Мобильное лазерное сканирование (МЛС) – один из самых высокотехнологичных, на сегодняшний день, методов съемки. МЛС во многом напоминает, уже довольно широко применяемое, наземное лазерное сканирование (НЛС), но в отличие от НЛС, мобильное сканирование производится при движении сканера, установленного на транспортное средство. 
При этом, скорость съемки совпадает со скоростью движения транспортного средства, а это - десятки километров в час. Ни один другой метод не дает такой или даже близкой производительности при сборе пространственной информации, с абсолютной точностью первых сантиметров.

Мобильная сканирующая система может монтироваться на автомобилях, судах, железнодорожных платформах и других транспортных средствах. Сканирование производится вдоль траектории движения, на расстояние до нескольких сотен метров во всех направлениях.

Плотность точек зависит от скорости движения и расстояния до объекта и может варьироваться от единиц до тысяч точек на 1 квадратный метр.

Мобильное лазерное сканирование - виды готовой продукции:

  1. Топографическая съемка линейных объектов (автодороги, железные дороги, мосты, тоннели) с возможностью согласования в надзорных (Органы Архитектуры и градостроительства) и эксплуатирующих организациях (например: Ростелеком, Центртелеком, Водоканал, Мосэнэргосбыт и т.д.).
  2. Создание 3Д моделей объектов
  3. Создание продольных и поперечных профилей автодороги
  4. Продольные и поперечные уклоны проезжей части
  5. Цифровая модель рельефа и цифровая модель дорожного покрытия
  6. Создание паспорта автодороги
  7. Оценка колейности и определение продольной ровности покрытия по международному индексу ровности IRI
  8. Оценка зон видимости
  9. Создание ведомостей дорожных знаков, дорожных ограждений, информационных и рекламных щитов и т.д. с приложением фотоматериалов

Более подробно ознакомиться с преимуществами данной технологии можно из презентации:

Презентация: Современные методы инженерно-геодезических изысканий для проектирования реконструкции и ремонта автомобильных дорог

Только аэрофотосъемка и воздушное лазерное сканирование превосходит МЛС по скорости сбора данных, но значительно уступает в точности и детальности (плотности точек). 
Мобильная сканирующая система может монтироваться на автомобилях, судах, железнодорожных платформах и других транспортных средствах. Сканирование производится вдоль траектории движения, на расстояние до нескольких сотен метров во всех направлениях.
Плотность точек зависит от скорости движения и расстояния до объекта и может варьироваться от единиц до тысяч точек на 1 квадратный метр.


Варианты установки системы мобильного сканирования RieglVMX-250 Варианты установки системы мобильного сканирования RieglVMX-250
Варианты установки системы мобильного сканирования RieglVMX-250


Мобильное лазерное сканирование с успехом применяется везде, где есть возможность проезда транспортного средства, на котором установлена система: автомобильные и железные дороги, любые водные пути сообщения, промышленные объекты, улицы города. При необходимости, система может быть установлена на вездеходную технику и выполнять съемку объектов при отсутствии дорог. 
Также МЛС применяется при съемке автомобильных, железнодорожных тоннелей, а так же линий метрополитена. Мобильное лазерное сканирование может выполняться как самостоятельный вид работ, так и в сочетании с другими видами съемки (НЛС, воздушным лазерным сканированием, классическими геодезическими методами). ООО «НИПИСтройТЭК» имеет самое современное оборудование дистанционного зондирования. Применяемый метод съемки и технология выполнения работ определяется в ходе подготовки к каждому проекту индивидуально. 


 Облако точек лазерных отражений по данным МЛС, раскрашенное по  фотоданным  Лазерное сканирование. Съёмка населенного пункта. Комбинация данных  мобильного и наземного лазерного сканирования (облако точек лазерных отражений)
  Облако точек по данным МЛС, раскрашенное по фотоданным.  Съёмка населенного пункта. Комбинация данных мобильного и наземного лазерного сканирования (облако точек)
 Лазерное сканирование. Съемка железнодорожной линии, с прилегающей  территорией. Комбинация данных мобильного и воздушного  лазерного сканирования (облако точек) Облако точек лазерных отражений по данным МЛС, раскрашенное по интенсивности отражений 
Съемка железнодорожной линии, с прилегающей территорией. Комбинация данных мобильного и воздушного лазерного сканирования (облако точек)  Облако точек по данным МЛС, раскрашенное по интенсивности отражений.


Мобильное лазерное сканирование автомобильного моста. Калуга, Гагаринский мост, река Ока. Мобильное лазерное сканирование железной дороги. ЖД станция Смоленск.

Основные области применения мобильного лазерного сканирование:

  • автомобильные и железные дороги;
  • Создание 3-х мерной модели дорожного покрытия и земляного полотна, в целях разработки проекта строительства реконструкции и ремонта автодороги; 
  • Выявление дефектов дорожного покрытия (колейность, наличие ям и трещин, фактический поперечный и продольный уклон дорожного полотна), создание трехмерных моделей объектов инфраструктуры, паспортизация дорог, ГИС, исполнительная съемка, создание продольных и поперечных профилей и д.р.
  • электроэнергетика;
  • Создание трехмерных моделей и топографических планов ТЭЦ, ГЭС,ОРУ и подстанций, ЛЭП,;
  • архитектура и градостроительство;
  • Создание трехмерных моделей и ГИС городских кварталов, памятников архитектуры.
  • нефтегазовая отрасль, металлургия и тяжелая промышленность;
  • Создание трехмерных моделей, топографических планов, исполнительной съемки промышленных предприятий ,компрессорных подстанций, открытых разработок.

Преимущества технологии мобильного лазерного сканирование:
  • значительная экономия средств по сравнению с традиционными методами съемки.
  • высокая точность и детальность получаемых данных – относительная точность – 8 мм, абсолютная – первые сантиметры, детальность – около 3000 точек на 1 м кв. при 60 км/ч;
  • повышенная безопасность при геодезических работах на опасных объектах (высоковольтные электростанции, железнодорожные пути, химические производства).
  • очень высокая производительность сбора данных - до 300 погонных километров в день;
  • высокая мобильность (система может быть установлена на любое транспортное средство)

Описание технологии мобильного лазерного сканирование.

Система мобильного лазерного сканирования состоит из 2-х основных блоков: измерительного блока и навигационного блока. Измерительный блок, аналогично системе НЛС, производит сканирование объектов, а система позиционирования осуществляет «привязку» траектории движения сканера. Приведем более подробное описание работы системы, на примере имеющегося в нашей компании мобильного лазерного сканера Riegl VMX-250.
Дальномерный блок состоит из 2-х импульсных лазерных сканеров, работающих в режиме профилографа. Каждый сканер, по времени задержки сигнала, измеряет расстояния до объекта с частотой до 300 кГц, на расстоянии до 200 м. Таким образом, общая частота системы – до 600 тысяч измерений в секунду. Вращающаяся с частотой 100 Гц призма производит отклонение сканирующего луча по полной окружности (0-360 град). Одновременно с измерением расстояния, производится регистрация угла отклонения сканирующего луча . Измеренное расстояние и угол позволяют определить координаты точек в системе координат сканера. Таким образом, осуществляется «развертка» облака точек в направлении поперечном движению. Продольная «развертка» производится за счет движения транспортного средства, на котором установлена сканирующая система, вдоль сканируемого объекта.
Координатно-временную привязку полученного облака точек обеспечивает система высокоточного позиционирования, состоящая из ГНСС-приемника и инерциального блока. ГНСС приемник определяес текущие координаты сканерного блока, обычно с частотой 1 Гц, а так же производит определение точного времени, для синхронизации всех элементов системы. Инерциальная система, основываясь на данных ГНСС приемника, определяет свое начальное положение, и далее производит измерение координат и углов ориентации сканерного блока с частотой 200 раз в секунду.
Инерциальная система не может продолжительное время работать автономно, поскольку имеет так называемый «дрейф», т.е. ухудшение точности координат со временем, поэтому периодически ее необходимо корректировать данными ГНСС приемника. В штатном режиме, это происходит 1 раз в секунду, но как показывает опыт, отсутствие ГНСС данных в течение до 30 секунд, приводит к ухудшению точности не более чем на 1-2 см. При работе системы в штатном режиме (при отсутствии помех для приема спутниковых сигналов), СКО пространственных координат составляет от 2 до 5 сантиметров, в зависимости от геометрического фактора (PDOP) и расстояния до базовой станции. При совместной постобработке данных всех подсистем МЛС (дальномерных и траекторных) производится формирование облака точек вдоль траектории движения сканера, в требуемой системе координат.
Сканирующая система Riegl VMX-250 так же оснащена 4-мя цифровыми калиброванными камерами, установленными на одной платформе со сканером. Камеры в автоматическом режиме, с заданной частотой (до 20 кадров в секунду) производят съемку. Использование фотокамер позволяет раскрашивать точки лазерных отражений в истинные цвета, что существенно облегчает дешифрирование объектов по точкам, а так же может быть использовано для текстурирования трехмерных моделей.

Виды выходной продукции мобильного лазерного сканирования:
Технология МЛС, в основном, применяется для создания следующих видов готовой продукции. Кроме того, по данным МЛС, с успехом можно получать многие другие виды продукции, например:
    • определение габаритов и составление паспорта геометрического состояния инженерных объектов
    • ведомости деформаций дорожного покрытия (колейность, выбоины, трещины,) и железнодорожного полотна
    • продольные и поперечные профили линейных сооружений
    • цифровые модели местности, и т.п.

    Построение поперечного профиля по ЦМР
    Построение поперечного профиля по ЦМР
    Выялвление участков дороги с деформированным покрытием
    Участки с деформированным покрытием
    Определение колейности на автодорогах
    Определение колейности на автодорогах
    Участок автодороги с выявленной колейностью
    Расчет деформаций автодорожного покрытия
    Ведомость деформаций дорожного покрытия

    Оборудование для мобильного лазерного сканирования

    Для выполнения мобильного сканирования компания ООО «НИПИСтройТЭК» использует современную мобильную сканирующую систему Riegl VMX-250. Данная система сочетает в себе все передовые разработки в области лазерного сканирования, навигационных измерений и мобильной фотосъемки. Riegl VMX-250 позволяет выполнять сканирование и фотосъемку местности с высокой скоростью, плотностью (600 000 измерений\сек, до 20кадр\сек) и точностью измерений (внутренняя точность – 8мм).

    Техническое описание мобильной сканирующей системы Riegl VMX-250:

    Характеристика

    Значение

    Количество лазерных сканеров

    2

    Частота сканирования

    100 кГЦ – 600 кГц

    Частота измерений

    600 000 изм./сек (2 х 300 000 изм./сек)

    Максимальный диапазон измерений

    при 100 кГЦ – 180 м (коэф.отражения > 10%) при 100 кГЦ – 500 м (коэф.отражения > 80%) при 600 кГЦ – 75 м (коэф.отражения > 10%) при 600 кГЦ – 200 м (коэф.отражения > 80%)

    Угол обзора сканеров

    360°

    Количество принимаемых импульсов от одного исходящего

    Практически не ограничено

    Точность измерения

    8 мм (на расстоянии 150 м)

    Точность INS\GNSS -абсолютное -относительное Тангаж\Крен Курс

     

    стандартно 20-50 мм стандартно 8 мм 0.005° 0.015°

    Количество фотокамер

    4

    Разрешение матрицы фотокамер

    5 Мпикс (2448x2050)

    Максимальная частота фотографирования

    20 кад\сек (4 x 5кад\сек)