Использование сканеров Riegl LMS в маркшейдерии и строительстве

А.А. Ковров, инженер по наземному лазерному сканированию компании «ГеоПолигон»

Внедрение новых технологий - безотражательных тахеометров и GPS в инженерной геодезии и маркшейдерии означало существенное увеличение производительности труда и эффективности выполнения поставленных задач. Во многих случаях отпала необходимость использовать трудоемкий процесс фототеодолитной съемки и последующего камерального дешифрирования результатов при измерении фасадов зданий и сооружений.
Автономность и быстрота, которые характеризуют метод GPS, позволили значительно ускорить проведение привязочных работ и повысить их точность. Однако с внедрением в инженерно-геодезическое производство наземных лазерных сканеров открылись еще более широкие перспективы в плане увеличения скорости и производительности работ, что повлекло за собой существенный экономический эффект.

Кроме этого, наземные лазерные сканеры позволили геодезистам и маркшейдерам получать наглядные результаты съемки прямо в «поле», благодаря особенности лазерных сканеров визуализировать снимаемые поверхности в виде массивов точек лазерных отражений - облаков точек и даже окрашивать эти облака точек в истинный цвет. Данная технология полностью заменяет собой трудоемкую фототеодолитную съемку, она требует лишь рассчитать необходимое и достаточное количество точек стояния сканера и произвести с его помощью измерения (собрать данные сканирования). При этом законченное изображение объекта в виде окрашенного облака точек управляющая программа производит сама, с использованием встроенных алгоритмов.

Применение лазерных сканеров компании Riegl во много раз увеличило полноту и информативность данных, что особенно актуально при съемке архитектурных объектов и при проведении маркшейдерских работ. Сканеры Riegl отличаются высокой точностью, дальностью измерения расстояний (до 1000 м), скоростью сбора данных (12 тыс. точек в секунду), надежностью и универсальностью. Кроме того, они обеспечивают безопасность для персонала, работающего с данной системой, поскольку сканер использует лазер класса I, который полностью безопасен для зрения.

Если при измерении несложных сооружений можно обойтись безотражательным тахеометром, то в случае проведения реставрационных работ и решения задач реконструкции, без наземного лазерного сканера уже не обойтись, так как он позволяет в короткие сроки собрать весь необходимый массив данных и окрасив точки лазерных отражений в истинный цвет, подготовить их к камеральному дешифрированию и построению триангулированных поверхностей. При этом сама методика полностью исключает ошибки оператора, которые неизбежно возникают при работе с тахеометром.

В случае использования лазерных сканеров Riegl LMS-Z420i в маркшейдерском производстве во много раз увеличивается безопасность проведения работ, поскольку отпадает необходимость в частом перемещении по карьерам и выработкам с фототеодолитами или тахеометрами. Лазерный сканер Riegl позволяет проводить постоянный мониторинг обектов с постоянно изменяющимися характеристиками поверхности. При этом не нужен постоянный доступ к объекту, не нужны отражатели. Требуется лишь расставить необходимое количество отражающих марок в непосредственной близости от сканера для последующей трансформации сканов в единую систему координат.

Для проведения съемки строительных объектов предпочтительно использовать лазерные сканеры Riegl LMS-Z390или RieglLMS-Z420i. Лазерный сканер RieglLMS-Z390позволяет измерять расстояния до 300 м с точностью 6 мм. Модель Riegl LMS-Z420i - наиболее точная, она позволяет измерять расстояния до 1000 м с точностью 5 мм.

Наиболее интересным и перспективным, в плане использования наземных лазерных сканеров Riegl LMS в строительстве, является комбинация метода лазерного сканирования и наземной фотограмметрии. Суть заключается в том, что триангулированная модель здания, полученная по данным сканирования, текстурируется цветными фотоснимками, полученными при помощи цифровой камеры высокого разрешения, установленной на сканере. При этом необходимо иметь две сканпозиции напротив каждого здания, и измерить базис по облаку точек между двумя точками стояния сканера. Используя данную методику, возможно загружать полученные текстурированные данные в программу Microstation, а затем проводить построения непосредственно по цветной модели.

Лазерный сканер Riegl LMS-Z420i находит широкое применение в маркшейдерии. При съемке карьеров имеется возможность построить трехмерную цифровую модель и оперативно подсчитывать объемы взорванной породы до и после взрыва, путем наложения друг на друга соответствующих моделей. Объем взорванного блока можно получить в программе RiScan Pro непосредственно после получения данных лазерного сканирования и с очень высокой точностью. Достаточно сказать, что при использовании традиционных методов, маркшейдерам удавалось рассчитать объем взорванного участка с точностью не выше 3%. При использовании сканера Riegl точность подсчета объемов возрастает до 0.5%. По готовой модели име-
ется возможность построения сечений с заданным интервалом, и затем топографический план карьера.

При помощи лазерного сканера Riegl имеется возможность оперативно подсчитывать объем руды на различных хранилищах и складах. Не секрет, что на многих горнодобывающих предприятиях все еще находят применение морально устаревшие методы подсчета объемов при помощи рулеток. В связи с труднодоступностью подобных объектов и их сложной формы, скорость и точность подсчета их объемов достаточно низкая. Используя сканер Riegl, имеется возможность организовать постоянный мониторинг хранилищ и складов, оперативно подсчитывая их объем с высокой точностью и оперативностью.

Кроме этого, лазерный сканер Riegl можно использовать для определения береговой линии хвостохранилищ с получением модели пляжа. В данном случае отпадает необходимость для маркшейдеров подходить непосредственно к объекту по соображениям безопасности.

Наземный лазерный сканер Riegl также предпочтительно использовать при наблюдении за деформациями архитектурных сооружений, при этом величина и направление деформации могут быть получены по наложениям моделей, полученных в разные моменты наблюдений.

Точно такая же методика может быть использованна при наблюдениях за оползнями и обвалами горных пород.

Лазерный сканер Riegl также может быть использован при проектировании и съемке в тоннелях и подземных выработках. При этом решаются задачи построения трехмерных моделей выработок, определение их геометрических параметров и подсчет объемов.

Следует отметить, что вся совокупность данных лазерного сканирования, полученная при помощи сканера Riegl, может быть получена в системе координат заказчика. Нет необходимости центрировать и горизонтировать лазерный сканер. Поле зрения лазерного сканера Riegl в горизонтальной плоскости составляет 360°, а по вертикали 80°. Имеется возможность наклонять сканер Riegl, что весьма удобно при съемке архитектурных сооружений и карьеров и необходимо при производстве маркшейдерских работ в тоннелях и шахтах. Для трансформации сканов в проектную или глобальную систему координат необходимо лишь использовать набор марок-отражателей, которые координируются обычным образом при помощи тахеометра или GPS.

Таким образом, при использовании системы лазерного сканирования Riegl, в совокупности с программным обеспечением RiScan Pro, появляется возможность существенно сократить трудозатраты при проведении маркшейдерских и архитектурных работ, повысить их экономическую эффективность, увеличить безопасность, повысить наглядность конечных результатов.

Журнал "Горная Промышленность" №3 2008, стр.60