Применение лазерных SLAM сканеров NAVMOPO P1 и S1 для съемки дренажной шахты Стойленского ГОКа

Цели и задачи: опробовать лазерный SLAM сканеры NAVMOPO S1 и P1 для съемки шахт, оценить программное обеспечение NAVMOPO Model, проверить полученное облако точек на правильность геометрии, детальность, информативность, точность. Дать оценку данному методу и оборудованию, можно ли с его помощью сократить время съемки, получать больший объем необходимой информации, минимизировать человеческий фактор, повысить эффективность.

1. Сравнение сканеров NAVMOPO P1 и S1

2. Методика съемки и проверки полученного облака точек

Сканировать будем участок шахты с известными точками, часть точек мы используем, чтобы получить более точное облако точек и посадить его в местную систему координат. Другие точки используем для определения точности, т.е. скалываем с облака их координаты и сравниваем с данными полученными тахеометром.

Опорные точки находятся на потолке, чтобы к ним привязать облако точек мы используем отвес и платформу для геопривязки на сканере. Вывешиваем отвес на уровне груди, в процессе съемки оператор подходит к отвесу, приставляет к кончику отвеса перекрестие платформу и наживает кнопку снять контрольную точку, точка снята и занесена в память сканера.

При обработке облака точек программа совмещает опорные точки с точками полученными сканером и на выходе мы получаем уточненное облако (натянутое на эти точки) в местной системе координат.

Далее находим в облаке элемент (угол, болт, штырь и т.п.) с известными координатами, определяем его координаты в облаке, сравниваем их и по этим данным можем оценить отклонения.

3. Первый этап: сборка оборудования и съемка

Собираем лазерные сканеры в рабочий комплект, подключаем к контроллеру, проверяем настройки, выбираем удобное место, чтобы можно было провести инициализацию сканера, для этого нужно несколько секунд стоять неподвижно.

Сборка сканера NAVMOPO P1 производится значительно быстрее (20 секунд), чем S1, т.к. у него нет блока управления и проводного соединения.

Работа осуществляется в полевом программном обеспечении NAVMOPO Scan, оно позволяет:

• запускать, настраивать, останавливать рабочий процесс;
• контролировать работу сканера и ход процесса сканирования, просматривать построение облака точек в онлайн режиме;
• просматривать, удалять, импортировать проекты;
• настраивать подключение к камерам и GNSS.

Начинаем процесс съемки, размеренным шагом в среднем темпе, соблюдая все предписанные правила безопасности, идем по центру шахты, внимательно смотрим под ноги, чтобы не оступиться. Периодически выполняем визуальный контроль качества съемки по экрану контроллера. Снимаем контрольные точки, нам нужно, чтобы их было не менее 4 штук.

Процесс съемки с применением лазерных сканеров NAVMOPO достаточно прост, нужно соблюдать несколько основных правил и немного понимать физическую основу процесса лазерного сканирования.

В стесненных условиях шахты использовать сканер NAVMOPO P1 удобнее, чем S1, т.к. он более компактен, у него нет проводного соединения, он имеет меньший вес.

4. Обработка полученных данных

Обработку сырых данных производим в программном обеспечении NAVMOPO Model (FJD Trion Model) – это профессиональный софт для обработки облаков точек, который позволяет распаковывать сырые данные со сканеров NAVMOPO по множеству сценариев с целью получить наиболее качественное и точное облако точек и далее выполнять их обработку. Основные возможности ПО:

• распаковка сырых данных;
• распаковка сырых данных с применением контрольных точек (получаем более точное облако в МСК);
• окрашивать облако точек в естественные цвета;
• обработка дынных снятых с руки, на рюкзаке, на автомобиле, на квадрокоптере;
• удаление движущихся объектов в автоматическом режиме;
• удаление пыли, снега и др. в автоматическом режиме;
• удаление выбросов фильтром с настройками качества;
• регистрация (сшивка) облаков точек;
• сажать облако точек в МКС по характерным точкам;
• делать разрезы и сечения;
• в автоматическом и ручном режиме обводить контур по сечению и выгружать в DXF;
• делать ортофото по разным осям с высоким разрешением;
• классифицировать в автоматическом режиме землю, растения, строения;
• классифицировать в автоматическом режиме стены, пол, потолок;
• создания полигональной поверхности с помощью методов TIN или Mesh;
• выполнять подсчет объемов;
• выполнять автоматическое распознавание деревьев и вычислять показатели лесного массива;
• создание видео по траектории движения и облёта по ключевым кадрам др.

Скачиваем со сканера сырые данные, берем txt файл с контрольными точками, запускаем все это в обработку и в итоге получаем уточненное облако точек в местной системе координат в масштабе 1:1.

Облако точек получилось четкое и детальное, хорошо просматривается оголовок рельса.

Сделаем поперечное сечение для более детального изучения. По сечению можно делать измерения.

В программе NAVMOPO Model есть модуль «рисование», используя который можно выполнять обводку по сечению полилинией, полученный слой можно сохранить в формате dxf, этот формат распознает любая CAD программа.

Сколотые точки показали, что данный метод съемки дает возможность получать облако точек с точностью 1 - 2 см, в большей степени, точность привязки облака точек зависит от действий оператора, чем точнее он совместит перекрестие платформы для геопривязки с отвесом, тем качественней будет результат.

Съемка шахты длиной 170 м заняла 5 минут.

Выводы: лазерный SLAM сканеры и программное NAVMOPO обладают необходимыми техническими возможностями для получения подробного и точного цифрового двойника (облака точек) шахты. Главные преимущества:

• простота в освоении и эксплуатации;
• высокая скорость сбора данных (34 метра в секунду), в разы выше, чем при работе тахеометром;
• возможность замены классических геодезических инструментов (тахеометр, GNSS приемники, стационарные сканеры, БПЛА);
• получение избыточных данных об объекте, что исключает необходимость в повторных выездах на объект;
• максимальное исключение человеческого фактора
• возможность установки на любые средства передвижения (электро-самокаты, квадроциклы, катера, автомобили, квадрокоптеры и др.);
• возможность обработки облака точек в любых CAD программах.

По результатам сравнения можно заметить, что для сканирования шахты больше подходит сканер NAVMOPO P1, чем S1. Облака с Р1 получаются менее плотными, но это можно компенсировать снижением скорости перемещения.