Почему снижаются цены на лазерное сканирование

Добрый день, уважаемые посетители сайта НГК!

В этой статье мы поговорим о том, почему технология лазерного сканирования дешевеет. А также рассмотрим подробно принцип работы технологий Лидар и SLAM.

Начнем с примера: в начале 90-х годов XX века, чтобы купить один комплект ГНСС приёмника могло потребоваться несколько десятков тысяч долларов. Сейчас цена ГНСС комплекта начинается от 200 тыс руб. Кроме того ГНСС приемники существенно уменьшились в размерах.

То же самое происходит сейчас и со сканирующими 3D системами. В прошлом 3D сканеры были доступны только избранным крупным компаниям из-за своей дороговизны при покупке и ремонте. C появлением легких и компактных SLAM-сканеров и лидаров технология мобильного сканирования стала гораздо более доступной по стоимости, при этом она обеспечивает точность, приемлемую для применения во многих отраслях. Дальнейшее улучшение математики SLAM-систем, а также увеличение скорости съемки лидаром поможет расширить сферы применения мобильных сканеров в будущем.

Современные технологии трехмерной съёмки можно условно поделить на две группы:

Наземные сканеры - для получения максимальной точности и детальности

Мобильные сканеры – для получения быстрого результата в движении

Давайте подробнее рассмотрим технологии мобильного сканирования. Именно в этой технологии последнее время произошли существенные изменения.
Здесь можно выделить:

Ручные сканирующие системы – они компактные, имеют средняя дальность измерений, точность от 3 до 5 см
Рюкзачные сканирующие системы – подходят для работы на больших расстояниях и большой продолжительности съемки
Беспилотные (воздушные) сканирующие системы - применяют как правило для больших площадных объектов и в труднодоступной местности.
Транспортные сканирующие системы - как правило устанавливаются на автомобиль или поезд. Применяются на линейных объектах, позволяют получать высокую точность при небольшой дальности.

Самолетные (воздушные)сканирующие системы – применяются при съемке очень больших площадей, для топографии областей, районов и целых стран.

Рассмотрим основные сферы применения мобильных ручных сканеров.

В первую очередь ручные сканеры применяют для быстрого и точного подсчета объемов при инвентаризации угольных складов, открытых и закрытых складов и зернохранилищ.
Также точности ручного 3D сканера подходят и для некоторых задач в строительстве: фасадная съёмка, съёмка зданий и сооружений для BIM-проектирования, создание поэтажных планов и съемка промышленных территорий. Кроме того, их успешно применяют в подземной выработке при съемке шахт и тоннелей.

Технология ЛИДАР отличается от технологии классического сканирования. Современные лидары работают как правило 16 или 32 лучами одновременно, при этом сама головка лидара может вращаться. Классический 3D сканер испускает один луч, который падает на быстро вращающееся зеркало.

Измеряющая головка лидара

Пример сканера на основе лидара. Лучи лидара вращаются в двух плоскостях.

Принцип работы классического 3D сканера с вращающимся зеркалом

Пример классического 3D сканера с вращающимся зеркалом (это не лидар)

Технологии, используемые в мобильном сканировании

Две основные технологии, позволившие существенно снизить стоимость производства сканера, а также уменьшить его габариты это ЛИДАР и SLAM.
Лида́р (LIDAR или LiDAR — англ. Light Detection and Ranging «обнаружение и определение дальности с помощью света») — это технология дистанционного зондирования, которая использует лазерный импульс для сбора измерений, которые затем можно использовать для создания 3D-модели, карт объектов и окружающей среды.

Клип группы RADIOHEAD, созданный с применением технологии LIDAR

Лидар способен генерировать до 1 000 000 импульсов в секунду. Каждый такой импульс способен в итоге дать нам трехмерную визуализацию в виде облака точек.

Пример 32-х и 16-и лучевых лидаров

Кроме лидаров в мобильном сканировании применяется и технология спутниковой навигации (ГНСС). Она используется для построения траектории с помощью совместного использования инерциальной системы (IMU) и ГНСС. Кроме того, по данным RTK осуществляется связка по меткам времени траектории и сканов.

Инерциальная система отсчета (IMU), применяемая в мобильном сканировании состоит из следующих модулей: 3 акселерометра, 3 гироскопа, компас (часто на основе магнетометра), барометр, компьютер для вычислений.

Акселерометр определяет угловое ускорение (истинное ускорение + ускорение свободного падения). Гироскоп определяет угловую скорость вокруг собственных осей. Магнетометр определяет индукцию магнитного поля.

«Дрейф» - слабая сторона инерциальной системы навигации. Для корректировки «дрейфа» используются данные ГНСС, контрольных точек (марок) или камер (Leica RTC360). В условиях продолжительного отсутствия ГНСС сигнала точность измерения траектории снижается, а следовательно, и точность мобильного сканирования.

Пример "дрейфа"

Метод одновременной локализации и построения карты (SLAM от англ. Simultaneous Localization and Mapping) — метод, используемый в мобильных автономных средствах для построения карты в неизвестном пространстве или для обновления карты в заранее известном пространстве с одновременным контролем текущего местоположения и пройденного пути. Местоположение определяется на основании измерений расстояний до окружающих объектов с одновременным формированием облака точек.

Грубо говоря, SLAM технология, это математический алгоритм, который в режиме реального времени позволяет дополнять и уточнять местоположение облака точек. Получаемые новые данные сканирования сопоставляются с ранее полученным облаком. В этой технологии для повышения точности рекомендуется делать пересечение траекторий сканирования для корректировки ошибки дрейфа (проход петлями).

Количество доступных на сегодня в России мобильных сканеров разных брендов растет с каждым месяцем. Китайские компании копируют новые появляющиеся технологии, поэтому большая часть доступного на рынке оборудования этого класса примерно одинаково по своим техническим возможностям. С появлением в России все новых и новых китайских производителей и поставщиков, цены продолжат снижаться. В таблице ниже приведены основные характеристики доступных SLAM-сканеров (данные взяты с сайтов поставщиков). Запросить подробную сравнительную таблицу можно у менеджеров компании НГК.

Как было отмечено выше, появление на рынке сканирования доступных SLAM сканеров уже сейчас существенно снижает стоимость выполнения работ по сканированию. Эта тенденция очевидно будет усиливаться и в будущем вместе с дальнейшим развитием технологий SLAM и Лидар.

На этом все! Понравилась статья? Ознакомьтесь с остальными статьями НГК по ссылке.

Leica BLK ARC with Boston Dynamic Spot robot in a modern white space

Почему снижаются цены на лазерное сканирование?

Технологии, используемые в мобильном сканировании