Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Лазерное сканирование зданий и сооружений: все, что нужно знать заказчикуСейчас к результату проведения геодезических работ предъявляются более строгие требования, чем когда-либо. Важна полнота, точность и объективность всей полученной информации. Для того чтобы удовлетворять потребности современных заказчиков, специалистам приходится постоянно совершенствовать свои навыки и методики. Так, относительно недавно стало возможно лазерное сканирование зданий и сооружений. В этой статье мы расскажем о его принципах, особенностях и преимуществах. После этого вы сможете определиться, стоит ли вам воспользоваться новейшими разработками, или же отдать предпочтение консервативным методам.

Проведение инженерно-геодезических работ подразумевает использование специальных приборов. Для их производства используются последние достижения многих отраслей науки, в том числе, оптики, электроники, механики. Одним из недавних изобретений стал электронный лазерный безотражательный тахеометр. Такой прибор значительно упростил выполнение многих геодезических задач, увеличил эффективность работы специалистов в области архитектурных обмеров. В сравнении с используемыми ранее измерительными системами, появление тахеометра нового образца увеличило продуктивность в три раза.

Хотя новые приборы появились совсем недавно, вскоре и они не смогли справляться со всеми запросами современного строительства. Возникла потребность не только в точности координатных измерений, но также в построении цифровых моделей объектов. Как выяснилось на практике, для этого требуется гораздо больше информации, чем могут дать стандартные тахеометры. Трехмерное лазерное сканирование зданий стало единственным оптимальным решением поставленной задачи. С его помощью удалось добиться максимальной детализации объектов, что позволило получить точные цифровые модели и изображения.

Что собой представляет лазерное сканирование?

Лазерное сканирование объектов – это новейший метод получения 2D и 3D моделей окружающего пространства. В процессе работы приборов создается облако точек с пространственными координатами, которые в итоге дают объемное изображение. Полученная модель объекта может содержать от нескольких тысяч до нескольких миллионов координатных точек. При этом измерения проходят с точностью до миллиметра.

Принцип работы лазерного сканера можно сравнить с работой любого радара. Он заключается в излучении лазерного луча, который обладает высокой частотой, и отражении его на колеблющемся зеркале. Так, луч достигает объекта, а затем вновь возвращается в отправную точку. В этот момент прибор фиксирует время возврата, согласно которому получает данные о расстоянии, на котором находится объект. Так создается облако точек. При этом стоит отметить, что прибор может отправить сразу множество лучей, то есть мгновенно получить информацию сразу о значительной части объекта.

В отличие от использования тахеометра, этот метод проведения съемки является бесконтактным и максимально автоматизированным. Прибор содержит специальный сервопривод, который самостоятельно вращает измерительную головку в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Специалисту не нужно больше нажимать какие-либо кнопки для включения дальномера или записи полученных координат, выискивать цель через окуляр тахеометра, переставлять технику с места на место и пр. Теперь все необходимые измерения можно провести с одной точки без ущерба точности.

Основные виды 3D-сканирования

В зависимости от сложности объекта, его величины и технических особенностей, вам могут быть предложены следующие виды лазерной съемки:

1. Наземное лазерное сканирование. Оно производится с помощью статичного прибора. Визуализация объекта происходит путем наведения визира, или же путем предварительного сканирования при небольшой плотности координатных точек. Затем проходит более детальное моделирование каждой отдельной поверхности и сбор всех полученных данных в единый массив. Для проведения этого типа работ не требуется установка дополнительных отражателей, меток или маркеров.

2. Мобильное сканирование. Съемка проходит с помощью все тех же приборов, но они при этом закреплены на транспортное средство. Оно, в свою очередь, движется по установленному маршруту для сбора необходимых данных. Сами приборы обладают встроенными компенсаторами наклонов и вибраций, а также очень жестко крепятся к своему «носителю». Все это позволяет избежать каких-либо неточностей, которые могли бы возникнуть за счет осуществления съемки в движении.

3. Сканирование с воздуха. Такой тип работ считается наиболее быстрым и детальным. Он позволяет получить картинку местности с учетом всех особенностей рельефа. При этом можно установить определенную ярусность, чтоб в дальнейшем иметь возможность отдельно работать с объектами инфраструктуры, земной поверхностью, зданиями и пр.

Виды и особенности лазерных сканеров

Лазерный сканер способен проводить до миллиона измерений за одну секунду. Облако точек, которое получается в результате его работы, можно затем вывести на экран в виде двухмерного или трехмерного изображения. Главными характеристиками прибора являются показатели точности, дальности, скорости сбора данных, а также угол обзора. Выбор в пользу того или иного сканера зависит от технологических требований изучаемого объекта. На сегодняшний день доступны следующие варианты:

1. Сканеры среднего радиуса действия. Дальность до 100 м, допустима погрешность в несколько миллиметров.

2. Сканеры дальнего действия. В работе допускают погрешность от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, работают с дальностью в сотни метров.

3. Маркшейдерские сканеры. Дальность – более километра, погрешность – до дециметра.

Сферы применения трехмерного моделирования

Трехмерное сканирование объектов позволяет создавать цифровые модели не только отдельных зданий и сооружений, но и целых комплексов или территорий. С его помощью можно получить точные данные даже при работе со сложными архитектурными формами. Это позволяет широко использовать метод для различных научных исследований, реставрации памятников и пр. Также лазерное сканирование применяют для решения следующих задач:

· создание трехмерного кадастра недвижимости;

· проектирование или топографическая съемка элементов инфраструктуры, промышленных сооружений;

· создание 3D моделей рельефа, сложных технологических объектов;

· сохранение данных об архитектурном наследии;

· съемка фасадов любой сложности;

· получение информации о количестве насыпей и выемок грунта для предприятий горной промышленности;

· слежение за деформациями готовых или строящихся объектов;

· сбор данных для дальнейшего строительства объекта, его полной или частичной реконструкции, планового ремонта и т.д.

По сути, лазерное сканирование зданий и сооружений является универсальной технологией, тем не менее, существует ряд задач, для которых оно является единственным возможным вариантом решения. Так, к примеру, при проектировании реконструкции здания или контроля за его строительством, только этот метод позволит получить актуальную цифровую модель на каждом этапе. Также высокая автоматизация гарантирует большую точность и достоверность информации при архитектурных обмерах, геодезической съемке интерьеров и фасадов зданий.

Отдельно стоит сказать о применении лазерного сканирования при съемке объектов транспортной инфраструктуры. Преимущество метода заключается в том, что для его использования нет необходимости останавливать движение. Так, можно получить данные о состоянии различных транспортных объектов – мостов, тоннелей, автодорог – без каких-либо неудобств. Это часто необходимо для создания топографических планов, электронных банков данных, проектирования реконструкции или ремонтных работ.

Наземное лазерное сканирование позволяет осуществлять геодезический контроль в горной промышленности. Так, с помощью современных приборов можно получить точные данные о шахтах, тоннелях, открытых выработках и пр. При этом можно контролировать оползневые процессы, проверять устойчивость бортов штолен и карьеров.

В археологии трехмерное моделирование востребовано в целях сохранения точных данных об исследуемых памятниках. Эта информация может использоваться как в научных целях, так и в качестве виртуального музея. Также сканирование применяют для фиксации находок и мест раскопок.

Преимущества метода лазерного сканирования

Лазерное сканирование – это выгодная экономия материальных и временных затрат. Оно позволяет в кратчайшие сроки получить максимальное количество данных, а затем создать детальную 3D-модель объекта. Это дает возможность хранить в электронном виде подробную информацию о любом объекте, будь то архитектурный памятник, жилой комплекс, промышленное здание, рельеф территории и пр. При этом она может быть в дальнейшем использована в различных компьютерных программах для планирования реконструкций, ремонтных и строительных работ. Современные приборы создают системы данных, которые совместимы с Autodesk, AVEVA, AutoCAD, Intergraph и прочими средствами проектирования мировых производителей.

Также к преимуществам лазерного сканирования стоит отнести следующие его особенности:

1. Высокая точность. Погрешность приборов находится на минимальном уровне. Кроме того, сканеры можно настроить на фиксацию первого или последнего отражения. Например, это позволит различить грунт и растительность и пр.

2. Полнота информации. Лазерные сканеры создают облака из миллионов точек с пространственными координатами. Это значит, что даже самые мелкие детали объекта будут учтены в цифровой модели.

3. Мгновенная визуализация. Современные приборы работают таким образом, что вы сразу же получите все результаты в 3D-виде. Соответственно, не придется тратить дополнительное время на обработку данных и привлекать для этого специалистов.

4. Безопасность. Когда речь идет о съемке опасных или труднодоступных объектов, лазерное сканирование является наиболее оптимальным вариантом. Дальность работы приборов и угол их обзора позволят получить точные данные с безопасного расстояния.

5. Автоматизация. Правильная настройка оборудования позволит совершать все необходимые измерения простым нажатием кнопки, что исключает практически все внешние влияния на результат инженерно-геодезических работ.

Недостатки технологии

Для объективной оценки возможностей лазерного сканирования, стоит уделить внимание и его недостаткам. На самом деле, их не так много, при этом, приборы постоянно совершенствуются и появляются все более универсальные модели. Тем не менее, на данный момент можно отметить следующие неудобства при работе с лазерными сканерами:

1. Большинство современных моделей сканеров не предназначены для работы при минусовой температуре. Таким образом, в зимнее время воспользоваться преимуществами технологии может оказаться затруднительно. Сейчас доступны новые приборы, работающие до -20 градусов, но далеко не каждая компания может похвастаться наличием такого оборудования. Кроме того, его использование может обойтись дороже.

2. При лазерном сканировании сложных архитектурных форм возникают определенные трудности с автоматическим переносом данных в программы компьютерного моделирования. Это связано с тем, что большинство подобных приложений описывают здания лишь самыми простыми геометрическими формами. Соответственно, при моделировании архитектурных памятников или сложных интерьеров придется переносить многие данные вручную.

Также стоит отметить, что лазерное сканирование зданий и сооружений не является полностью автоматической процедурой. Безусловно, оно позволяет избежать многих трудоемких задач, а сложные и опасные измерения осуществляет одним нажатием кнопки. Тем не менее, для получения полной картины все равно понадобится работа специалиста, поскольку необходимо правильно выбрать точки для съемки, спланировать сеансы сканирования и пр. Особенно это важно при работе со сложными объектами, например, архитектурными памятниками. Иногда для получения необходимых данных точки устанавливают, как внутри, так и снаружи здания.

Сколько стоит лазерное сканирование зданий и сооружений?

Многие заказчики считают, что использование новых технологий и более точных приборов обязательно связано с дополнительными финансовыми затратами. Именно поэтому они отдают предпочтение более консервативным методам, пытаясь таким образом немного сэкономить, хоть и с потерей точности. На самом деле, если речь идет о сканировании небольших зданий или территорий, то применение 3D-сканера обойдется примерно в ту же сумму, что и при других наземных видах съемки. При этом более точные данные и максимальная детализация позволят избежать лишних затрат при дальнейшем проектировании и строительстве.

Что же касается крупных объектов, то здесь трехмерная съемка значительно выигрывает у тахеометрической, поскольку большинство данных можно будет получить с одной точки. Соответственно, не возникнет необходимости транспортировки оборудования и персонала. Таким образом, рост технического прогресса позволил не только улучшить качество получаемых данных, но также привел к удешевлению услуги.

Можно сделать вывод, что сейчас лазерное сканирование зданий и сооружений является наиболее перспективным направлением для проведения различных инженерно-геодезических работ. Высокая технологичность метода дает неоспоримые преимущества, в сравнении с другими видами топографической съемки. При этом использование новой технологии не только не увеличивает стоимость услуг, но даже помогает выгодно сэкономить.

Надеемся, вы получили всю необходимую информацию по этой теме. Будем рады вас видеть на наших страничках в соцсетях, где вы сможете найти еще больше актуальной информации!

Развитие геодезической техники привело к появлению технологии 3D лазерного сканирования. На сегодняшний день это один из самых современных и производительных методов измерений.

Наземное лазерное сканирование — бесконтактная технология измерения 3D поверхностей с использованием специальных приборов, лазерных сканеров. По отношению к традиционным оптическим и спутниковым геодезическим методам характеризуется высокой детальностью, скоростью и точностью измерений. 3D лазерное сканирование применяется в архитектуре, промышленности, строительстве дорожной инфраструктуры, геодезии и маркшейдерии, археологии.

Классификация и принцип действия 3D лазерных сканеров

3D лазерный сканер – прибор, который, производя до миллиона измерений в секунду, представляет объекты в виде набора точек с пространственными координатами. Полученный массив данных, называемый облаком точек, может быть впоследствии представлен в трехмерном и двухмерном виде, а также использован для измерений, расчетов, анализа и моделирования.

По принципу действия лазерные сканеры разделяют на импульсные (TOF), фазовые и триангуляционные. Импульсные сканеры рассчитывают расстояние как функцию времени прохождения лазерного луча до измеряемого объекта и обратно. Фазовые оперируют со сдвигом фаз лазерного излучения, в триангуляционных 3D сканерах приемник и излучатель разнесены на определенное расстояние, которое используется для решения треугольника излучатель-объект-приемник.

Основные параметры лазерного сканера – дальность, точность, скорость, угол обзора.

По дальности действия и точности измерений 3D сканеры разделяются на:

• высокоточные (погрешность меньше миллиметра, дальность от дециметра до 2-3 метров),
• среднего радиуса действия (погрешность до нескольких миллиметров, дальность до 100 м),
• дальнего радиуса действия (дальность сотни метров, погрешность от миллиметров до первых сантиметров),
• маркшейдерские (погрешность доходит до дециметров, дальность более километра).

Последние три класса по способности решать различные типы задач можно отнести к разряду геодезических 3D-сканеров. Именно геодезические сканеры используются для выполнения работ по лазерному сканированию в архитектуре и промышленности.

Скорость действия лазерных сканеров определяется типом измерений. Как правило, наиболее скоростные фазовые, на определенных режимах скорость которых достигает 1 млн измерений в секунду и более, импульсные несколько медленнее, такие приборы оперируют со скоростями в сотни тысяч точек в секунду.

Угол обзора – ещё один немаловажный параметр, определяющий количество данных, собираемых с одной точки стояния, удобство и конечную скорость работы. В настоящее время все геодезические лазерные сканеры имеют горизонтальный угол обзора в 360°, вертикальные углы варьируются от 40-60° до 300°.

Характеристики лазерного сканирования

Хотя первые сканирующие системы появились относительно недавно, технология лазерного сканирования показала свою высокую эффективность и активно вытесняет менее производительные методы измерений.

Преимущества наземного лазерного сканирования:

• высокая детализация и точность данных;
• непревзойденная скорость съемки (от 50 000 до 1 000 000 измерений в секунду);
• безотражательная технология измерений, незаменимая при выполнении работ по лазерному сканированию труднодоступных объектов, а также объектов, где нахождение человека нежелательно (невозможно);
• высокая степень автоматизации, практически исключающая влияние субъективных факторов на результат лазерного сканирования;
• совместимость полученных данных с форматами программ по 2D и 3D проектированию ведущих мировых производителей (Autodesk , Bentley , AVEVA , Intergraph и др.);
• изначальная «трехмерность» получаемых данных;
• низкая доля полевого этапа в общих трудозатратах.

Применение 3D лазерного сканирования выгодно по нескольким причинам:

• проектирование с использованием трехмерных данных геодезических изысканий не только упрощает сам процесс проектирования, но главным образом повышает качество проекта, что минимизирует последующие расходы на этапе строительства,
• все измерения проводятся крайне быстрым и точным методом, исключающим человеческий фактор, степень достоверности информации повышается в разы, уменьшается вероятность ошибки,
• все измерения проводятся безотражательным способом, дистанционно, что увеличивает безопасность работы; например, нет необходимости перекрывать автостраду для съемки поперечных сечений, возводить строительные леса для измерения фасада,
• технология лазерного сканирования интегрируется с большинством САПР (Autodesk AutoCAD , Revit , Bentley Microstation), а также с «тяжелыми» средствами проектирования, такими как AVEVA PDMS , E3D , Intergraph SmartPlant , Smart3D, PDS.
• результат изысканий получается в различных видах, от выходного формата зависит цена лазерного сканирования и сроки работ:
  • трехмерное облако точек (определенные САПР работают уже с этими данными),
  • трехмерная модель (геометрическая, интеллектуальная),
  • стандартные двумерные чертежи,
  • трехмерная поверхность (TIN, NURBS).

Процесс лазерного сканирования состоит из трех основных этапов:

• рекогносцировка на местности,
• полевые работы,
• камеральные работы, обработка данных

Применение лазерного сканирования

Работы по лазерному сканированию в России на коммерческой основе выполняются с десяток лет. Несмотря на то, что технология достаточно универсальна, за это время определился круг основных применений.

Наземное лазерное сканирование в геодезии, маркшейдерии применяется для съемки топографических планов крупного масштаба, съемки ЦМР. Наибольшая эффективность достигается при лазерном сканировании карьеров, открытых выработок, шахт, штолен, тоннелей. Скорость метода позволяет оперативно получать данные о ходе земляных работ, рассчитывать объемы вынутой породы, осуществлять геодезический контроль хода строительства, следить за устойчивостью бортов карьера, мониторить оползневые процессы. Подробнее см. в статье

Использование технологий лазерного сканирования в архитектуре стало уже повседневным делом. Ведь в большинстве случаев только используя лазерный 3D сканер, можно наиболее полно, точно, быстро и качественно выполнить следующие работы:

• фасадная съемка;
• архитектурные обмеры;
• создание и восстановление исполнительной документации;
• трехмерная фиксация состояния с выявлением дефектов и деформаций;
• обратный инжиниринг (реинжиниринг) с построением трехмерных моделей существующих зданий и сооружений;
• мониторинг состояния объекта на этапах последующей его эксплуатации;
• осуществление авторского надзора при ведении проекта;
• контроль строительных работ (объемы и процентовки).

Безусловно, появление трехмерных технологий не отменило использование привычных 2D чертежей. На выходе Заказчик по-прежнему получает стандартные двухмерные поэтажные планы, развертки фасадов, разрезы, сечения и прочие чертежи. Но теперь это выполняется быстрее и качественнее.

Обмерные работы

Обмеры - это точные измерения всех элементов архитектурного сооружения или комплекса с последующей фиксацией их размеров на чертеже. Обмеры служат одним из основных источников для реставрации или воссоздания произведений архитектуры и входят в состав комплексных инженерно-технических исследований.

Целью проведения обмеров является получение наиболее полной пространственной геометрической и графической фиксации исследуемого объекта и его частей в их современном состоянии. Под объектами понимаются отдельные здания или сооружения, архитектурные или инженерные комплексы, скульптурные композиции и так далее. Результаты обмерных работ используются в дальнейшем в качестве исходного материала для:

• определения или уточнения фактических конструктивных решений на объекте;
• определения пространственного положения объекта и его частей;
• уточнения геометрических форм отдельных элементов объекта;
• определения деформаций конструкций объекта;
• архитектурного мониторинга состояния объекта;
• проведения конструктивных расчетов объекта или его элементов;
• подготовки исходных материалов для проведения проектно-реставрационных работ;
• построения трехмерных моделей с последующей 3D визуализацией;
• использования в ГИС и иных потребительских приложениях.

Требования к проведению обмерных работ, их составу (видам и объемам), детализации и точности определяются Техническим заданием, утвержденным Заказчиком, Программой работ и нормативной документацией.

Этапы работ и результаты

Обмерные работы выполняются в два этапа: полевой и камеральный.

Полевые работы производятся непосредственно на самом объекте. Выполняется инструментальный сбор геометрических характеристик объекта (измерения с использованием технологий 3D сканирования) и фотофиксация.

1. Камеральные работы, как правило, производятся в офисе, с использованием специализированных компьютерных программ. Выполняются обработка полученных данных, составление графических материалов и отчетной документации.

На полевом этапе, кроме самих измерений, при сборе информации об объекте проводится фотофиксация – натурная, документально-протокольная, художественная или их комбинация. В последние годы становится особенно популярной 3D фиксация. Она также выполняется с помощью лазерного сканирования и представляет собой уже пространственный растр, сохраняющий точную геометрию. Это позволяет проектировщику получить абсолютно любые необходимые виды объекта. Более того, по такой растровой модели (облаку точек) можно выполнять любые измерения, находясь на своём рабочем месте, то есть без повторного выезда на объект.

На камеральном этапе на основе полученных измерений (обмеров полевого этапа) выполняются масштабные ортогональные чертежи основных проекций здания и его деталей. Так называемая графическая часть отчетной документации. В результате камеральной обработки данных лазерного сканирования создаются следующие материалы:

• трехмерные построения;
• чертежи отдельных конструкций;
• чертежи деталей архитектурных элементов, шаблонов;
• чертежи интерьеров;
• чертежи планов;
• чертежи разрезов;
• чертежи фасадов.

3D моделирование

С появлением современных технологий наземного лазерного сканирования именно трехмерные построения (3D моделирование) становятся самым актуальным и востребованным видом работ. Ведь полученная 3D модель – это точная компьютерная копия объекта в масштабе 1:1. Она легко загружается и обрабатывается в привычной CAD-среде архитектора или конструктора.

Как правило, трехмерные построения применимы в случаях:

• объемной фиксации объекта, его частей и особенностей, которые невозможно достаточно полно описать при плоскостных построениях;
• проведения расчетов и вычислений, анализа состояния конструкций и основания памятника, построения расчетных моделей, требующих объемного подхода;
• необходимости воссоздания отдельных частей и конструкций;
• более детального анализа объемно-планировочных решений за счет объемного компьютерного проектирования;
• анализа геометрических параметров объекта в целях мониторинга;
• макетирования, в том числе с использованием трехмерных принтеров;
• объемной визуализации объекта.

Отличием обмерных работ для трехмерных построений от плоскостных является более полный сбор полевых материалов. Предпочтительным методом является наземное лазерное сканирование или комбинация лазерного сканирования с каким-либо другим методом измерений.

Важно: проведение трехмерных построений при выполнении обмерных работ на объектах культурного наследия федерального значения (Российской Федерации) и объектах всемирного значения ЮНЕСКО обязательно .

На базе трехмерных построений возможна разработка информационной модели объекта (создание BIM). Имеется в виду присвоение отдельным элементам дополнительной атрибутивной информации (тип, материал, охранный статус, год возведения, год проведения ремонта, реконструкции), а также занесение информации о выявленных дефектах, результатах обследования конструкций и пр.

В случае трехмерного построения объекта обмерных работ, топографические планы также представляются в трехмерном виде и могут дополнительно содержать информацию о грунтовом основании обследуемого объекта.

Виды обмеров

Обмеры объекта, в зависимости от требуемой степени детализации и насыщения графических материалов, разделяются на следующие виды:

• схематические;
• архитектурные;
• архитектурно-археологические.

Схематические обмеры являются обзорными и служат для определения основных размеров и планировочной структуры объекта культурного наследия. Выполняются на ранней стадии работ для составления общего представления об объекте и предварительного определения его объема.

Архитектурные обмеры являются точными измерениями всех элементов сооружения или комплекса с последующими построениями обмерных чертежей и трехмерных моделей. На них проставляются размеры, высотные отметки, делаются важные примечания.

При необходимости в состав обмерных работ могут быть включены требования по обмерам внутренних инженерных сетей и коммуникаций.

Архитектурно-археологические обмеры - исследовательская фиксация объекта культурного наследия. Выполняются при натурных исследованиях объекта для получения наиболее полных материалов, характеризующих объем, конструкцию, наружное и внутреннее декоративное убранство, а также чертежей раскрытий и зондажей, произведенных на объекте. Дают исчерпывающую информацию об объекте, учитывающую все отклонения от идеальной геометрической схемы.

Точность обмерных работ

Как и в любой измерительной работе, при архитектурных обмерах не обойтись без ошибок и погрешностей. Заметим, что в отличие от старых методов, современные технологии 3D сканирования сводят к нулю подавляющее большинство ошибок человеческого фактора. Но только если приборы находятся в руках профессионалов. Кажущаяся простота современных лазерных сканеров обманчива: если не владеть геодезическими знаниями, то в итоге легко можно получить дециметровые погрешности!

Обмеры являются исходным материалом для последующих проектных работ, выдачи экспертных заключений. Поэтому от качества выполнения обмерных работ во многом зависит качество проекта в целом. Однако требования, предъявляемые к точности обмерных работ, различны и устанавливаются в зависимости от многих факторов:

• цели обмеров;
• архитектурно-исторической ценности объекта культурного наследия;
• технического состояния объекта;
• планов дальнейшего приспособления и др.

Требования к точности обмерных чертежей приведены в Приложении А к РНиП , вот они:

Допустимые значения при проведении обмерных работ

Методы архитектурных обмеров, лазерное сканирование

При выполнении работ по архитектурным обмерам применяются следующие методы и их комбинации:

• натурный (традиционный) обмер;
• методы инженерной геодезии с использованием линейной и угловой засечки, перпендикуляров, створов и т.д.;
• нивелирование;
• наземное лазерное сканирование;
• методы координатной геодезии;
• воздушная и короткобазисная фотограмметрия, фототеодолитная съемка;
• воздушное и мобильное лазерное сканирование;
• методы GPS-измерений;
• прочие методы, позволяющие достичь требований технического задания и нормативной документации.

В качестве оборудования выбираются приборы и средства измерений, соответствующие требованиям технического задания к точности и выбранным методам проведения работ. Это могут быть металлические и лазерные рулетки, мерные ленты, дальномеры, нивелиры, теодолиты, тахеометры, фототеодолиты, калиброванные фотоаппараты, лазерные сканеры, GPS-приемники и прочие инструменты.

Выбор того или иного оборудования обусловлен спецификой объекта, требованиями Технического задания и нормативной документации. В последние годы в большинстве случаев оптимальным по точности, качеству и стоимости является выбор технологий лазерного сканирования в комбинации с классической геодезией и натурными исследованиями.

Лазерное сканирование как один из методов проведения обмеров имеет ряд преимуществ:

• возможность проводить измерения в труднодоступных местах, максимально подробно фиксировать геометрию криволинейных элементов, дефектов и утрат;
• результаты сканирования фасадов и внутренних пространств находятся в единой системе координат, что позволяет избежать возможных неточностей расположения отдельных элементов или помещений по высоте и/или в плане;
• к избыточному массиву измерений (облаку точек) всегда можно обратиться повторно при необходимости получения дополнительных данных без проведения дополнительных полевых работ на объекте;
• скорость работ при беспрецедентной полноте данных. Например, один оператор с тахеометром за день сможет снять на объекте порядка одной тысячи точек. А другой оператор с лазерным сканером за тот же день получит сто миллионов точек. При этом по стоимости оба метода съемки находятся в одном ценовом диапазоне.

В сумме все это обеспечивает высокую точность и полноту исходной информации.

Отдельно хочется выделить незаменимость лазерного сканирования при обмерах сложных архитектурных деталей и особенно – насыщенных скульптурных композиций. Ведь при изготовлении чертежей необходимо иметь виды композиции с нескольких сторон, обязательно нужно выполнить характерные сечения скульптуры. Выдать требуемый объем полевых данных могут только методы наземного лазерного сканирования и, пожалуй, методы фотограмметрии (с ограничениями).

Отчетная документация

Результатом проведения обмерных работ является отчетная документация, состав которой определяется Техническим заданием и требованиями нормативной документации. Как правило, отчет состоит из текстовой части, графической части и приложений.

В текстовую часть входят сведения о задачах, описание объекта, информация об исполнителе, сроках и объемах работ и т.д.

В графическую часть входят масштабные ортогональные чертежи основных проекций объекта и его деталей, выполненные по результатам обмеров, а также эскизы, зарисовки, фотоматериалы, собранные в процессе выполнения работ.

Чертежи составляются (или распечатываются) на бумаге в масштабах:

• топографические планы – 1:200 - 1:500;
• интерьеры, отдельные фрагменты фасадов – 1:20;
• узлы и детали – от 1:10 до натуральной величины, в зависимости от сложности;
• шаблоны – 1:1;
• для схематических обмеров принимается масштаб – 1:200 - 1:100;
• планы, разрезы, фасады зданий и сооружений – 1:50 - 1:100.

Оформление чертежей осуществляется в соответствии с требованиями действующей нормативной документации ЕСКД и инструкций по выполнению обмерных работ.

При проведении обмеров методом лазерного сканирования итоговым материалом полевых работ является облако точек, записанное на цифровом носителе.

Для трехмерных построений в качестве отчетной документации Заказчику передаются файлы 3D моделей и их распечатки на бумаге в виде аксонометрических или перспективных проекций видов и разрезов.

Список использованных нормативных документов

1. ГОСТ 21.501-93. Правила выполнения архитектурно-строительных рабочих чертежей.
2. ГОСТ 26433.0-85. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Общие положения.
3. ГОСТ Р 55528-2013. Состав и содержание научно-проектной документации по сохранению объектов культурного наследия. Памятники истории и культуры. Общие требования.
4. ГОСТ Р 55567-2013. Порядок организации и ведения инженерно-технических исследований на объектах культурного наследия. Памятники истории и культуры. Общие требования.
5. РНиП. Реставрационные нормы и правила. Методические рекомендации по проведению научно-исследовательских, изыскательских, проектных и производственных работ, направленных на сохранение объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации. Часть 5. Методические рекомендации по проведению обмерных и инженерно-геодезических работ на объектах культурного наследия.
6. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. Госстрой России. М.: 2004.
7. СРП-2007. Свод реставрационных правил. «Рекомендации по проведению научно-исследовательских, изыскательских, проектных и производственных работ, направленных на сохранение объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации». Нормативно-методическое издание. 4-я редакция. М.: 2011.

Лазерное сканирование представляет собой передовую бесконтактную технологию трёхмерного измерения объектов и поверхностей. По сравнению с традиционными оптическим и спутниковым геодезическими методами технология лазерного сканирования характеризуется феноменальной детальностью, невероятной скоростью, высокой точностью измерений. Данная технология является поистине революционной в сфере инженерных изысканий, поскольку именно его появление предопределило мощный качественный рывок всей отрасли. Сегодня лазерное сканирование широко применяется в архитектуре, промышленности и энергетике, геодезии и маркшейдерии, на объектах транспортной инфраструктуры, в гражданском и промышленном строительстве, добывающей отрасли, археологии, востребована она также и во многих других отраслях производства и народного хозяйства.

Что такое трёхмерное лазерное сканирование?

Что необходимо сделать для построения точной трёхмерной модели здания или чертежа цеха? Безусловно, сначала провести измерения и получить координаты всех объектов (пространственные x,y,z или x,y на плоскости), а затем уже представить их в нужном графическом виде. Именно измерения координат объекта, иначе говоря, съёмка, составляют наиболее трудоёмкую и затратную часть всей работы. Как правило, геодезисты или другие специалисты, проводящие измерения, используют современное оборудование, в первую очередь электронные тахеометры, которые позволяют получать координаты точек с высокой точностью (до нескольких миллиметров).

Принцип работы электронного тахеометра основан на отражении узконаправленного лазерного пучка от отражающей цели и измерении расстояния до неё. Отражателем в общем случае служит специальная призма, которая крепится на поверхности объекта. Определение двух углов (вертикального и горизонтального) и расстояния даёт возможность вычислить трёхмерные пространственные координаты точки отражения. Скорость измерения тахеометра невысока (не более 2 измерений в секунду). Данный метод эффективен при съёмке разреженной, малозагруженной объектами площади, однако даже и в этом случае сложности, с которыми приходится сталкиваться при креплении отражающих призм (на большой высоте или в труднодоступном месте), зачастую оказываются непреодолимыми.

Относительно недавнее появление безотражательных электронных тахеометров, которые работают без специальных отражателей, произвело «бархатную» революцию в геодезии - теперь стало можно проводить измерения без долгих и утомительных поисков лестниц для подъёма отражателя под крышу дома, всевозможных подставок для установки призмы над полом в помещении с высокими потолками и других подобных сложностей - достаточно лишь навестись на необходимую точку, ведь луч может отражаться от любой ровной поверхности.

При использовании метода традиционных тахеометрических измерений, сколько времени, например, потребуется для детальной съёмки фасада здания высотой 20 м или цеха металлургического завода площадью 2 га? Недели, месяцы? Применение безотражательного тахеометра может значительно сократить сроки, но, тем не менее, даже в данном случае специалист проведет за прибором долгие часы и дни. А с какой же плотностью он сможет выполнить съёмку фасада - одна точка на квадратный метр? Навряд ли этого будет достаточно для построения высококачественного подробного чертежа со всеми необходимыми элементами. А теперь представьте, что у вас есть безотражательный тахеометр, который ведёт съёмку автоматически, без участия оператора, со скоростью 5 тысяч измерений в секунду! Ещё совсем недавно такое предложение представлялось не менее фантастичным, чем полет на Луну сто лет назад. Сегодня это стало так же реально, как и следы американских астронавтов или русского «Лунохода» на поверхности нашего небесного соседа. Название этого чуда - лазерное сканирование . Это метод, который позволяет создавать цифровые модели всего окружающего пространства, представляя его набором (облаком) точек с пространственными координатами.

Съёмка со скоростью 5 тысяч точек в секунду была чудом, когда технология лазерного сканирования только начинала завоёвывать мир геодезических изысканий. Сейчас же современные лазерные сканеры позволяют выполнять съёмку с поистине невероятной скоростью - более миллиона точек в секунду ! Это действительно в значительной степени сокращает трудозатраты на полевой этап работ, при этом давая возможность оперативно получать сверхподробные данные результатов измерений с высокой точностью.

Где применяется лазерное сканирование?

Как многие технические новшества и технологии, недавно вышедшие из лабораторий ученых, лазерное сканирование находится только в начале пути освоения разнообразных приложений. Но уже сейчас можно перечислить несколько технологических сфер, в которых 3D лазерные сканеры применяются все более активно и уже достаточно давно стали практически незаменимыми:
- съемка промышленных объектов (заводы, нефтеперерабатывающие заводы, сложное производство);
- съемка объектов энергетики (атомные, гидро- и тепловые электростанции);
- съемка мостов;
- съемка и профилирование тоннелей;
- промышленные измерения (определение объемов резервуаров, жидких и сыпучих материалов);
- горная промышленность;
- реставрация и строительство;
- архитектура и археология.

Благодаря скоростному развитию технологий, геодезические работы стали более доступными, детальными и точными, нежели десяток-другой лет назад. На сегодняшний день одним из самых прогрессивных и современных устройств подобного назначения является лазерный сканер. Это устройство стало следующим звеном эволюции после тахеометра, убрав из уравнения ошибки человеческого фактора и включив туда невероятные скорость и точность работ. Достаточно сказать, что сканер может получать координаты около одного миллиона точек за секунду – специалисту за электрооптическим прибором на это потребовалось бы несколько лет непрерывной работы. Более того, трехмерная модель, получаемая по результатам съемки, передаст все контуры, границы и элементы с максимальной подробностью, чтобы заказчик не упустил ни единой детали.

Эти положительные стороны особенно актуальны при строительстве зданий и сооружений, геодезические работы на которых сопряжены с решением специфических задач. Благодаря лазерному сканеру можно получать трехмерные модели самых сложных конструкций, при этом ни одна мелочь не ускользнет от зоркого взгляда машины. Причем сделано это будет с поразительной скоростью – на полевой и камеральный этапы обработки уйдет существенно меньше времени, нежели если бы работы проводились тахеометром.

Оцифровка имеющихся картографических данных, схем, планов и зарисовок может отнять много времени, да и достоверность исходных материалов и точность конечного результата могут быть сомнительны. Чтобы избежать этих недостатков и подготовить необходимую документацию на основе актуальных данных, вам следует обратиться в нашу компанию, первоклассные специалисты которой помогут вам, применив самое современное и точное оборудование.

Области применения сканирования и решаемые задачи

В настоящее время многие службы и компании активно переходят или уже перешли на использование 3D-моделей для своих нужд. Чаще всего подобная продукция применяется реставраторами, археологами, дизайнерами, а также надзорными органами, которые контролируют состояние памятников архитектуры. Для всех этих специалистов нужны пространственные компьютерные модели с высокой детализацией и максимальной точностью отображения, чтобы люди могли исследовать фасады, помещения, различные элементы и конструкции на предмет наличия дефектов или деформаций. Это необходимо для своевременного принятия мер по сохранению объектов культурного наследия.

Лазерное сканирование станет отличным решением в данном случае, так как в подобных ситуациях речь идет о сложных геометрических формах и множестве архитектурных элементов – колонны, лепнина, арки, эркеры и многое другое. Даже дверные и оконные проемы, кажущиеся на первый взгляд идеальными, на самом деле могут иметь неправильную форму. Это может быть не столь заметно человеческому глазу, но это очень важно для реставраторов. Геодезист за тахеометром может упустить подобные мелочи, и поэтому лучше довериться оператору сканера, который в кратчайшие сроки проведет необходимые съемки и изготовит трехмерную модель, которой будет удобно манипулировать и использовать в любых целях.

Не только реставраторы и археологи нуждаются в подобной продукции – дизайнерам гораздо проще разрабатывать интерьер и экстерьер зданий и сооружений, имея на своих компьютерах трехмерную схему. На ее изготовление при помощи электрооптического прибора уйдут дни, а возможно и недели, в зависимости от фронта работ и геометрических особенностей. С лазерным сканером таких проблем не будет. Более того, он способен запечатлеть те нюансы, на которые просто не обращается внимания, но они могут сыграть очень важную роль в дальнейшем. Актуализация и оцифровка архивных данных также находится в компетенции геодезиста с лазерным сканером. С его помощью можно составлять схемы внутренних помещений и полноценные модели зданий, которые будут использоваться в различных целях – надзорными органами для слежения за их сохранностью, работниками музеев и выставок, арендодателями для проведения виртуальных экскурсий по различным помещениям и так далее. Построение поэтажных планов, наблюдение за деформациями, реставрация исторических сооружений, фасадная съемка и многое другое – все эти задачи решаются при помощи лазерного сканера в самые кратчайшие сроки.

Результат работ 3D сканирования и требования к точности измерений

Требования по точности напрямую зависят от конечного результата съемки. В зависимости от этого подбирается и лазерный сканер, который может пренебречь точностью в угоду захвату большей территории или наоборот. Например, при реконструкции и реставрации исторических зданий или сооружений требуется повышенная точность, чтобы конечный результат удовлетворил запросы заказчика. Требуется снять координаты каждого дефекта, каждого повреждения, которое может в потенциале нанести непоправимый ущерб. В таком случае, обработка и составление трехмерной модели займет больше времени, так как потребуется провести более тщательные работы.

А если требуется провести лазерную съемку для монтирования навесных фасадов, то здесь наиболее важными компонентами являются углы здания, а также дверные и оконные проемы, в то время как архитектурные элементы могут сниматься не столь подробно. Тогда на конечную обработку данных уйдет значительно меньше времени. В итоге должна получиться трехмерная модель, которая будет построена по всем требованиям технического задания. Если нужно составить двухмерные чертежи на бумажных носителях, например, для нецифровых архивов или для изготовления рабочей документации, то проводятся дополнительные геодезические работы. Какими бы ни были решаемые задачи и насколько бы не был оптимизирован и автоматизирован процесс, за изготовлением каждых картографических данных стоит профессиональный геодезист. Поэтому если вы решите провести реконструкцию здания, подготовить проект дизайна помещений, заархивировать данные или провести детальные исследования памятников архитектуры, при этом вам потребуется построение трехмерной модели, то рекомендуем обратиться в нашу компанию, специалисты которой помогут вам в решении этих и других задач.