Лазерный мир

Е.М. Медведев, С.Р. Мельников «Геолидар», Москва В.А. Середович СГГ А, Новосибирск // ЖУРНАЛ Интерэкспо Гео-Сибирь, 2006

Важнейшими задачами сбора пространственных данных в современной геоинформатике являются создание:

•  Цифровых карт и планов линейных и площадных объектов всего масштабного ряда;
•  Высокоточных цифровых трехмерных моделей сложных инженерных объектов, зданий и сооружений;
•  Высокоточных цифровых ортофотопланов высокого разрешения;
•  Трехмерных цифровых моделей местности и рельефа;
•  Кадастровых планов и землеустроительной документации;
• Цифровых карт и трехмерных моделей рельефа дна в шельфовой зоне и внутренних водоемах и т. п.

Основными объектами съемки на сегодня являются:

• Нефтегазоконденсатные месторождения.
• Магистральные трубопроводы.
• Линии электропередач.
• Автомобильные и железные дороги (существующие и проектируемые).
• Горнообогатительные комбинаты.
• Города и другие населенные пункты.
• Инженерные объекты, здания и сооружения.
• Объекты в горной местности.

На сегодняшний день — быстрое и качественное выполнение указанных выше работ невозможно без использования технологий и оборудования воздушного и наземного лазерного сканирования.

В качестве излучателя используется полупроводниковый лазер, как правило, ближнего инфракрасного диапазона, работающий в импульсном режиме. Для каждого излученного импульса регистрируется время, затраченное на распространение от источника до объекта, вызвавшего отражение, и обратно к приемнику. С учетом постоянства скорости и прямолинейности распространения электромагнитных колебаний в атмосфере, измеренной значение временного интервала позволяет определить расстояние (в терминах лазерной локации «наклонную дальность») от источника излучения до объекта. Кроме значения наклонной дальности D для каждого излученного импульса регистрируется текущее значение угла а отклонения сканирующего элемента (зеркала, призмы, оптического клина). Величина этого угла позволяет однозначно определить направление распространения зондирующего импульса («линию визирования») в системе координат лидара, которая «жестко» связана со строительными осями сканерного блока лидара.

В свою очередь положение и ориентация системы координат лидара в геодезической (или географической) системе координат определяются благодаря присутствию на борту в составе лидара навигационного комплекса, который обеспечивает непрерывное определение трех пространственных координат положения сканероного блока X, Y, Z и трех углов его ориентации со, ф, к. Такой набор шести параметров пространственного положения и угловой ориентации в фотограмметрии называется элементами внешнего ориентирования. Принцип работы бортового навигационного комплекса основан на совместрой оптимальной обработке данных приемника спутниковой системы GPS и инерциальной системы.

В зависимости от типа лидара могут фиксироваться более одного (до четывех) отражений от наземных объектов для каждой линии визирования. Т. е. если на пути распространения лазерного луча он сталкивается с неполным препятствием, то часть энергии импульса отражается, а другая распространяется дальше вдоль линии визирования. Такая возможность способствует получению более информативных лазерно-локационных данных, так как для одного излученного импульса имеем несколько вернувшихся. Так, даже один импульс может принести множественные отклики сразу от нескольких значимых компонентов сцены: первые отклики будут получены за счет отражений от листвы растительности, проводов и опор ЛЭП, кромок зданий, а последний отклик, как правило, соответствует поверхности земли или другой сплошной поверхности, являющейся абсолютным препятствием на пути распространения лазерного импульса. Кроме поверхности земли примером такого «абсолютного» препятствия может выступать крыша здания.

Из представленного краткого описания видно, что функциональная схема лазерного сканера в его нынешней форме не содержит никаких принципиально новых компонентов. В этом смысле, с некоторыми упрощениями такой прибор можно было бы определить как «сканирующий лазерный дальномер с навигационным обеспечением». Все основные структурные компоненты, составляющие лидар, такие как сканерный блок, GPS, инерциальная система всесторонне изучены и уже много лет активно эксплуатируются. Поэтому, говоря о концепции современного лидара, используемого для топографических целей, следует заявить, что принципиально новое качество данных, поставляемых таким прибором появляется именно благодаря объединению всех упомянутых компонентов в единое целое. Это не могло случиться ранее начала 90-х годов 20-го века, ведь только к этому моменту использование GPS и лазерных дальномеров прочно утвердилось в аэросъемочной практике, инерциальные системы стали активно применяться для непосредственного определения элементов внешнего ориентирования, а по показателям точности все составляющие лидар источники геопространственных данных достигли взаимосогласованного уровня.

Именно с этого момента появилась возможность утверждать, что лазерная локация не только средство «дистанционного зондирования», но в большей степени «фотограмметрическое средство». Последнее предполагает наличие некоторых гарантий точности геопривязки данных съемки и пространственных измерений по таким данным. С появлением первых лидаров такие гарантии точности были представлены производителями и выражались в том, что специфицируемая точность лазерно-локационных данных составляла 15-20 см в абсолютных геодезических координатах.

Полное содержание статьи: https://cyberleninka.ru/article/n/sostoyanie-i-perspektivy-razvitiya-vozdushnogo-i-nazemnogo-lazernogo-skanirovaniya-v-rossii/pdf/