Рассматриваются технические средства создания векторных моделей объектов с использованием фотограмметрии и лазерного сканирования. Определена погрешность мобильного лазерного сканирования. Подтверждено, что средства лазерного сканирования в значительной степени способствуют развитию методов представления информации о местности.
Ключевые слова: лазерное сканирование; фотограмметрия; методы получения информации; среднеквадратичная погрешность; пространственные координаты
Введение. Цифровизация во всех сферах жизнедеятельности дает возможности для применения высокотехнологичного инструментария во многих отраслях, в том числе в геодезии. В настоящее время особое место занимает лазерное сканирование, которое по праву считается наиболее точным, расширяет возможности теории и практики фототопографического метода в сборе информации о пространстве, о местности, о разломах земной коры и др. Несомненным достоинством является информатизация процесса сбора информации, цифровая обработка статистических данных, высокий уровень достоверности полученных результатов.
Примечательно, что главное отличие лазерного сканирования от традиционных методов в измерении расстояний до точек объектов с помощью лазерного дальномера в режиме не отражения или без отражательном. В связи с чем, пространственно-временные данные об инженерных объектах, местности, рельефе используются в науке, технике, строительстве, а также необходимы для решения многих задач: экологических; оборонных, инженерно-строительных, управленческих и др., так как позволяют анализировать на основе трехмерного геоинформационного обеспечения.
Степень разработанности темы. Лазерное сканирование является научным направлением, основой которого являются достижения в области фотограмметрии, дистанционного зондирования и геодезии ученых И. Т. Антипова, А. П. Гука, Ф. В. Дробышева, И. Г. Журкина, А. В. Комиссарова, Е. Б. Клюшина, А. Н. Лобанова, В. В. Погорелова, В. П. Пяткина, Л. К. Трубиной, В. Ф. Чекалина, Boehler W., Ingensand H., Lichti D., Milev I., Rietdorf A.,, Ullrich A., Zlatanova S., Zamechikova M. и других.
В связи с чем, целью исследования стало комплексное применение методов фотограмметрии, лазерного сканирования и классической геодезии при моделировании объектов археологического наследия на примере дома по ул. Фридриха Энгельса 72а города Воронежа.
Решались следующие задачи:
— анализ степени разработанности методов фотограмметрии лазерного сканирования в отечественной и зарубежной теории и практике геодезии;
— теоретическое обоснование и эмпирическое исследование принципов фотограмметрии и лазерного сканирования и классической геодезии;
— выявить и проанализировать погрешности методов, предложить корректировки, что должно привести к повышению точности технологии наземной лазерной съемки.
В качестве исходных данных использованы аналитические макеты лазерного сканирования; руководства по использованию лазерных сканеров; интернет-ресурсы, научные публикации.
Результаты и их обсуждение
В процессе подготовки к лазерному сканированию местности для получения пространственных данных по линейному объекту с помощью наземного лазерного сканирования, съемка должна осуществляется с множества станций, так как максимальная дальность действия ЛС ограничивается 500 м. Местоположение станций выбирается таким образом, чтобы сканирующий луч мог охватить все элементы снимаемого линейного объекта, а в объектив не попали объекты, мешающие сканированию.
Благодаря высокой плотности сканирующей матрицы лазерный луч может миновать различные растительные насаждения и получить координату непосредственно поверхности земли. По завершении сканирования получается большое количество точек, относящихся к рельефу местности. При построении цифровой модели рельеф такое количество точек является избыточным. Таким образом, при камеральной обработке, из всего массива точек выбираются только те, которые имеют наибольшее влияние на формирование рельефа. Наземное лазерное сканирование имеет множество преимуществ, но также у данного вида съемки имеются и недостатки как организационного, так и технического характера.
Проблемой использования НЛС в геодезии и топографии является их метрологическая аттестация. На данный момент не существует единой методики исследования точностных характеристик лазерного сканирования. Также отсутствуют ГОСТы, которые предписывали бы порядок выполнения работ на станции, тип и содержание сдаваемых работ, а также требования точности, предъявляемые к трехмерным моделям.
В процессе исследования были выявлены и охарактеризованы особенности использования мобильного лазерного сканирования. Обработка данных МЛС для различных приложений обычно выполняется тремя последовательными этапами:
— удаление выбросов, шума и нежелательной информации;
— обработка отфильтрованных данных для извлечения объекта;
— моделирование или создание базы данных ГИС.
Поскольку данные, полученные посредством МЛС, плотные и объемные, их обработка требует интенсивного ручного вмешательства, то необходимо использование мощного компьютера и высококвалифицированного персонала для обработки таких данных.
Анализ результатов обработки материалов наземной лазерной съемки и специальных экспериментальных исследований показал, что погрешность построения трехмерных моделей объектов колеблется в пределах от средней квадратичной ошибки единичного измерения, в связи с чем требуется математическое моделирование. В результате анализа работы МЛС была выполнена классификация погрешностей по следующим группам (см. рисунок)
Рис. 1. Классификация погрешностей МЛС
Проведенное исследование показало, что теория фотограмметрической обработки данных лазерного сканирования и результаты практических исследований показали повышение точности определения линейных элементов внешнего ориентирования сканов на 17–35 %. На основе теории фотограмметрической обработки данных лазерного сканирования актуальными и целесообразными являются методы сжатия, фильтрации и классификации сканов для повышения качества и скорости их обработки.
Литература:
- Комиссаров, А. В. Теория и технология лазерного сканирования для пространственного моделирования территорий: автореферат дис.... доктора технических наук. — Новосибирск: Сиб. гос. ун-т геосистем и технологий, 2016. — 48 с.
- Наземное лазерное сканирование: монография / А. В. Середович, А. В. Комиссаров, Д. В. Комиссаров, Т. А. Широкова. — Новосибирск: СГГА, 2009. — 261 с.
