Устройство лазерного сканера. Принцип работы спутникового лазерного дальномера

Министерство образования и науки  Республики  Казахстан

Государственный университет  имени Шакарима г.Семей

Факультет информационно-коммуникационных технологий

Кафедра «Геодезия и строительство»

 

 

 

 

 

 

СРО

По дисциплине: Новые геодезические приборы и технологии геодезических измерений

Тема: Устройство лазерного сканера. Принцип работы спутникового лазерного дальномера. Принцип работы электронного тахеометра с сервоприводом. Назначение и преимущества спутниковых приемников

 

 

 

 

                                  Выполнил: Бейсенбеков М.Д.

группа ГК-214

                             Проверила: Кудеринова Н.А.

                                                 

 

Семей 2015

 

Устройство лазерного сканера.  

Лазерный сканер называют по-разному: наземным лазерным сканером, лазерной сканирующей системой или трехмерным лазерным сканером. Главное, что все эти термины обозначают одно устройство.

Работа сканера заключается в том, что он на высокой скорости сканирует поверхность, определяет ее характеристики, преобразует их в цифровой вид в трехмерной системе координат. Это устройство совсем недавно начали использовать в геодезии, и лазерные системы сканирования отлично подошли для этого вида работ.

С технической точки зрения трехмерный лазерный сканер состоит из двух основных частей: безотражательного дальномера с высокой скоростью действия и поворотного зеркала, которое автоматически изменяет направление лазерного луча. Дальномер способен обработать до 50 тысяч точек в минуту. Расстояние до сканируемой точки может достигать 50 метров и определяется с точностью 4 миллиметра, при этом точность вычисления координат (X, Y, Z) составляет 6 миллиметров. Можно задать расстояние между точками сканируемой поверхности от 0.25 миллиметров до 1 метра.

Перед началом работы задается область сканирования. Это угол поворота зеркала, в переделах которого с большой скоростью распространяется лазерный луч. Область сканирования можно задавать до 360° по горизонтали (то есть полный круг) и до 270° в вертикальном направлении. Таким образом, можно производить геодезическую съемку практически всех точек вокруг лазерного сканера. Это позволяет обойтись минимальным количеством приборов.

Во время работы для каждой отсканированной точки определяются три пространственные координаты, которые записываются в виде числового массива. Кроме того, для каждой точки определяется ее цвет.

Главные преимущества лазерной сканирующей системы:

высокая точность измерений,

возможность создания различных чертежей, в частности, чертежей сечений,

измерения проводятся с высокой скоростью

обработка данных происходит практически мгновенно, что немаловажно для работы в полевых условиях,

есть возможность сравнивать полученную информацию с проектной моделью, что облегчает контроль качества работы,

по результатам съемки можно составлять топографические планы,

возможность геодезической съемки труднодоступных и опасных объектов,

возможность автоматического сравнения результатов сканирования с предыдущими для определения величины деформации.

Области применения лазерной системы:

- Съемка площадных объектов  насыщенных инфраструктурой (заводские  территории, электроподстанции, объекты  добычи и транспортировки углеводородов, крупномасштабная топосъемка);

- Исполнительная съемка  участков промышленных предприятий  подлежащих реконструкции (цеха, установки, пром. площадки) для дальнейшей передачи даных в средства автоматического проектирования - САПР в трехмерном виде;

- Городской кадастр (планы  улиц, площадей);

- Реконструкция и строительство  зданий (архитектурный обмер; установка  вентфасадов, авторский надзор по проектам);

- Реставрация зданий, археологических  памятников;

- Дорожная съемка (профилирование  дорог, съемка мостов, тоннелей);

- Съемка ж/д станций  и инфраструктуры;

- Съемка тоннелей, мониторинг (в т.ч. оползневых и осыпных участков);

- Горная промышленность (съемка и определение объемов  и пр.);

Принцип работы прибора основан на выполнении измерений дальности до объекта съемки, с помощью лазерного безотражательного дальномера, а также и определении горизонтального и вертикального углов, для каждой точки интересующего нас объекта. Измерения производятся с высокой плотностью и точностью, что впоследствии позволяет создать трехмерную математическую модель объекта съемки. Процесс выполнения съемки автоматизирован. Преобразование полярных координат точек лазерных отражений в Декартовы производится автоматически.

Предназначен для проведения работ на площадных и линейных объектах. Сканер может выполнять измерения на расстояния до 300 м (при альбедо 90%) со скоростью до 50 000 точек в секунду. При этом сохраняется высокая точность измерений до 6 мм (на 50 м). Высокая разрешающая способность сканера (1 мм на 300 м) и малое, по сравнению с другими производителями, пятно лазерного луча (4 мм на 50 м), позволяют выполнять высококачественные полевые измерения, а затем построить подробную 3D-модель объекта.

Эффективность применения лазерного сканирования наиболее ярко проявляется в том случае, когда съемка объекта необходима с высокой подробностью и точностью.

Принцип работы спутникового лазерного дальномера.

Лазерный дальномер позволяет измерять расстояния. Сфера применения агрегата может быть достаточно широкой, но мы поговорим о самых распространенных сценариях:

В инженерной геодезии (строительстве путей сообщения, линий электропередач и прочих гидротехнических систем);

В военной технике (точно измеряет расстояние до цели);

В топографической съемке;

Навигации;

Охоте (горная местность и варминтинг);

Проведение астрономических исследований и т. д.

Каков принцип работы лазерного дальномера? Измерения тут осуществляются путем вычисления времени, за которое волна проходит от прибора до цели и обратно. Этот строительный инструмент можно приобрести в специализированных магазинах производителей.

Если сказать попроще, то, по сути, он является бесконтактной рулеткой. Применяемый в нем принцип действия очень прост. Сперва осуществляется наведение лазерного маркера на цель и нажимается соответствующая кнопка. Дальше прибор начинает производить необходимые замеры, просчитывая скорость отражения лазерного луча от заданной цели. Прибор оснащен достаточно мощным процессором для быстрого проведения арифметической функции и подсчета расстояния. Самый привычный набор функций лазерного дальномера – возможность сложения, вычитания, расчета площади и объема. Однако стоят такие дальномеры немало, намного дороже, чем ножовка по дереву цена.

Благодаря своей простоте и функциональности дальномеры стали популярными во всех сферах жизни, в которых есть необходимость в быстром и точном расчете расстояния. Современное оборудование позволяет работать с расстоянием от 10 метров. В наши дни они активно используются в профессиональных состязаниях по гольфу, в связи с чем правила игры немного изменились.

Дальномер работает на основе такого свойства электромагнитного излучения, как распространение в пространстве с одинаковой и стабильной скоростью. Для измерений может применяться импульсный и фазовый способ. Метод выбирается в зависимости от характера модуляции лазерного излучения в данном агрегате.

Импульсный метод подразумевает посылку зондирующего импульса и одновременный запуск счетчика. Когда импульс возвращается в устройство, происходит автоматическое выключение счетчика. Расстояние определяется путем вычитания временного интервала задержки.

Отличие фазового метода заключается в том, что моделирование в нем происходит по синусоидальному закону.

Принцип работы электронного тахеометра с сервоприводом

Сервопривод - двигатель с обратной связью (серводвигатель) и с блоком управления для осуществления прецизионных перемещений, точного управления скоростью, моментом и положением.

Сервоприводы поставляются в диапазоне мощностей от 50Вт до 15кВт и подходят для применения практически во всех областях – как в миниатюрных приборах, так и в тяжелом промышленном оборудовании.

SP FOCUS 10 (5") Электронный тахеометр с сервоприводом

Ключевые характеристики и преимущества  
Высокоточные измерения по призмам 
Безотражательные измерения до 600 м 
Быстрый сервомеханизм управления 
Конфигурация Servo, Autolock или Robotic 
Съемная панель управления CU с полевым программным обеспечением SP FOCUS CU 
Дополнительный контроллер Recon с полевым программным обеспечением SP Field Surveyor (опция) 
Створоуказатель TrackLight для разбивочных работ(опция)

Высокоточные измерения по призмам 
Вне зависимости от выбранной модели FOCUS 10 позволяет осуществлять измерения с одной призмой на расстоянии до 5 500 м с точностью ±(3 мм +3 мм/км). Точность тахеоматра FOCUS 10 обеспечивается за счет цельности измерений, произведенных всеми компонентами инструмента. Благодаря технологии датчиков оператор FOCUS 10 может быть абсолютно уверен в том, что сигнал возвращается именно от выбранного отражателя, а не от любого другого объекта.

Безотражательная технология 
Тахеометр FOCUS 10 оснащен лазерным дальномером с невидимым лазерным лучом, относящимся к лазерным устройствам Класса 1, что обеспечивает безопасную эксплуатацию для пользователя. Благодаря безотражательной технологии дальнего действия тахеометр FOCUS 10 может измерять удаленные объекты без использования призмы. Он может проводить измерения на расстоянии свыше 600 м до объектов с отражательной способностью 90% и до 200 м до объектов с отражательной способностью 18%.

Быстрый сервомеханизм управления 
Четырехскоростные сервоприводы FOCUS 10 не только просты в использовании, они также обеспечивают повышенную производительность по сравнению с механическими решениями разбивки и разметки. Встроенные сервоприводы FOCUS 10 управляют как горизонтальным, так и вертикальным перемещением. Управление сервоприводами осуществляется при помощи регулировочных винтов – просто поверните винты движения для перехода в режим быстрой съемки, плавной или точной угловой съемки. Традиционные фиксаторы движения не требуются, инструмент вращается в любом направлении в режиме медленного движения. Регулировочные винты эргономично сконструированы таким образом, что инструмент можно отрегулировать всего одним круговым движением пальца.

Конфигурация Servo, Autolock или Robotic 
Конфигурация FOCUS 10 Servo является стартовой. Производительность работы с тахеометром FOCUS 10 может быть значительно повышена путем модернизации до конфигурации Autolock. Технология отслеживания Autolock позволяет избежать необходимости смотреть в зрительную трубу. Для этого тахеометр должен быть оснащен модулем Tracker, устанавливаемым в нижнюю часть зрительной трубы, а веха - специальним призменным отражателем RMT (Remote Target). Наиболее производительной конфигурацией является Robotic, позволяющая оператору управлять тахеометром в одиночку дистанционно, со стороны вехи. Для этого между тахеометром и вехой должна быть организована беспроводная радиосвязь с помощью радиомодулей, устанавливаемых в тахеометр и на веху.

Панель управления FOCUS CU 
Панель управления представляет собой съемный контроллер со встроенным программным обеспечением SP FOCUS CU. 
Это программное обеспечение позволяет решать широкий ряд геодезических задач, в том числе: 
- установка станции (несколько способов) 
- топосъемка (в том числе измерения со смещением) 
- полевое кодирование 
- разбивка (полярный и координатный способы) 
- координатные измерения (CoGo)

В конфигурациях Servo и Autolock оператор управляет тахеометром с панели управления CU, установленной в специальное крепление на корпусе тахеометра. В конфигурации Robotic оператор может снять панель CU с тахеометра и управлять им дистанционно, со стороны вехи. Существует также возможность дистанционного управления тахеометром FOCUS 10 с помощью контроллера Recon с полевым программным обеспечением Field Surveyor.

Створоуказатель Tracklight (опция)  
В конфигурации Servo на тахеометр FOCUS 10 может быть установлен модуль Tracklight, знаительно облегчающий разбивочные работы. Модуль устанавливается в нижнюю часть зрительной трубы. Он дает видимый направляющий световой луч, который дает возможность реечнику встать на текущей линии визирования инструмента. Tracklight состоит из мигающего двухцветного источника света, каждый цвет которого лежит в отдельном секторе боковой проекции. Если реечник стоит слева от измерительного луча, он увидит красный мигающий свет, а если он находится справа, то увидит зеленый мигающий свет. Когда реечник находится на линии визирования инструмента, он увидит белый мигающий свет. Частот мигания удвоится при получении инструментом отраженного сигнала от призмы.

 Назначение  и преимущества спутниковых приемников

Современные спутниковые приемники имеют программу, которая анализирует относительное положение всех доступных для наблюдения спутников и выбирает из них четыре, расположенные наилучшим образом, которые и используются для определения координат точки. Более точные результаты получают, когда выполняют обработку измеренных расстояний до всех спутников, находящихся в поле зрения.