przydatne podczas dochodzenia i rekonstrukcji wypadków.

Wykwalifikowany technik potrzebuje zaledwie kilku minut, aby wykonać wszystkie pomiary i zeskanować każdy element na miejscu zdarzenia, w przeciwieństwie do starych metod szkolnych, w tym nagrywania wideo i robienia zdjęć lub taśm mierniczych.

Istnieje wiele wersji urządzeń skanujących, które znajdują zastosowanie w różnych sytuacjach. Dla dużych przestrzeni wybralibyśmy sprzęt, który łatwo monitoruje środowisko, aby uzyskać “duży obraz” poprzez umieszczenie go w centralnym punkcie sceny. W pełni zautomatyzowane urządzenia pozwalają funkcjonariuszowi kryminalistyki zająć się inną częścią jego pracy, taką jak przesłuchanie świadka lub ofiary, bez konieczności wchodzenia w interakcje z urządzeniem.

Z drugiej strony mamy mniejsze i bardziej poręczne urządzenia przenośne, które doskonale sprawdzą się do uchwycenia pojedynczych obiektów, gdy musimy przesunąć skaner, aby uzyskać lepszy kąt. Skanowanie pozycji zwłok, uszkodzonych elementów czy różnego rodzaju dowodów pozostawionych przez podejrzanego.

08.

Archeologia

Czasami to tajemnice przeszłości, które musimy zbadać i zrozumieć, aby pojąć zasady rządzące światem. Tu znów z pomocą przychodzą nam nowoczesne technologie.

Wszelkiego rodzaju skanery odgrywają ważną rolę, gdy nurkujemy w głąb wykopalisk archeologicznych.

Bezpieczne, nieinwazyjne pomiary mogą być wykonywane od pojedynczego garnka lub kości do całych budynków i starożytnych miast. 

Archeolog może łatwo skopiować swoje odkrycia do postaci cyfrowej, aby na koniec stworzyć model badanej struktury w jej oryginalnym kształcie.

Tysiące skanów 3D o wysokiej rozdzielczości są zbierane podczas tego procesu w bardzo krótkim czasie. Technologia ta oszczędza godziny pracy, które musielibyśmy poświęcić stosując inne metody, takie jak fotogrametria, GPS i tachimetry. Wszystkie zebrane dane umożliwiają udostępnienie wszystkim  historycznych odkryć w postaci dokumentacji, wirtualnych modeli 3D czy projektów.

Skontaktuj się z nami

Jesteś zainteresowany współpracą? Zadzwoń lub napisz do nas – odpowiemy na wszelkie pytania.

+48 608-083-278