Вопрос № 49 Общие сведения о наземных лазерных сканерах

3D лазерные сканеры - геодезическое оборудование нового поколения. Эти геодезические приборы являются системами передачи реальной поверхности в цифровой вид и представляет результат в пространственной системе координат.

3D лазерные сканеры - геодезический инструмент, автоматически выполняющий измерения точек в заданном секторе и с заданным интервалом. Этот инструмент идеально подходит для широкого спектра приложений, где использование электронного тахеометра экономически не выгодно или не возможно. 3D лазерные сканеры незаменим при фасадных съемках, детальных съемках интерьеров промышленных объектов, открытых и закрытых горных выработок, тоннелей... В отличие от прочих традиционных геодезических приборов сканер дает подробную координатную информацию обо всем измеряемом объекте.

3D лазерные сканеры предназначены для бесконтактного сканирования объектов с целью получения объемной 3D компьютерной модели.

О лазерных сканерах 3D можно сказать, что они являются дорогим сегментом геодезического оборудования, готовые решения строят достаточно дорого, но производств использующих лазерные сканеры 3D все больше. Вообще лазерный сканер 3D строит трехмерную модель исследуемой области (помещения или сооружения) из множества точек имеющих определенные координаты. Лишь один лазерный сканер 3D способен построить 3-х мерную модель огромного по своей площади и технологическому наполнению здания.

Лазерные сканеры 3D нашли свое применение в нефтегазовой промышленности (мониторинг, создание 3D моделей месторождений), в горной промышленности (определение объемов наполняемости склада или выработки карьера, маркшейдерство), при строительстве зданий и сооружений, при эксплуатации инженерных конструкций, в архитектуре (реставрация фасадов, наблюдения за памятниками, проектирование, создания 3D модели будущего здания или сооружения для оценки его архитектурного и визуального восприятия в условиях окружающей действительности).

Наземное лазерное сканирование - новейшая технология, позволяющая создавать трехмерные модели объектов с миллиметровой точностью - открывает новые возможности в проектировании, создании геоинформационных систем городов и предприятий, мониторинг, в реставрации, архитектуре и археологии.

Вопрос №50. Общие сведения о радиодальномерах. Радиодальномерами называют дальномерные устройства, ис­пользующие при измерениях линий ультракороткие радиоволны (сантиметровые и даже миллиметровые). В радиодальномерах значительная часть излучаемой энергии рассеивается в окружающее пространство, и радиолуч, касаясь подстилающей поверхности, отражается от нее. В приемное уст­ройство попадают радиоволны, прошедшие над подстилающей поверхностью и отраженные от нее, вследствие чего точность радиодальномерных измерений по сравнению со светодальномерными несколько ниже.

Для уменьшения влияния указанного явления в радиодаль­номерах используют ретрансляторы, что несколько услож­няет их блок-схему по сравнению с блок-схемой светодальномеров.

Ретранслятор, называемый «ведомой» станцией, устанавли­вают в точке В измеряемой линии. Приемопередатчик, называе­мый «ведущей» станцией, устанавливают в точке А измеряемой линии. Обе станции делают идентичными. Каждая из них содержит источник несущих коле­баний, модулятор, генератор масштабной ча­стоты и параболическую антенную систему и способна рабо­тать в режиме «ведущей» и «ведомой» станции.

СВЧ-генератор в каждой станции радиодальномера явля­ется одновременно источником несущих колебаний и модулято­ром. Генератор «ведущей» станции А является источником элек­тромагнитных колебаний с частотой а «ведомой» В — с ча­стотой причем генератор станции В играет роль гетеродина (вспомогательного генератора, с частотой которого сравнива­ется измеряемая частота).

В геодезических радиодальномерах приме­няют низкочастотный метод фазовых измерений. Особенно­стями этого метода при схеме дальномера, состоящего из двух станций А и В, устанавливаемых на концах измеряемой линии, являются:

1.Фазоизмерительное устройство работает на разностной ча­стоте а измеряемая разность фаз равна разности фаз колебаний частоты генератора станции А, т. е. той станции, на которой разность фаз измеряется.

2. Измеряемая разность фаз не зависит от частоты генера­тора станции В и от начальных фаз колебаний, возбуждаемых генераторами обеих станций.

3. Единицей измеряемого расстояния является длина волны электромагнитных колебаний, определяемая частотой генера­тора станции А. Поэтому частота генератора станции А, как правило, должна иметь большую стабильность, чем частота ге­нератора станции В.

Радиодальномеры можно с успехом применять при плохой видимости (туман, дымка).

Вопрос №51 Общие сведения о светодальномерах

Измерение линий светодальномерами основано на определе­нии времени распространения электромагнитных волн видимого или инфракрасного участков спектра источника излучения.

Светодальномером измеряют расстояние D от приемопере­датчика до отражателя (пассивного или активного). Тогда рас­стояние (D) между точками А и В, над которыми соответ­ственно центрируют приемопередатчик и отражатель, можно оп­ределить по формуле

где —постоянная светодальномера.

Определение времени прохождения электромагнитными вол­нами измеряемого расстояния производится импульсным и фа­зовым методами (или их комбинацией). Исходя из этого светодальномеры подразделяют на импульсные и фазовые.

В импульсных светодальномерах измеряется время про­хождения светового сигнала от приемопередатчика до отража­теля и обратно

где с — скорость распространения света в вакууме; п — показатель преломления реальной среды, являющийся функцией ее магнитной проницаемости и диэлектрической постоянной причем величины зависят от влажности и температуры.

Счет времени ведется посредством счета импульсов генера­тора с момента запуска сигнала на дистанцию до момента при­ема отраженного сигнала. В импульсных светодальномерах большая ошибка возникает за крутизну (длительность) перед­него фронта сигнала. Точность измерения времени составляет Обычно 1—10 нс

Ошибка измерения расстояний импульсными светодальномерами от 1 до 10 м. Светодальномер фирмы «Женераль Элек­трик» (США) дает ошибку 0,3 м на 15 км расстояния. Повы­сить точность измерения можно путем замены применяемых ге­нераторов с наносекундными импульсами генераторами с пико-секундными импульсами

В фазовых светодальномерах вместо индикатора времени применен индикатор разности фаз. Существуют два типа фазовых снетодальномеров: с плавно изменяющейся и с фиксированной частотой.

В фазовых светодальномерах первого типа частоту модуля­
ции света f изменяют до тех пор, пока в двойном расстоянии от
приемопередатчика до отражателя не уложится целое число

волн и полуволн: где N — число волн, уложившихся в двойном расстоянии; длина волны,

где — скорость распространения света в среде измерения.

Однако в этом случае неизвестно число волн N. Для разре­шения неоднозначности частоту изменяют так, чтобы число уло­жившихся волн изменилось точно на п, например, на 1. Тогда

(11.1) (11.2) (11.3)

Но на основании (11.1) и (11.2)

Учитывая (11.3), получим

и

По описанному принципу работают светодальномеры серии СТ, разработанные В. Д. Большаковым и А. И. Демушкиным. В них факт уложения целого числа волн на трассе фиксируется визуально по методу светового минимума, когда наблюдатель, плавно изменяя частоту модуляции света, визуально фиксирует момент уменьшения до минимума светового потока, идущего от отражателя в визирную трубу.