Мобільний 3D-сканер Faro Orbis – використання сканера, встановленого на транспортному засобі, для планування маршрутів перевезень негабаритних вантажів

Застосування, можливості та функціонал мобільного лазерного сканера FARO Orbis

Одним із найновіших рішень у цьому класі пристроїв є сканер FARO Orbis — компактний мобільний сканер, розроблений для ефективного збору просторових даних у русі. Стандартний режим його роботи — тримання в руці або встановлення на телескопічному моноподі. Завдяки модульній конструкції та різноманітним адаптерам, також є можливість інтеграції з різними транспортними засобами.

Попередньо вимірявши контрольні точки за допомогою GNSS-приймача або тахеометра, ми можемо покращити точність польових вимірювань і прив'язати скан до геодезичної системи координат (наприклад, УСК-2000). Сканер має радіус дії до 120 метрів, тому здатний фіксувати навіть більш віддалені об'єкти. Крім того, він реєструє дані зі швидкістю 640 000 точок/с, завдяки чому при русі на вищих швидкостях (навіть до 50 км/год) сканер отримує достатньо даних для локалізації в просторі та створення точної хмари точок без зсувів або помилок зшивання.

Додатково сканер оснащений камерою 360°, яка у версії Orbis Premium створює фотографії з роздільною здатністю до 72 Мп.

Керування сканером може здійснюватися через додаток FARO Stream та Wi-Fi з'єднання. Завдяки йому ми можемо в режимі реального часу спостерігати за областю, що сканується, а також розпочинати/зупиняти сканування або включати вимірювання контрольних точок.

У цій статті будуть розглянуті технічні аспекти роботи FARO Orbis у конфігурації вимірювання за допомогою автомобіля, зокрема огляд використовуваного обладнання, умов тестування та вимог до вимірювання. Також будуть представлені отримані дані та можливі способи використання даних такого типу.

Встановлення мобільного 3D-сканера на автомобіль — яке обладнання вам знадобиться

Для тестів використовувався заводський адаптер для встановлення сканерів GeoSLAM ZEB-Horizon (попередник Orbis) та FARO Orbis версії 1.0. Він оснащений 4 потужними магнітами та додатковими страхувальними тросами. Магніти вкручуються, тому частину з них можна замінити на присоски (купуються окремо). На адаптері можна закріпити як скануючу головку, так і даталогер (комп'ютер, який керує всім процесом вимірювання). Під час тестів сканер був встановлений на краю даху і спрямований вліво, щоб краще сканувати габарити дороги.

Для вимірювання використовувався додаток FARO Stream, який через Wi-Fi з'єднання дозволяє керувати процесом сканування та переглядати зібрані дані в реальному часі. Завдяки цьому не було необхідності виходити з автомобіля для обслуговування сканера (початок, завершення сканування).

Сканування з автомобіля — умови польових тестів

Під час тестів сканували переважно міські райони, у забудові, де домінують приватні будинки або невисокі споруди, але також і в типовому міському середовищі, включаючи дороги з двостороннім рухом із незабудованими територіями навколо.

На невеликих вуличках спальних районів автомобіль рухався зі швидкістю до 30 км/год, на багатосмугових дорогах — до 50 км/год, а кільцеві розв'язки об'їжджали по всьому периметру. Виробник рекомендує, щоб одне сканування не перевищувало 30 хвилин, оскільки довші скани можуть бути проблематичними в обробці для більшості доступних комп'ютерів (потрібно понад 64 ГБ оперативної пам'яті). Вимірювання також слід завершувати на близькій відстані (до 5 метрів) від місця початку, щоб траєкторія замкнулася принаймні в одну петлю. Слід також пам'ятати, що алгоритм SLAM використовує переважно відскановану геометрію для співставлення даних за підтримки даних з IMU-датчика (вся інформація про рух пристрою). Таким чином, сканування доріг на відкритій місцевості (наприклад, дороги, що проходять через поля, або швидкісні магістралі) може призвести до отримання некоректних даних через відсутність достатньої геометрії в безпосередній близькості від сканера. Для таких завдань найкраще використовувати системи, спеціально розроблені для сканування з транспортних засобів у будь-яких умовах.

Тестові заїзди зі сканером, встановленим на автомобілі, у Варшаві

• Дистанція: 4 км | Час: 14 хвилин. Заїзд переважно невеликими житловими вуличками зі швидкістю до 30 км/год.
• Дистанція: 6,5 км | Час: 18 хвилин. Заїзд невеликими вуличками, а також багатосмуговими дорогами через кільцеві розв'язки, під шляхопроводами. Також було відскановано фрагмент естакади. За межами житлових зон швидкість сягала 50 км/год.
• Дистанція: 4 км | Час: 8 хвилин. Заїзд багатосмуговою дорогою під шляхопроводами та пішохідними мостами зі швидкістю до 50 км/год.

Тестові заїзди зі сканером, встановленим на автомобілі, у Гданську

• Дистанція: 1,6 км | Час: 8 хвилин. Заїзд дорогою у спальному районі зі швидкістю до 20 км/год.
• Дистанція: 5,6 км | Час: 20 хвилин. Заїзд міськими одно- та багатосмуговими дорогами як у забудованій, так і у відкритій місцевості. Частина заїзду проходила через підземний паркінг. Швидкість була різною — від 20 до 50 км/год.

Чи можна зробити більше? Можливі вдосконалення та розвиток системи 3D-сканування, встановленої на автомобілі

Всі вимірювання, які ми проводили, здійснювались у локальній системі координат сканера. Щоб мати можливість прив'язати скани, наприклад, до геодезичної системи координат, необхідно було б скористатися функцією сканера — вимірюванням контрольних точок — і встановити GNSS-приймач на фіксованій відстані від сканера. Потім під час вимірювання необхідно було б зупинитися, запустити вимірювання контрольної точки і одночасно зареєструвати позицію GNSS-приймача. Після цього в програмному забезпеченні FARO Connect або Scene можна завантажити точки з приймача, вказати відстань (offset) між сканером і приймачем та використати ці точки для перерахунку скану, щоб отримати дані в геодезичній системі координат.

Підсумки

Даних, отриманих за допомогою мобільного сканера, встановленого на автомобілі, було цілком достатньо для мети, заради якої проводились ці тести, а саме — планування маршрутів негабаритних перевезень. Завдяки тому, що відскановано весь простір навколо дороги, можна оцінити, чи зможе транспорт певних габаритів проїхати без необхідності втручання в інфраструктуру (наприклад, зняття дорожніх знаків).

Скани, зроблені з транспортних засобів, також можуть бути корисними як доповнення до даних, отриманих типовим для цього сканера способом — оператором, який рухається пішки. Це може бути, наприклад, вимірювання мостів та шляхопроводів, де з пішохідних зон можуть бути видимими не всі елементи об'єкта.

Однак слід пам'ятати: якщо завдання виконуються виключно на відкритій місцевості або на великих відстанях, і при цьому необхідно зберігати хорошу та стабільну точність позиціювання в геодезичній системі координат, обов'язково потрібно використовувати рішення, спеціально розроблені для таких вимірювань — тобто спеціалізовані системи MLS для роботи з транспортними засобами.