Лазерное сканирование и создание 3D-моделей промышленных объектов
При реконструкции и модернизации промышленных объектов, насыщенных сложными пространственными строительными конструкциями, технологическими коммуникациями и оборудованием, часто возникает проблема получения точной информации об их пространственном положении. Даже наличие проектной документации не всегда полностью снимает эту проблему, так как не дает наглядного представления о взаимном расположении старого и нового оборудования, коммуникаций и строительных конструкций. В реальности ситуация на объекте может значительно отличаться от проектного решения, а цена ошибки при проектировании сложных производств очень велика. Всё чаще проектирование промышленных объектов выполняется с использованием специализированных программных комплексов трехмерного проектирования. В случае проведения проектных работ по реконструкции в качестве исходной информации в таком программном комплексе может быть использована трехмерная модель (3D-модель), отображающая реальное состояние объекта на данный момент. Необходимая точность такой исходной модели зависит от назначения объекта, его значимости и требований, предъявляемых проектировщиками.
Выполнение работ по сканированию
Значительно упростить работу по созданию точной 3D-модели существующего объекта позволяет применение лазерных сканирующих систем. Результат измерений в этом случае – пространственные координаты массива точек (т.н. сканы или облака точек), положение которых определено на поверхностях объектов, попавших в рабочую зону сканера. Современные геодезические сканеры обеспечивают скорость сканирования до 500 000 точек в секунду при максимальной дальности сканирования до 300 м в зависимости от типа используемого сканера и режима измерений. Точность измерений падает с увеличением расстояния до сканируемого объекта. Пространственная точность единичного измерения составляет порядка 5 мм на дальности 50 м в зависимости, опять же, от типа используемого сканера и отражающих свойств поверхности.
Как правило, при сканировании сложных объектов съёмки с одной стоянки сканера не достаточно, поэтому приходится делать несколько стоянок. Сканы с различных стоянок прибора сводятся затем в единую координатную систему с использованием специальных связующих марок, координаты которых определяются электронным тахеометром.
Обработка данных
Для камеральной обработки данных сканирования мы используем программный комплекс Leica Cyclone.
На первом этапе обработки производится очистка сканов от различных артефактов - каких-либо случайно попавших в область сканирования, но не интересующих нас объектов, а также точек, являющихся явным результатом погрешности сканера.
Затем в облака точек вписываются соответствующие им геометрические примитивы, такие как плоскость, сфера, цилиндр (труба) и более сложные элементы: изгибы, переходники труб, фланцы, металлические профили различного сечения (двутавр, швеллер, уголок и т.д.). При этом могут использоваться базы элементов стандартных табличных размеров. Все элементы 3D-модели при необходимости могут быть разбиты на группы.
Применение
Финальная 3D-модель объекта с присвоенными элементам семантическими данными может быть экспортирована в различные CAD-программы в разных форматах.
Технология лазерного сканирования может применяться не только для сбора пространственных данных, необходимых при реконструкции и модернизации, она может быть востребована также:
- непосредственно во время строительства для выявления отклонений от проектной модели;
- для построения обмерных чертежей различных объектов;
- для определения точной формы и объема больших ёмкостей и резервуаров.
Нашими специалистами проводятся работы с применением сканеров Leica HDS 4500 и ZF Imager 5006.
На рисунках 1-3 приведён пример сканирования участка варочного цеха на целлюлозно-бумажном комбинате. Сканирование выполнялось с целью получения информации о точном пространственном расположении элементов объекта, эта информация требовалась для проведения проектных работ по модернизации оборудования. Для выполнения этой работы был использован лазерный сканер ZF Imager 5006. Сканирование 2-х этажей было выполнено с 12-ти стоянок, затем в программе Leica Cyclone сканы были сведены в единую систему с использованием координат марок, снятых тахеометром.
На основании сканов была построена 3D-модель, которая содержит в себе информацию о точном расположении различных элементов (строительные конструкции, технологические трубопроводы и оборудование). Экспортировав модель в AutoCAD, можно быстро получить необходимые чертежи планов и разрезов объекта. Кроме того, модель может быть экспортирована в различные программные пакеты для трёхмерного компоновочного проектирования предприятий.
